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.

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

 

Επιπλέον, υπερήχους ως μέθοδος καθαρισμού πολυμερές υποβοηθούμενη επιτρέπει την αφαίρεση των προσμείξεων από τόσο-καλλιεργούνται SWCNTs, αποτελεσματικά. Είναι δύσκολο να μελετηθεί η χημική τροποποίηση του SWCNTs στο μοριακό επίπεδο, επειδή είναι δύσκολο να ληφθεί καθαρό SWNTs. Όπως-καλλιεργούνται SWCNTs περιέχουν πολλές ακαθαρσίες, όπως μεταλλικά σωματίδια και άμορφα άνθρακες. Υπερήχους του SWCNTs σε ένα διάλυμα μονοχλωροβενζόλιο (MCB) του πολυ (μεθακρυλικό μεθύλιο) PMMA ακολουθούμενη από διήθηση είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για τον καθαρισμό SWCNTs. Αυτή η μέθοδος καθαρισμού πολυμερές υποβοηθούμενη επιτρέπει την απομάκρυνση ακαθαρσιών από as-καλλιεργούνται SWCNTs αποτελεσματικά. Ακριβής έλεγχος του πλάτους υπερήχους επιτρέπει την αποφυγή ή τον περιορισμό καταστροφή των SWCNTs.

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.

Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα για τη διασπορά και την τροποποίηση των νανοσωλήνων με υπερήχους υψηλής ισχύος!