Διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα σε μελάνια για εκτύπωση 3D

Η ομοιόμορφη διασπορά CNT σε μελάνια για εκτύπωση 3D μπορεί να βελτιώσει τις ιδιότητες του μελανιού και να καταστήσει δυνατές νέες εφαρμογές σε διάφορους τομείς. Η κατεργασία με υπερήχους με χρήση ακίδας είναι μια εξαιρετικά αξιόπιστη τεχνική διασποράς για την παραγωγή σταθερών νανοαιωρημάτων CNT σε πολυμερή.

Αποτελεσματική και σταθερή διασπορά CNT σε πολυμερή μέσω κατεργασίας με υπερήχους

Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNT) διασπείρονται συχνά σε έλαια πυριτίου για διάφορες εφαρμογές λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους. Η διασπορά CNT σε έλαια πυριτίου μπορεί να βελτιώσει τις μηχανικές, θερμικές και ηλεκτρικές ιδιότητες των παραγόμενων υλικών. Μια τέτοια εφαρμογή είναι η παρασκευή πολυμερών ενισχυμένων με CNT για αγώγιμα μελάνια εκτύπωσης 3D, π.χ. για την προσθετική κατασκευή με υλικά βιολογικής προέλευσης φορετών αισθητήρων αφής, ικριωμάτων αναγέννησης ιστών προσαρμοσμένων στον εκάστοτε ασθενή και εύκαμπτων ηλεκτροδίων ECG και EEG.
Επιπλέον, οι CNT που διασπείρονται σε έλαια πυριτίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αγώγιμα μελάνια σε ηλεκτρονικές συσκευές, όπως εύκαμπτες οθόνες και αισθητήρες. Οι CNT λειτουργούν ως αγώγιμες διαδρομές, επιτρέποντας τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος.

Η διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα (CNTs) σε πολυμερή αποτελεί τυπική εφαρμογή ανιχνευτών υπερήχων όπως το UIP1000hdT. Οι διασπορείς υπερήχων εξασφαλίζουν ομοιόμορφη κατανομή των CNTs σε διαλύτες και πολυμερή, π.χ. για την παρασκευή μελανιών κατάλληλων για εκτύπωση 3D.

Οι συσκευές υπερήχων υψηλών επιδόσεων είναι αξιόπιστα και ιδιαίτερα αποδοτικά συστήματα ανάμειξης εντός γραμμής για την παραγωγή νανοδιασπορών, π.χ. αγώγιμων νανομελανιών κατάλληλων για εκτύπωση 3D για προσθετική κατασκευή.

Βιομηχανικό σύστημα υπερήχων ισχύος για βιομηχανική διασπορά εντός γραμμής: Οι συσκευές υπερήχων υψηλών επιδόσεων είναι αξιόπιστα και εξαιρετικά αποδοτικά συστήματα ανάμειξης εντός γραμμής για την παραγωγή νανοδιασπορών, όπως CNT σε πολυμερή.

Πλεονεκτήματα της διασποράς CNT/πολυμερών με υπερήχους

Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια πολύ αποτελεσματική τεχνική διασποράς που προσφέρει πολλά οφέλη. Στα πλεονεκτήματα της διασποράς νανοσωλήνων άνθρακα (CNT) σε πολυμερή με υπερήχους περιλαμβάνονται:

Βελτιωμένη διασπορά: Η ενέργεια των υπερήχων μπορεί να διασπάσει αποτελεσματικά τα συσσωματώματα CNT και να προαγάγει την ομοιόμορφη διασπορά τους σε πολυμερή. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα ομοιογενές μείγμα με βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες, ηλεκτρική αγωγιμότητα και θερμική αγωγιμότητα.

Ακριβής έλεγχος: Η ενέργεια των υπερήχων επιτρέπει καλύτερο έλεγχο της διαδικασίας διασποράς, όπως του βαθμού διασποράς και του μεγέθους των CNT. Αυτό μπορεί να συμβάλει στην επίτευξη των επιθυμητών ιδιοτήτων του παραγόμενου νανοσύνθετου υλικού.

Μειωμένος χρόνος επεξεργασίας: Η διασπορά με υπερήχους μπορεί να μειώσει σημαντικά τον χρόνο επεξεργασίας σε σύγκριση με άλλες μεθόδους διασποράς, όπως η μαγνητική ανάδευση ή η κατεργασία με υπερήχους χωρίς θέρμανση. Αυτό μπορεί να βελτιώσει την αποδοτικότητα και τη δυνατότητα κλιμάκωσης της διαδικασίας.

