Οι νανοσωλήνες άνθρακα είναι ισχυροί και ευέλικτοι αλλά πολύ συνεκτικοί. Είναι δύσκολο να διασκορπιστούν σε υγρά, όπως νερό, αιθανόλη, λάδι, πολυμερές ή εποξειδική ρητίνη. Ο υπέρηχος είναι μια αποτελεσματική μέθοδος για την απόκτηση διακριτών – single-διεσπαρμένο – νανοσωλήνες άνθρακα.

Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNT) χρησιμοποιούνται σε κόλλες, επιχρίσματα και πολυμερή και ως ηλεκτρικά αγώγιμα πληρωτικά σε πλαστικά για τη διάχυση στατικών φορτίων σε ηλεκτρικό εξοπλισμό και σε ηλεκτροστατικά βαμμένα πάνελ αμαξώματος αυτοκινήτων. Με τη χρήση νανοσωλήνων, τα πολυμερή μπορούν να γίνουν πιο ανθεκτικά στις θερμοκρασίες, τις σκληρές χημικές ουσίες, τα διαβρωτικά περιβάλλοντα, τις ακραίες πιέσεις και την τριβή. Υπάρχουν δύο κατηγορίες νανοσωλήνων άνθρακα: νανοσωλήνες ενός τοιχώματος (SWNT) και νανοσωλήνες πολλαπλών τοίχων (MWNT).

Οι νανοσωλήνες άνθρακα είναι γενικά διαθέσιμοι ως ξηρό υλικό, π.χ. από εταιρείες, όπως Η έρευνα SES ή CNT Co., Ltd. Μια απλή, αξιόπιστη και κλιμακούμενη διαδικασία για την αποσυσσώρευση είναι απαραίτητη, προκειμένου να αξιοποιηθεί η νανοσωλήνες στο μέγιστο δυναμικό τους. Για υγρά μέχρι 100, 000cP υπερήχων είναι μια πολύ αποτελεσματική τεχνολογία για τη διασπορά των νανοσωλήνες σε νερό, λάδι ή πολυμερή σε χαμηλές ή υψηλές συγκεντρώσεις. Οι ροές υγρών Jet που προκύπτουν από υπερηχητική σπηλαίωση, Ξεπεραστούν οι δυνάμεις σύνδεση μεταξύ των νανοσωλήνων, και διαχωρίστε τις σωλήνες. Λόγω των υπερηχητικώς δημιουργούνται δυνάμεις διάτμησης και πολύ μικρών στροβιλισμών υπερηχογράφημα μπορεί να βοηθήσει στην αντίδραση επίστρωση της επιφάνειας και η χημική των νανοσωλήνων με άλλα υλικά, πάρα πολύ.

Γενικά, μια χονδροειδής διασπορά νανοσωλήνων πρώτα αναμειγνύεται από έναν τυπικό αναδευτήρα και στη συνέχεια ομογενοποιείται στον υπερηχητικό αντιδραστήρα κυττάρων ροής. Το παρακάτω βίντεο δείχνει μια εργαστηριακή δοκιμή (υπερήχηση παρτίδας χρησιμοποιώντας ένα Up400s) διασκορπίζοντας νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων σε νερό σε χαμηλή συγκέντρωση. Λόγω της χημικής φύσης του άνθρακα, η συμπεριφορά διασποράς των νανοσωλήνων στο νερό είναι μάλλον δύσκολη. Όπως φαίνεται στο βίντεο, μπορεί εύκολα να αποδειχθεί ότι η υπερήχους είναι ικανή να διασκορπίσει αποτελεσματικά τους νανοσωλήνες.

