Ομοιόμορφα διασκορπισμένα CNTs με υπερήχους
Για να αξιοποιηθούν οι εξαιρετικές λειτουργίες των νανοσωλήνων άνθρακα (CNTs), πρέπει να είναι ομοιογενώς διασκορπισμένοι.
Υπερήχων διασκορπιστές είναι το πιο κοινό εργαλείο για τη διανομή CNTs σε υδατικά και διαλύτη με βάση εναιωρήματα.
Η τεχνολογία διασποράς υπερήχων δημιουργεί αρκετά υψηλή ενέργεια διάτμησης για να επιτύχει πλήρη διαχωρισμό των CNT χωρίς να τα καταστρέψει.
Υπερήχων διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα
Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) έχουν πολύ υψηλό λόγο διαστάσεων και παρουσιάζουν χαμηλή πυκνότητα καθώς και τεράστια επιφάνεια (αρκετές εκατοντάδες m2 / g), γεγονός που τους δίνει μοναδικές ιδιότητες όπως πολύ υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό, ακαμψία και σκληρότητα και πολύ υψηλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα. Λόγω των δυνάμεων Van der Waals, οι οποίες προσελκύουν τους μοναδικούς νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) μεταξύ τους, οι CNTs τακτοποιούνται κανονικά σε δέσμες ή κουβάρια. Αυτές οι διαμοριακές δυνάμεις έλξης βασίζονται σε ένα φαινόμενο στοίβαξης π-δεσμού μεταξύ γειτονικών νανοσωλήνων γνωστό ως π-στοίβαξη. Για να αντληθεί το πλήρες όφελος από τους νανοσωλήνες άνθρακα, αυτά τα συσσωματώματα πρέπει να διαχωριστούν και οι CNT πρέπει να κατανεμηθούν ομοιόμορφα σε ομοιογενή διασπορά. Έντονη υπερήχους δημιουργεί ακουστική σπηλαίωση σε υγρά. Η τοπική τάση διάτμησης που δημιουργείται με αυτόν τον τρόπο σπάει τα συσσωματώματα CNT και τα διασκορπίζει ομοιόμορφα σε ένα ομοιογενές εναιώρημα. Η τεχνολογία διασποράς υπερήχων δημιουργεί αρκετά υψηλή ενέργεια διάτμησης για να επιτύχει πλήρη διαχωρισμό των CNT χωρίς να τα καταστρέψει. Ακόμη και για τα ευαίσθητα SWNTs, υπερήχηση εφαρμόζεται με επιτυχία για να τα απεμπλακεί μεμονωμένα. Υπερήχους μόλις παρέχει ένα επαρκές επίπεδο στρες για να διαχωρίσει τα συσσωματώματα SWNT χωρίς να προκαλέσει πολύ κάταγμα σε μεμονωμένους νανοσωλήνες (Huang, Terentjev 2012).
- Μονοδιασκορπισμένες CNTs
- Ομοιογενής κατανομή
- Υψηλή απόδοση διασποράς
- Υψηλές φορτίσεις CNT
- Χωρίς υποβάθμιση CNT
- Ταχεία επεξεργασία
- ακριβής έλεγχος της διαδικασίας
UIP2000hdT – 2kW ισχυρός υπερηχητικός για διασπορές CNT
Συστήματα υπερήχων υψηλής απόδοσης για διασπορές CNT
Hielscher Υπέρηχοι παρέχει ισχυρό και αξιόπιστο εξοπλισμό υπερήχων για την αποτελεσματική διασπορά των CNTs. Εάν πρέπει να προετοιμάσετε μικρά δείγματα CNT για ανάλυση και R&D ή πρέπει να κατασκευάσετε μεγάλες βιομηχανικές παρτίδες χύδην διασπορών, η γκάμα προϊόντων της Hielscher προσφέρει το ιδανικό σύστημα υπερήχων για τις απαιτήσεις σας. Από 50W υπερήχων για εργαστήριο έως 16kW βιομηχανικές μονάδες υπερήχων για εμπορική κατασκευή, Hielscher Υπέρηχοι σας έχει καλύψει.