Ευελιξία: Οι διασπορείς υπερήχων μπορούν να επεξεργαστούν κάθε είδους νανοσωματίδια, συμπεριλαμβανομένων νανοσφαιρών (π.χ. νανοπυριτίας), νανοσωλήνων (SWNT, MWNT), νανοφύλλων όπως το γραφένιο ή το borphene, λειτουργικοποιημένων νανοϋλικών, καθώς και νανοσωματιδίων πυρήνα–κελύφους. Φυσικά, οι συσκευές υπερήχων Hielscher μπορούν να διαχειριστούν υψηλές περιεκτικότητες σε στερεά και είναι συμβατές με οποιουσδήποτε διαλύτες και υγρά.

Οικονομική αποδοτικότητα: Οι διασπορείς υπερήχων αποτελούν σχετικά οικονομικό εξοπλισμό ανάμειξης σε σύγκριση με τους μύλους και άλλες τεχνικές διασποράς. Επιπλέον, οι επεξεργαστές υπερήχων είναι πολύ ανθεκτικοί, απαιτούν ελάχιστη συντήρηση και είναι πολύ αποδοτικοί ενεργειακά.

Επεξεργασία κατά παρτίδες και εντός γραμμής: Η διασπορά με υπερήχους μπορεί να πραγματοποιηθεί κατά παρτίδες ή σε λειτουργία συνεχούς ροής.

Εύκολος χειρισμός: Οι ακίδες υπερήχων είναι απλές και ασφαλείς στον χειρισμό. Οι ψηφιακές συσκευές υπερήχων Hielscher είναι προγραμματιζόμενες και μπορούν να ελέγχονται εξ αποστάσεως. Η αυτόματη καταγραφή δεδομένων συμβάλλει στη διατήρηση των προτύπων ποιότητας.

Γραμμική κλιμάκωση: Οι διαδικασίες διασποράς με υπερήχους μπορούν να κλιμακωθούν πλήρως γραμμικά σε οποιοδήποτε μέγεθος, γεγονός που καθιστά την κατεργασία με υπερήχους όχι μόνο εξαιρετικά αποδοτική, αλλά και πρακτικά εφαρμόσιμη μέθοδο για τη βιομηχανική παραγωγή.

Φιλική προς το περιβάλλον: Η διασπορά με υπερήχους είναι μια πράσινη και φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος που επιτρέπει την αποφυγή ή τη μείωση της χρήσης επιβλαβών διαλυτών ή χημικών ουσιών, καθιστώντας την μια ασφαλέστερη και βιώσιμη επιλογή για βιομηχανικές εφαρμογές.

Βιομηχανικό σύστημα υπερήχων για διεργασίες διάλυσης εντός γραμμής, π.χ. ομοιόμορφη διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα σε πολυμερικές συνθέσεις.

Σε αυτό το βίντεο παρουσιάζουμε ένα σύστημα υπερήχων ισχύος 2 κιλοβάτ για λειτουργία εντός της γραμμής επεξεργασίας, σε ερμάριο με δυνατότητα έκπλυσης με αέριο. Η Hielscher παρέχει εξοπλισμό υπερήχων σε σχεδόν όλους τους βιομηχανικούς κλάδους, όπως η χημική βιομηχανία, η φαρμακοβιομηχανία και η βιομηχανία καλλυντικών, καθώς και για πετροχημικές διεργασίες και διεργασίες εκχύλισης με διαλύτες. Αυτό το ερμάριο από ανοξείδωτο χάλυβα, με δυνατότητα έκπλυσης με αέριο, έχει σχεδιαστεί για λειτουργία σε επικίνδυνες περιοχές. Για τον σκοπό αυτό, ο πελάτης μπορεί να διοχετεύει άζωτο ή φρέσκο αέρα στο στεγανό ερμάριο, ώστε να αποτρέπεται η είσοδος εύφλεκτων αερίων ή ατμών.

