Διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα σε 3D-εκτυπώσιμα μελάνια
Η ομοιόμορφη διασπορά των CNT σε 3D-εκτυπώσιμα μελάνια μπορεί να ενισχύσει τις ιδιότητες του μελανιού και να επιτρέψει νέες εφαρμογές σε διάφορους τομείς. Καθετήρας-τύπου υπερήχους είναι μια εξαιρετικά αξιόπιστη τεχνική διασποράς για την παραγωγή σταθερών νανοεναιωρημάτων CNTs σε πολυμερή.
Αποτελεσματική και σταθερή διασπορά CNT σε πολυμερή λόγω υπερήχων
Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) συχνά διασκορπίζονται σε έλαια πυριτίου για διάφορες εφαρμογές λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους. Η διασπορά των CNTs σε έλαια πυριτίου μπορεί να βελτιώσει τις μηχανικές, θερμικές και ηλεκτρικές ιδιότητες των υλικών που προκύπτουν. Μια τέτοια εφαρμογή είναι η κατασκευή πολυμερών με CNT για αγώγιμα 3D-εκτυπώσιμα μελάνια, π.χ. για την κατασκευή προσθέτων βιολογικής βάσης φορητών αισθητήρων αφής, ικριωμάτων αναγέννησης ιστών ειδικά για τον ασθενή και εύκαμπτων ηλεκτροδίων ΗΚΓ και EEG.
Επιπλέον, τα CNTs διασκορπισμένα σε έλαια πυριτίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αγώγιμα μελάνια σε ηλεκτρονικές συσκευές, όπως εύκαμπτες οθόνες και αισθητήρες. Τα CNTs λειτουργούν ως αγώγιμα μονοπάτια, επιτρέποντας τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος.
Πλεονεκτήματα της υπερηχητικής διασποράς CNT / πολυμερούς
Υπερήχους είναι μια πολύ αποτελεσματική τεχνική διασποράς, η οποία έρχεται με πολλά οφέλη. Τα πλεονεκτήματα της υπερηχητικής διασποράς νανοσωλήνων άνθρακα (CNTs) σε πολυμερή περιλαμβάνουν:

Υπερηχητικό βιομηχανικό σύστημα για ενσωματωμένες διεργασίες διάλυσης, π.χ. ομοιόμορφη διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα σε πολυμερή σκευάσματα.
Γενικό πρωτόκολλο για την υπερηχητική παραγωγή σύνθετων υλικών CNT / PDMS
Υπερήχους χρησιμοποιείται για τη διασπορά πολυάριθμων νανο-μεγέθους υλικών σε πολυμερή. Μια συγκεκριμένη και ευρέως χρησιμοποιούμενη εφαρμογή είναι η διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα (CNTs) σε διμεθυλοπολυσιλοξάνιο (PDMS) χρησιμοποιώντας κατεργασία με υπερήχους τύπου καθετήρα. Προκειμένου να διασκορπιστούν τα CNT στη μήτρα PDMS, ο υπέρηχος ισχύος και τα επακόλουθα αποτελέσματα της ακουστικής σπηλαίωσης χρησιμοποιούνται για να ξεμπερδέψουν τους νανοσωλήνες και να τους αναμίξουν ομοιόμορφα σε ένα νανοεναιώρημα. Η υπερήχηση τύπου ανιχνευτή είναι μια ισχυρή μέθοδος για τη διασπορά CNTs λόγω της ικανότητάς της να παράγει έντονες δυνάμεις σπηλαίωσης που μπορούν αποτελεσματικά να διασπαστούν και να διασκορπιστούν συσσωματωμένα CNTs.
Υπερήχων διασπορά είναι ένα απλό βήμα επεξεργασίας που δεν απαιτεί ειδική πριν ή μετά τη θεραπεία. Ο ίδιος ο εξοπλισμός υπερήχων είναι ασφαλής και εύκολος στη λειτουργία.