Για την παραγωγή υψηλής ποιότητας διασπορών νανοσωλήνων άνθρακα, οι παράμετροι της διεργασίας πρέπει να ελέγχονται καλά. Το πλάτος, η θερμοκρασία, η πίεση και ο χρόνος κατακράτησης είναι οι πιο κρίσιμες παράμετροι για μια ομοιόμορφη κατανομή CNT. Υπερήχων Hielscher όχι μόνο επιτρέπουν τον ακριβή έλεγχο κάθε παραμέτρου, όλες οι παράμετροι της διαδικασίας καταγράφονται αυτόματα στην ενσωματωμένη κάρτα SD των ψηφιακών συστημάτων υπερήχων Hielscher. Το πρωτόκολλο κάθε διαδικασίας υπερήχων βοηθά στην εξασφάλιση αναπαραγώγιμων αποτελεσμάτων και σταθερής ποιότητας. Μέσω απομακρυσμένου ελέγχου του προγράμματος περιήγησης, ο χρήστης μπορεί να λειτουργήσει και να παρακολουθεί τη συσκευή υπερήχων χωρίς να βρίσκεται στη θέση του συστήματος υπερήχων.
Δεδομένου ότι οι νανοσωλήνες άνθρακα μονού τοιχώματος (SWNT) και οι νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (MWNT) καθώς και το επιλεγμένο υδατικό ή διαλυτικό μέσο απαιτούν συγκεκριμένες εντάσεις επεξεργασίας, το πλάτος υπερήχων αποτελεί βασικό παράγοντα όταν πρόκειται για το τελικό προϊόν. Hielscher Υπέρηχοι’ Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων μπορούν να προσφέρουν πολύ υψηλά καθώς και πολύ ήπια πλάτη. Καθορίστε το ιδανικό πλάτος για τις απαιτήσεις της διαδικασίας σας. Ακόμη και πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Η ευρωστία του υπερηχητικού εξοπλισμού Hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Οι πελάτες μας είναι ικανοποιημένοι από την εξαιρετική ευρωστία και αξιοπιστία των συστημάτων Hielscher Ultrasonic. Η εγκατάσταση σε πεδία εφαρμογών βαρέως τύπου, απαιτητικά περιβάλλοντα και 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία εξασφαλίζουν αποτελεσματική και οικονομική επεξεργασία. Υπερήχων εντατικοποίηση της διαδικασίας μειώνει το χρόνο επεξεργασίας και επιτυγχάνει καλύτερα αποτελέσματα, δηλαδή υψηλότερη ποιότητα, υψηλότερες αποδόσεις, καινοτόμα προϊόντα.
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 |
| μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Επεξεργαστές υπερήχων υψηλής ισχύος από εργαστήριο σε πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- Biver T.; Criscitiello F.; Di Francesco F.; Minichino M.; Swager T.; Pucci A. (2015): MWCNT/Perylene bisimide Water Dispersions for Miniaturized Temperature Sensors. RSC Advances 5: 2015. 65023–65029.
- Chiou K.; Byun S.; Kim J.; Huang J. (2018): Additive-free carbon nanotube dispersions, pastes, gels, and doughs in cresols. PNAS Vol. 115, No. 22, 2018. 5703–5708.
- Huang, Y.Y:; Terentjev E.M. (2012): Dispersion of Carbon Nanotubes: Mixing, Sonication, Stabilization, and Composite Properties. Polymers 2012, 4, 275-295.
- Krause B.; Mende M.; Petzold G.; Pötschke P. (2010): Characterization on carbon nanotubes’ dispersability using centrifugal sedimentation analysis in aqueous surfactant dispersions. Conference paper ANTEC 2010, Orlando, USA, May 16-20 2010.
- Paredes J.I.; Burghard M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length. Langmuir 2004, 20, 5149-5152.
- Santos A.; Amorim L.; Nunes J.P.; Rocha L.A.; Ferreira Silva A.; Viana J.C. (2019): A Comparative Study between Knocked-Down Aligned Carbon Nanotubes and Buckypaper-Based Strain Sensors. Materials 2019, 12, 2013.
- Szelag M. (2017): Mechano-Physical Properties and Microstructure of Carbon Nanotube Reinforced Cement Paste after Thermal Load. Nanomaterials 7(9), 2017. 267.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Νανοσωλήνες άνθρακα
Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) αποτελούν μέρος μιας ειδικής κατηγορίας μονοδιάστατων υλικών άνθρακα, παρουσιάζοντας εξαιρετικές μηχανικές, ηλεκτρικές, θερμικές και οπτικές ιδιότητες. Αποτελούν σημαντικό συστατικό που χρησιμοποιείται στην ανάπτυξη και παραγωγή προηγμένων νανοϋλικών, όπως νανοσύνθετα υλικά, ενισχυμένα πολυμερή κ.λπ., και, ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται σε τεχνολογίες αιχμής. Τα CNT εκθέτουν πολύ υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό, ανώτερες ιδιότητες θερμικής μεταφοράς, κενά χαμηλής ζώνης και βέλτιστη χημική και φυσική σταθερότητα, γεγονός που καθιστά τους νανοσωλήνες ένα πολλά υποσχόμενο πρόσθετο για πολλαπλά υλικά.