Γενικό πρωτόκολλο για την παραγωγή σύνθετων υλικών CNT/PDMS με υπερήχους

Η κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιείται για τη διασπορά πολυάριθμων υλικών νανομετρικού μεγέθους σε πολυμερή. Μια συγκεκριμένη και ευρέως χρησιμοποιούμενη εφαρμογή είναι η διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα (CNTs) σε διμεθυλοπολυσιλοξάνη (PDMS) μέσω κατεργασίας με κεφαλή υπερήχων. Για τη διασπορά των CNTs στη μήτρα PDMS, χρησιμοποιούνται υπέρηχοι ισχύος και οι προκύπτουσες επιδράσεις της ακουστικής σπηλαίωσης, ώστε να απομπλέκονται οι νανοσωλήνες και να αναμειγνύονται ομοιόμορφα σχηματίζοντας ένα νανοαιώρημα. Η κατεργασία με κεφαλή υπερήχων είναι μια ισχυρή μέθοδος διασποράς των CNTs χάρη στην ικανότητά της να δημιουργεί έντονες δυνάμεις σπηλαίωσης που μπορούν να διασπούν αποτελεσματικά και να διασπείρουν τους συσσωματωμένους CNTs.
Η διασπορά με υπερήχους είναι ένα απλό στάδιο επεξεργασίας που δεν απαιτεί ειδική προεπεξεργασία ή μετεπεξεργασία. Ο ίδιος ο εξοπλισμός υπερήχων είναι ασφαλής και εύκολος στη χρήση.
Η διαδικασία διασποράς μέσω κατεργασίας με κεφαλή υπερήχων περιλαμβάνει συνήθως τα ακόλουθα βήματα:

Παρασκευή του μείγματος CNT-PDMS: Μια προκαθορισμένη ποσότητα CNTs προστίθεται στη μήτρα PDMS και το μείγμα προαναμειγνύεται με μηχανικό αναδευτήρα. Είναι ενδιαφέρον ότι η προκαταρκτική διασπορά των CNTs σε έναν διαλύτη θα μπορούσε να αυξήσει την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Τα καλύτερα αποτελέσματα επιτυγχάνονται με τετραϋδροφουράνιο (THF), ακετόνη ή χλωροφόρμιο (με σειρά από τα καλύτερα αποτελέσματα).
Κατεργασία με κεφαλή υπερήχων: Το μείγμα υποβάλλεται σε κατεργασία με κεφαλή υπερήχων υψηλής έντασης, η οποία παράγει υπερηχητικά κύματα με συχνότητα συνήθως περίπου 20 kHz. Ανάλογα με τον όγκο και τη σύνθεση, η κατεργασία με υπερήχους πραγματοποιείται συνήθως για αρκετά λεπτά, ώστε να διασφαλιστεί η πλήρης διασπορά των CNTs.
Παρακολούθηση της διασποράς: Η διασπορά των CNTs παρακολουθείται με τεχνικές όπως η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), η ηλεκτρονική μικροσκοπία διέλευσης (TEM) ή η φασματοσκοπία UV-Vis. Αυτές οι τεχνικές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απεικόνιση της κατανομής των CNTs εντός της μήτρας PDMS και για τη διασφάλιση της ομοιόμορφης διασποράς τους.

Συνοψίζοντας, η κατεργασία με κεφαλή υπερήχων είναι μια ισχυρή μέθοδος διασποράς των CNTs σε πολυμερή όπως το PDMS, χάρη στην ικανότητά της να δημιουργεί έντονες δυνάμεις σπηλαίωσης που μπορούν να διασπούν αποτελεσματικά και να διασπείρουν τους συσσωματωμένους CNTs.

Ομογενοποιητής υπερήχων για εφαρμογές διασποράς και ανάμειξης

Ομογενοποιητής υπερήχων UIP1000hdT

Μελέτες περιπτώσεων παραγωγής σύνθετων υλικών CNT/πολυμερούς με υπερήχους

Η διασπορά νανοσωλήνων και άλλων νανοϋλικών με βάση τον άνθρακα μέσω κατεργασίας με κεφαλή υπερήχων έχει ερευνηθεί εκτενώς και στη συνέχεια έχει εφαρμοστεί στη βιομηχανική παραγωγή. Παρακάτω παρουσιάζουμε ορισμένες ερευνητικές μελέτες που καταδεικνύουν την εξαιρετική αποδοτικότητα της διασποράς νανοσωλήνων με υπερήχους.