Η διαδικασία διασποράς χρησιμοποιώντας κατεργασία με υπερήχους τύπου καθετήρα περιλαμβάνει συνήθως τα ακόλουθα βήματα:
- Παρασκευή του μείγματος CNT-PDMS: Μια προκαθορισμένη ποσότητα CNTs προστίθεται στη μήτρα PDMS και αναμειγνύεται εκ των προτέρων χρησιμοποιώντας μηχανικό αναδευτήρα. Είναι ενδιαφέρον ότι με την προ-διασπορά των CNTs σε ένα διαλύτη η ηλεκτρική αγωγιμότητα θα μπορούσε να αυξηθεί. Τα καλύτερα αποτελέσματα επιτυγχάνονται με τετραϋδροφουράνιο (THF), ακετόνη ή χλωροφόρμιο (ταξινομημένα με βάση τα καλύτερα αποτελέσματα).
- Κατεργασία με υπερήχους τύπου ανιχνευτή: Το μείγμα υποβάλλεται σε κατεργασία με υπερήχους τύπου καθετήρα χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό καθετήρα υψηλής έντασης που παράγει κύματα υπερήχων με συχνότητα συνήθως περίπου 20 kHz. Ανάλογα με τον όγκο και τη σύνθεση, υπερήχηση πραγματοποιείται συνήθως για αρκετά λεπτά για να εξασφαλιστεί η πλήρης διασπορά των CNTs.
- Παρακολούθηση της διασποράς: Η διασπορά των CNTs παρακολουθείται χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), η ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης (TEM) ή η φασματοσκοπία UV-Vis. Αυτές οι τεχνικές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να απεικονίσουν την κατανομή των CNT μέσα στη μήτρα PDMS και να εξασφαλίσουν ότι οι CNT είναι ομοιόμορφα διασκορπισμένες.
Συνοπτικά, κατεργασία με υπερήχους τύπου καθετήρα είναι μια ισχυρή μέθοδος για τη διασπορά CNTs σε πολυμερή όπως το PDMS λόγω της ικανότητάς του να παράγει έντονες δυνάμεις σπηλαίωσης που μπορούν αποτελεσματικά να διασπάσουν και να διασκορπίσουν συσσωματωμένα CNTs.
Μελέτες περιπτώσεων υπερηχητικής κατασκευής σύνθετων υλικών CNT / Polymer
Η διασπορά νανοσωλήνων και άλλων νανοϋλικών με βάση τον άνθρακα χρησιμοποιώντας υπερήχους τύπου καθετήρα έχει ερευνηθεί εκτενώς και στη συνέχεια έχει εφαρμοστεί στη βιομηχανική παραγωγή. Παρακάτω, παρουσιάζουμε μερικές ερευνητικές μελέτες, οι οποίες αποδεικνύουν την εξαιρετική αποτελεσματικότητα της διασποράς νανοσωλήνων υπερήχων.
Υπερηχητική διασπορά CNTs σε PDMS για φορητούς αισθητήρες
Οι Del Bosque et al. (2022) συνέκριναν την άλεση τριών κυλίνδρων και την υπερήχηση για την αποτελεσματικότητά τους στη διασπορά CNT. Η ανάλυση της διαδικασίας διασποράς νανοσωματιδίων στη μήτρα πολυμερούς δείχνει ότι η τεχνική υπερήχων παρέχει υψηλότερη ηλεκτρική ευαισθησία σε σύγκριση με την άλεση τριών κυλίνδρων λόγω της υψηλότερης ομοιογένειας της κατανομής CNT που προκαλείται από τις δυνάμεις σπηλαίωσης. Δοκιμάζοντας διάφορα φορτία CNT, το κατώφλι διήθησης του συστήματος CNT-PDMS, δηλαδή το κρίσιμο περιεχόμενο CNT στο οποίο γίνεται ηλεκτρικά αγώγιμο, βρέθηκε να είναι 0,4% wt% CNT. Νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (MWCNTs) διασκορπίστηκαν με υπερήχους χρησιμοποιώντας το Hielscher ultrasonicator UP400ST (βλ. εικόνα αριστερά) σε 0.5 κύκλους παλμών και 50% πλάτος για 2h. Τα αποτελέσματα της υπερηχητικής διασποράς κατά τη διάρκεια του χρόνου υπερήχων παρουσιάζονται στην παρακάτω εικόνα.
