Πώς να διαλύσει μονού τοιχώματος νανοσωλήνες άνθρακα Ξεχωριστά
Οι νανοσωλήνες άνθρακα μονής καμπύλης (SWNTs ή SWCNTs) έχουν μοναδικά χαρακτηριστικά, αλλά για να τα εκφράσουν πρέπει να είναι χωριστά διασκορπισμένα. Για να αξιοποιηθούν πλήρως τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά των νανοσωλήνων άνθρακα με ένα τοίχωμα, οι σωλήνες πρέπει να απομακρύνονται πλήρως. Τα SWNTs όπως και άλλα νανοσωματίδια δείχνουν πολύ μεγάλες δυνάμεις έλξης, έτσι ώστε μια ισχυρή και αποτελεσματική τεχνική είναι απαραίτητη για μια αξιόπιστη αποσυσσωμάτωση και διασπορά. Ενώ οι συνήθεις τεχνικές ανάμιξης δεν παρέχουν την ένταση που απαιτείται για την απομάκρυνση των SWNT χωρίς να τους καταστρέφουν, οι υπερηχητικές συσκευές υψηλής ισχύος αποδεικνύεται ότι αποτρέπουν και διασκορπίζουν τα SWCNTs. Οι δυνάμεις διάτμησης που δημιουργούνται με υπερήχους είναι αρκετά ισχυρές ώστε να ξεπεράσουν τις δυνάμεις συγκόλλησης, ενώ η ένταση του υπερήχου μπορεί να ρυθμιστεί με ακρίβεια για να αποφευχθεί η ζημιά των SWCNTs.
Πρόβλημα:
Οι νανοσωλήνες άνθρακα μονού τοίχου (SWCNTs) διαφέρουν από τις πολυανθρακικές νανοσωλήνες άνθρακα (MWNTs / MWCNTs) με τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες. Το χάσμα ζώνης SWCNTs μπορεί να κυμαίνεται από μηδέν έως 2 eV και η ηλεκτρική αγωγιμότητα τους χαρακτηρίζεται από μεταλλική ή ημιαγωγική συμπεριφορά. Δεδομένου ότι οι νανοσωληνίσκοι με ένα φύλλο άνθρακα είναι εξαιρετικά συνεκτικές, ένα από τα σημαντικότερα εμπόδια στην επεξεργασία των SWCNTs είναι η εγγενής αδιαλυτότητα των σωλήνων σε οργανικούς διαλύτες ή νερό. Για να χρησιμοποιηθεί το πλήρες δυναμικό των SWCNT, χρειάζεται μια απλή, αξιόπιστη και κλιμακούμενη διαδικασία αποσυσσωμάτωσης των σωλήνων. Ειδικότερα, η λειτουργικοποίηση των πλευρικών τοιχωμάτων του CNT ή των ανοικτών άκρων για τη δημιουργία μιας κατάλληλης διεπαφής μεταξύ των SWCNTs και του οργανικού διαλύτη οδηγεί μόνο σε μερική απολέπιση των SWCNTs. Συνεπώς, τα SWCNTs είναι κυρίως διασκορπισμένα ως δεσμίδες αντί για μεμονωμένα αποσυσσωματωμένα σχοινιά. Εάν η κατάσταση κατά τη διάρκεια της διασποράς είναι πολύ σκληρή, τα SWCNT θα μειωθούν σε μήκη μεταξύ 80 και 200nm. Για την πλειονότητα των πρακτικών εφαρμογών, δηλαδή για ημιαγωγούς ή ενισχυτικές SWCNTs, αυτό το μήκος είναι πολύ μικρό.