Διασπορά CNTs σε PDMS με υπερήχους για φορετούς αισθητήρες

Οι Del Bosque et al. (2022) συνέκριναν την άλεση σε τρικύλινδρο μύλο και την κατεργασία με υπερήχους ως προς την αποτελεσματικότητά τους στη διασπορά CNTs. Η ανάλυση της διαδικασίας διασποράς νανοσωματιδίων στην πολυμερική μήτρα δείχνει ότι η τεχνική κατεργασίας με υπερήχους παρέχει υψηλότερη ηλεκτρική ευαισθησία σε σύγκριση με την άλεση σε τρικύλινδρο μύλο, λόγω της μεγαλύτερης ομοιογένειας της κατανομής των CNTs που προκαλούν οι δυνάμεις σπηλαίωσης. Κατά τη δοκιμή διαφόρων περιεκτικοτήτων σε CNTs, διαπιστώθηκε ότι το κατώφλι διήθησης του συστήματος CNT-PDMS, δηλαδή η κρίσιμη περιεκτικότητα σε CNTs στην οποία το σύστημα καθίσταται ηλεκτρικά αγώγιμο, ήταν 0,4 wt% CNT. Νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (MWCNTs) διασπάρθηκαν μέσω κατεργασίας με υπερήχους χρησιμοποιώντας τη συσκευή υπερήχων UP400ST της Hielscher (βλ. εικόνα αριστερά), με κύκλους παλμών 0,5 και πλάτος 50 % για 2h. Οι επιδράσεις της διασποράς με υπερήχους κατά τη διάρκεια της κατεργασίας παρουσιάζονται στην παρακάτω εικόνα.
Με βάση αυτή την ανάλυση, ως βέλτιστες συνθήκες για την κατασκευή των φορετών αισθητήρων επιλέχθηκαν περιεκτικότητα 0,4 wt.% CNT και επεξεργασία με υπερήχους. Ως προς αυτό, η ανάλυση της ηλεκτρικής απόκρισης υπό διαδοχικούς κύκλους φόρτισης έδειξε υψηλή αντοχή των αισθητήρων που αναπτύχθηκαν, χωρίς καμία εμφάνιση βλάβης σε παραμόρφωση 2%, 5% και 10%, γεγονός που καθιστά αυτούς τους αισθητήρες αξιόπιστους για την παρακολούθηση μέτριων παραμορφώσεων.

Η διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα με υπερήχους είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική για την ομοιόμορφη κατανομή των νανοσωλήνων σε πολυμερικές μήτρες όπως η διμεθυλοπολυσιλοξάνη (PDMS)

Διασπορά MWCNTs σε PDMS με τη συσκευή υπερήχων UP400St για διάφορους χρόνους κατεργασίας με υπερήχους.
(Μελέτη και εικόνα: ©del Bosque et al., 2022)

Εξοπλισμός διασποράς με υπερήχους υψηλών επιδόσεων για νανοσύνθετα CNT/πολυμερούς

Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ακίδες υπερήχων υψηλής ισχύος για απαιτητικές εφαρμογές διασποράς σε εργαστηριακή, επιτραπέζια και βιομηχανική κλίμακα. Οι διασπορείς της Hielscher Ultrasonics παρέχουν αποτελεσματική και ακριβή ομογενοποίηση και διασπορά νανοϋλικών σε διαλύτες, πολυμερή και σύνθετα υλικά.
Με την προηγμένη τεχνολογία υπερήχων που διαθέτουν, αυτοί οι διασπορείς προσφέρουν μια γρήγορη και εύκολη λύση για την επίτευξη ομοιόμορφης κατανομής μεγέθους σωματιδίων, σταθερών διασπορών ή/και λειτουργικοποίησης νανοσωματιδίων.
Μειώνοντας τον χρόνο επεξεργασίας και ελαχιστοποιώντας την κατανάλωση ενέργειας, οι διασπορείς υπερήχων με ακίδα μπορούν να βελτιώσουν την παραγωγικότητα και να μειώσουν το λειτουργικό κόστος επιχειρήσεων σε διάφορους βιομηχανικούς κλάδους.
Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher μπορούν επίσης να προσαρμοστούν σε συγκεκριμένες απαιτήσεις, με επιλογές για διάφορα μεγέθη ακίδων, ενισχυτές πλάτους, επίπεδα ισχύος και κυψελίδες ροής, γεγονός που τις καθιστά ευέλικτες και προσαρμόσιμες σε διάφορες νανοσυνθέσεις και όγκους.
Συνολικά, οι διασπορείς υπερήχων με ακίδα αποτελούν εξαιρετική επένδυση για εργαστήρια και βιομηχανίες που επιδιώκουν να βελτιστοποιήσουν τις ροές εργασίας επεξεργασίας νανοϋλικών και να επιτύχουν σταθερά, αξιόπιστα αποτελέσματα.