Με βάση αυτή την ανάλυση, οι βέλτιστες συνθήκες για την κατασκευή των φορητών αισθητήρων επιλέχθηκαν ως 0,4% κ.β. CNT μέσω μιας διαδικασίας υπερήχων. Από αυτή την άποψη, μια ανάλυση της ηλεκτρικής απόκρισης υπό διαδοχικούς κύκλους φορτίου έδειξε υψηλή ευρωστία των αναπτυγμένων αισθητήρων, χωρίς καμία παρουσία ζημιάς σε πίεση 2%, 5% και 10%, γεγονός που καθιστά αυτούς τους αισθητήρες αξιόπιστους για την παρακολούθηση της μεσαίας καταπόνησης.

Υπερήχων διασπορά των MWCNTs σε PDMS χρησιμοποιώντας το υπερήχων UP400St σε διάφορους χρόνους υπερήχων.
(Μελέτη και εικόνα: ©del Bosque et al., 2022)
Εξοπλισμός διασποράς υπερήχων υψηλής απόδοσης για CNT/πολυμερή νανοσύνθετα υλικά
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευαστές υψηλής ισχύος ανιχνευτές υπερήχων για απαιτητικές εφαρμογές διασποράς στο εργαστήριο, πάγκος-top και τη βιομηχανία. Hielscher υπερήχων διασκορπιστές παρέχουν αποτελεσματική και ακριβή ομογενοποίηση και διασπορά των νανοϋλικών σε διαλύτες, πολυμερή και σύνθετα υλικά.
Με την προηγμένη τεχνολογία υπερήχων τους, αυτοί οι διασκορπιστές προσφέρουν μια γρήγορη και εύκολη λύση για την επίτευξη ομοιόμορφης κατανομής μεγέθους σωματιδίων, σταθερών διασπορών ή / και λειτουργικότητας νανοσωματιδίων.
Με τη μείωση του χρόνου επεξεργασίας και την ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας, υπερήχων διασκορπιστές ανιχνευτή μπορεί να βελτιώσει την παραγωγικότητα και να μειώσει το λειτουργικό κόστος για τις επιχειρήσεις σε μια ποικιλία βιομηχανιών.
Hielscher υπερήχων μπορεί επίσης να προσαρμοστεί για να ταιριάζει σε συγκεκριμένες απαιτήσεις, με επιλογές για μια σειρά από μεγέθη ανιχνευτή, ενισχυτικά κέρατα, επίπεδα ισχύος, και κύτταρα ροής, καθιστώντας τους ευέλικτο και προσαρμόσιμο σε διάφορες νανο-συνθέσεις και όγκους.
Συνολικά, οι διασκορπιστές ανιχνευτών υπερήχων είναι μια εξαιρετική επένδυση για εργαστήρια και βιομηχανίες που επιθυμούν να βελτιστοποιήσουν τις ροές εργασίας επεξεργασίας νανοϋλικών και να επιτύχουν συνεπή, αξιόπιστα αποτελέσματα.
Σχεδιασμός, Κατασκευή και Συμβουλευτική – Ποιότητα Made in Germany
Hielscher υπερήχων είναι γνωστή για την υψηλότερη ποιότητα και τα πρότυπα σχεδιασμού τους. Η ευρωστία και η εύκολη λειτουργία επιτρέπουν την ομαλή ενσωμάτωση των υπερήχων μας σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Οι σκληρές συνθήκες και τα απαιτητικά περιβάλλοντα αντιμετωπίζονται αξιόπιστα από τους υπερήχους Hielscher.
Hielscher Υπέρηχοι είναι μια πιστοποιημένη εταιρεία ISO και δίνουν ιδιαίτερη έμφαση σε υψηλής απόδοσης υπερήχων που διαθέτουν state-of-the-art τεχνολογία και φιλικότητα προς το χρήστη. Φυσικά, Hielscher υπερήχων είναι CE συμβατό και πληρούν τις απαιτήσεις των UL, CSA και RoHs.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
---|---|---|
0.5 έως 1.5mL | μ.δ. | VialTweeter | 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
15 έως 150L | 3 έως 15L / λεπτό | UIP6000hdT |
μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!

Υπερηχητικός αντιδραστήρας παρτίδας για βιομηχανική επεξεργασία, π.χ. ενσωμάτωση CNT και άλλων νανοπληρωτικών σε πολυμερή για 3D-εκτυπώσιμα μελάνια 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.

Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές από εργαστήριο προς βιομηχανικό μέγεθος.