UIP2000hdT, ένα 2kW ισχυρό υπερήχων για να διαλύσει SWCNTs.
Λύση:
Η υπερηχητική είναι μια πολύ αποτελεσματική μέθοδος διασποράς και αποσυσσωμάτωσης των νανοσωλήνων άνθρακα, καθώς τα υπερηχητικά κύματα υπερήχων υψηλής έντασης δημιουργούν σπηλαίωση σε υγρά. Τα ηχητικά κύματα που πολλαπλασιάζονται στο υγρό μέσο οδηγούν σε εναλλασσόμενους κύκλους υψηλής πίεσης (συμπίεσης) και χαμηλής πίεσης (αραίωσης), με ρυθμούς ανάλογα με τη συχνότητα. Κατά τη διάρκεια του κύκλου χαμηλής πίεσης, τα υπερηχητικά κύματα υψηλής έντασης δημιουργούν μικρές κενές ή κενά στο υγρό. Όταν οι φυσαλίδες φθάσουν έναν όγκο στον οποίο δεν μπορούν πλέον να απορροφούν ενέργεια, καταρρέουν βίαια κατά τη διάρκεια ενός κύκλου υψηλής πίεσης. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται σπηλαίωση. Κατά τη διάρκεια της έκρηξης επιτυγχάνονται πολύ υψηλές θερμοκρασίες (περίπου 5.000 K) και πιέσεις (περίπου 2.000atm). Η εμφάνιση της φούσκας σπηλαίωσης οδηγεί επίσης σε ρεύματα υγρού μέχρι ταχύτητας 280m / s. Αυτά τα ρεύματα υγρών εκτόξευσης που προκύπτουν από υπερηχητική σπηλαίωση, Ξεπεραστούν οι δυνάμεις συγκόλλησης μεταξύ του νανοσωλήνες άνθρακα και ως εκ τούτου, οι νανοσωλήνες γίνονται αποσυσσωματωμένο. Ένα ήπιο, ελεγχόμενη κατεργασία με υπερήχους είναι μια κατάλληλη μέθοδος για τη δημιουργία σταθεροποιημένα με επιφανειοδραστικό παράγοντα εναιωρήματα διασπείρονται SWCNTs με υψηλή μήκους. Για την ελεγχόμενη παραγωγή SWCNTs, υπερήχων επεξεργαστές Hielscher επιτρέπει για τρέξιμο σε ένα ευρύ φάσμα των υπερήχων συνόλων παραμέτρων. Το εύρος υπερηχητικού, πίεση υγρού και υγρή σύνθεση μπορεί να μεταβάλλεται αντίστοιχα με το συγκεκριμένο υλικό και τη διαδικασία. Αυτό προσφέρει μεταβλητή δυνατότητες προσαρμογών, όπως
- πλάτη sonotrode έως 170 micron
- υγρό πιέσεις μέχρι 10 bar
- ρυθμοί ροής υγρού έως 15L / min (ανάλογα με τη διαδικασία)
- υγρό θερμοκρασίες μέχρι 80 degC (άλλες θερμοκρασίες κατόπιν αιτήματος)
- υλικό ιξώδες μέχρι 100.000cp
υπερήχων εξοπλισμού
Hielscher προσφέρει υψηλή απόδοση υπερήχων επεξεργαστές για την υπερήχων του κάθε όγκου. Συσκευές υπερήχων από 50 βατ έως και 16.000 watt, το οποίο θα μπορούσε να συσταθεί σε ομάδες, επιτρέπουν την εξεύρεση του κατάλληλου υπερήχων για κάθε εφαρμογή, στο εργαστήριο, καθώς και στη βιομηχανία. Για την εκλεπτυσμένη διασπορά των νανοσωλήνων, μία συνεχής κατεργασία με υπερήχους συνιστάται. Χρησιμοποιώντας κύτταρα ροής Hielscher του, καθίσταται δυνατόν να διασπαρθεί CNTs σε υγρά των αυξημένων ιξώδους όπως πολυμερή, τήγματα υψηλό ιξώδες και θερμοπλαστικά.
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!

Υπερηχητική διασπορά νανοσωλήνων (UP400St),

Διασποράς CNTs με τη συσκευή εργαστηρίου Hielscher του UP50H

Υπερήχων υψηλής απόδοσης! Σειρά προϊόντων Hielscher καλύπτει το πλήρες φάσμα από το συμπαγές εργαστήριο ultrasonicator πάνω από πάγκο-top μονάδες σε πλήρη βιομηχανική υπερήχων συστήματα.
Λογοτεχνία / Αναφορές
- Cheng, Qiaohuan; Debnath, Sourabhi; Gregan, Elizabeth; Byrne, Hugh J. (2010): Ultrasound-Assisted SWNTs Dispersion: Effects of Sonication Parameters and Solvent Properties. The Journal of Physical Chemistry C, 114(19), 2010. 8821–8827.
- Tenent, Robert; Barnes, Teresa; Bergeson, Jeremy; Ferguson, Andrew; To, Bobby; Gedvilas, Lynn; Heben, Michael; Blackburn, Jeffrey (2009): Ultrasmooth, Large‐Area, High‐Uniformity, Conductive Transparent Single‐Walled‐Carbon‐Nanotube Films for Photovoltaics Produced by Ultrasonic Spraying. Advanced Materials. 21. 3210 – 3216.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζουμε
Οι συσκευές υπερήχων αναφέρονται συχνά ως συσκευή υπερήχων ανιχνευτή, υπερήχων ομογενοποιητή, Sonic lyser, υπερήχων διάρρηξης, υπερήχων μύλος, Sono-ruptor, Sonifier, Sonic Dismembrator, κύτταρο διασπαστή, υπερήχων διασπορέας ή διαλυτοποιητής. Οι διαφορετικοί όροι προκύπτουν από τις διάφορες εφαρμογές που μπορούν να υλοποιηθούν με υπερήχους.