Σχεδιασμός, κατασκευή και συμβουλευτική – Ποιότητα κατασκευασμένη στη Γερμανία

Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher είναι γνωστές για τα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας και σχεδιασμού τους. Η ανθεκτικότητα και η εύκολη λειτουργία επιτρέπουν την ομαλή ενσωμάτωση των συσκευών υπερήχων μας σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher ανταποκρίνονται αξιόπιστα σε αντίξοες συνθήκες και απαιτητικά περιβάλλοντα.

Η Hielscher Ultrasonics είναι εταιρεία πιστοποιημένη κατά ISO και δίνει ιδιαίτερη έμφαση σε συσκευές υπερήχων υψηλών επιδόσεων που διαθέτουν τεχνολογία αιχμής και ευκολία χρήσης. Φυσικά, οι συσκευές υπερήχων της Hielscher συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις CE και πληρούν τις απαιτήσεις των UL, CSA και RoHs.

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:

Όγκος παρτίδας	Παροχή	Συνιστώμενες συσκευές
0,5 έως 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 έως 500mL	10 έως 200mL/min	UP100H
10 έως 2000mL	20 έως 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 έως 20L	0,2 έως 4L/min	UIP2000hdT
10 έως 100L	2 έως 10L/min	UIP4000hdT
15 έως 150L	3 έως 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 έως 100L/min	UIP16000
n.a.	μεγαλύτερη	συστοιχία συσκευών UIP16000

Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!

Ζητήστε περισσότερες πληροφορίες

Παρακαλούμε χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα για να ζητήσετε πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με τους επεξεργαστές υπερήχων, τις εφαρμογές και την τιμή. Θα χαρούμε να συζητήσουμε μαζί σας τη διεργασία σας και να σας προσφέρουμε ένα σύστημα υπερήχων που ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις σας!

Διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου (υποχρεωτική)

Αριθμός τηλεφώνου

Όνομα

Ενδιαφέρον

Διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα με υπερήχους: Η συσκευή υπερήχων Hielscher UP400S (400W) διασπείρει και αποπλέκει τους νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) γρήγορα και αποτελεσματικά, διαχωρίζοντάς τους σε μεμονωμένους νανοσωλήνες.

Οι ομογενοποιητές υπερήχων υψηλής διάτμησης χρησιμοποιούνται σε εργαστηριακή, επιτραπέζια, πιλοτική και βιομηχανική επεξεργασία.

Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ομογενοποιητές υπερήχων υψηλών επιδόσεων για εφαρμογές ανάμειξης, διασποράς, γαλακτωματοποίησης και εκχύλισης σε εργαστηριακή, πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.

Σχετικά θέματα

Βιομηχανικός αντιδραστήρας ανάμειξης για νανοδιασπορές με χρήση ακίδων υπερήχων υψηλής ισχύος.

Αντιδραστήρας υπερήχων ασυνεχούς λειτουργίας για βιομηχανική επεξεργασία, π.χ. ενσωμάτωση CNT και άλλων νανοπληρωτικών σε πολυμερή για μελάνια κατάλληλα για εκτύπωση 3D για προσθετική κατασκευή.

Βιβλιογραφία / Αναφορές

del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
Kim, J., Hwang, JY., Hwang, H. et al. (2018): Simple and cost-effective method of highly conductive and elastic carbon nanotube/polydimethylsiloxane composite for wearable electronics. Scientific Reports 8, 1375 (2018).
Lima, Márcio; Andrade, Mônica; Skákalová, Viera; Bergmann, Carlos; Roth, Siegmar (2007): Dynamic percolation of carbon nanotubes in liquid medium. Journal of Materials Chemistry 17, 2007. 4846-4853.
Shar, A., Glass, P., Park, S. H., Joung, D. (2023): 3D Printable One-Part Carbon Nanotube-Elastomer Ink for Health Monitoring Applications. Advanced Functional Materials 33, 2023.

Υπέρηχοι υψηλών επιδόσεων! Η γκάμα προϊόντων της Hielscher καλύπτει ολόκληρο το φάσμα, από τη συμπαγή εργαστηριακή συσκευή υπερήχων και τις επιτραπέζιες μονάδες έως τα συστήματα υπερήχων πλήρους βιομηχανικής κλίμακας.

Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ομογενοποιητές υπερήχων υψηλών επιδόσεων σε κλίμακα από εργαστηριακή έως βιομηχανική.