Διασπορά των Ατομικών SWNTs του Ύπατου Μήκος

Ένα σημαντικό πρόβλημα για την επεξεργασία και το χειρισμό των SWNTs είναι η εγγενής αδιαλυτότητα των σωλήνων σε κοινούς οργανικούς διαλύτες και νερό. Λειτουργοποίηση του πλευρικού νανοσωλήνων τοίχο ή ανοικτά άκρα για να δημιουργηθεί μια κατάλληλη διεπαφή μεταξύ των SWNTs και ο διαλύτης κυρίως να οδηγήσει σε μερική απολέπιση των σχοινιών SWNT, μόνο.
Ως αποτέλεσμα, οι SWNTs τυπικά διασπείρεται ως δέσμες και όχι πλήρως απομονωμένο μεμονωμένων αντικειμένων. Όταν οι υπερβολικά σκληρές συνθήκες που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της διασποράς, οι SWNTs συντομευθεί σε μήκη μεταξύ 80 και 200nm. Αν και αυτό είναι χρήσιμο για ορισμένες δοκιμές, το μήκος αυτό είναι πολύ μικρό για τις περισσότερες πρακτικές εφαρμογές, όπως ημιαγώγιμης ή την ενίσχυση SWNTs. Ελεγχόμενη, ήπια επεξεργασία υπερήχων (π.χ. από UP200Ht με sonotrode 40 χιλιοστά) Είναι μια αποτελεσματική διαδικασία για την παρασκευή υδατικών διασπορών των μακράς επιμέρους SWNTs. Ακολουθίες ήπιας υπερήχους ελαχιστοποιηθεί η μείωση και επιτρέπει τη μέγιστη διατήρηση των δομικών και ηλεκτρονικών ιδιοτήτων.

Καθαρισμός του SWNT από πολυμερούς υποβοηθούμενη υπερήχων

Είναι δύσκολο να μελετηθεί η χημική τροποποίηση του SWNTs σε μοριακό επίπεδο, επειδή είναι δύσκολο να ληφθεί καθαρό SWNTs. Όπως-καλλιεργούνται SWNTs περιέχουν πολλές ακαθαρσίες, όπως μεταλλικά σωματίδια και άμορφα άνθρακες. Υπερήχους της SWNTs σε ένα διάλυμα μονοχλωροβενζόλιο (MCB) του πολυ (μεθακρυλικό μεθύλιο) PMMA ακολουθούμενη από διήθηση είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για να καθαρίσει SWNTs. Αυτή η μέθοδος καθαρισμού πολυμερές υποβοηθούμενη επιτρέπει την αφαίρεση των προσμείξεων από AS-καλλιεργούνται SWNTs αποτελεσματικά. (Yudasaka et αϊ.) Η ακριβής έλεγχος του πλάτους υπερήχους επιτρέπει τον περιορισμό των ζημιών στις SWNTs.

Hielscher του ευρύ φάσμα υπερηχητικών συσκευών και αξεσουάρ για την αποτελεσματική διασποράς των νανοσωλήνων.

• Compact συσκευές εργαστηρίου έως και Ισχύς υπερήχων 400 Watt για την διασποράς σε μικρότερους όγκους έως 2 λίτρα
• UIP500hdT, UIP1000hdT και UIP1500hdT είναι υπερηχητικοί επεξεργαστές που μπορούν να επεξεργαστούν μεγαλύτερους όγκους.
• Υπερήχων συστήματα 2kW (UIP2000hdT) και 4kW (UIP4000hdT) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διασπορά σε κλίμακα παραγωγής νανοσωλήνων άνθρακα. Ο UIP10000 (10 κιλοβάτ) και το UIP16000 (16 κιλοβάτ) μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συστάδες διαφόρων μεμονωμένων μονάδων για μεγάλης κλίμακας επεξεργασία νανοσωλήνων άνθρακα.”

Βιβλιογραφία

• Koshio, A., Yudasaka, M., Zhang, M., Iijima, S. (2001): A Simple Way to Chemically React Single-Wall Crabon Nanotubes with Organic Materials Using Ultrasonication; in Nano Letters, Vol. 1, No. 7, 2001, p. 361-363.
• Yudasaka, M., Zhang, M., Jabs, C. et al. (2000): Effect of an organic polymer in purification and cutting of single-wall carbon nanotubes. Appl Phys A 71, 449–451 (2000).
• Paredes, J. I., Burghard, M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length, in: Langmuir, Vol. 20, No. 12, 2004, 5149-5152, American Chemical Society.