Ανάλογα με τη δομή τους, τα CNTS διακρίνονται σε νανοσωλήνες άνθρακα μονού τοιχώματος (SWNTs), νανοσωλήνες άνθρακα διπλού τοιχώματος (DWCNTs) και νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (MWNTs).
Οι SWNTs είναι κοίλοι, μακριές κυλινδρικοί σωλήνες κατασκευασμένοι από ένα τοίχωμα άνθρακα πάχους ενός ατόμου. Το ατομικό φύλλο άνθρακα είναι διατεταγμένο σε κυψελοειδές πλέγμα. Συχνά, συγκρίνονται εννοιολογικά με τυλιγμένα φύλλα γραφίτη ή γραφενίου μονής στρώσης.
Οι DWCNTs αποτελούνται από δύο νανοσωλήνες μονού τοιχώματος, με τον έναν να είναι ένθετος μέσα στον άλλο.
Τα MWNTs είναι μια μορφή CNT, όπου πολλαπλοί νανοσωλήνες άνθρακα μονού τοιχώματος είναι φωλιασμένοι ο ένας μέσα στον άλλο. Δεδομένου ότι η διάμετρος τους κυμαίνεται μεταξύ 3-30 nm και καθώς μπορούν να μεγαλώσουν αρκετά εκατοστά, ο λόγος διαστάσεων τους μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 10 και δέκα εκατομμυρίων. Σε σύγκριση με τις νανοΐνες άνθρακα, τα MWNT έχουν διαφορετική δομή τοίχου, μικρότερη εξωτερική διάμετρο και κοίλο εσωτερικό. Συνήθως χρησιμοποιούμενα βιομηχανικά διαθέσιμα τύπου MWNTs είναι π.χ. Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 και FutureCarbon CNT-MW.
Σύνθεση των CNTs: Οι CNTs μπορούν να παραχθούν με τη μέθοδο σύνθεσης με βάση το πλάσμα ή τη μέθοδο εξάτμισης εκκένωσης τόξου, τη μέθοδο κατάλυσης με λέιζερ, τη διαδικασία θερμικής σύνθεσης, τη χημική εναπόθεση ατμών (CVD) ή την εναπόθεση χημικών ατμών ενισχυμένων με πλάσμα.
Λειτουργικότητα των CNTs: Για να βελτιωθούν τα χαρακτηριστικά των νανοσωλήνων άνθρακα και να καταστούν έτσι πιο κατάλληλοι για μια συγκεκριμένη εφαρμογή, οι CNT συχνά λειτουργούν, π.χ. με την προσθήκη ομάδων καρβοξυλικού οξέος (-COOH) ή υδροξυλίου (-OH).
Πρόσθετα διασποράς CNT
Μερικοί διαλύτες όπως τα υπεροξέα, τα ιοντικά υγρά και η Ν-κυκλοεξυλο-2-πυρρολιδόνη είναι ικανοί να παρασκευάσουν σχετικά υψηλής συγκέντρωσης διασπορές CNT, ενώ οι πιο συνηθισμένοι διαλύτες για νανοσωλήνες, όπως η Ν-μεθυλο-2-πυρρολιδόνη (NMP), το διμεθυλοφορμαμίδιο (DMF) και το 1,2-διχλωροβενζόλιο, μπορούν να διασκορπίσουν νανοσωλήνες μόνο σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις (π.χ., τυπικά <0.02% κ.β. των CNT μονού τοιχώματος). Οι πιο συνηθισμένοι παράγοντες διασποράς είναι η πολυβινυλοπυρρολιδόνη (PVP), το δωδεκυλοβενζολοσουλφονικό νάτριο (SDBS), το Triton 100 ή το δωδεκυλοσουλφονικό νάτριο (SDS).
Οι κρεσόλες είναι μια ομάδα βιομηχανικών χημικών ουσιών που μπορούν να επεξεργαστούν CNT σε συγκεντρώσεις έως και δεκάδες τοις εκατό βάρους, με αποτέλεσμα τη συνεχή μετάβαση από αραιές διασπορές, παχιές πάστες και ελεύθερα πηκτώματα σε μια άνευ προηγουμένου κατάσταση που μοιάζει με ζύμη, καθώς αυξάνεται η φόρτωση CNT. Αυτές οι καταστάσεις παρουσιάζουν ρεολογικές και ιξωδοελαστικές ιδιότητες που μοιάζουν με πολυμερές, οι οποίες δεν είναι εφικτές με άλλους κοινούς διαλύτες, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι νανοσωλήνες είναι πράγματι διαχωρισμένοι και λεπτώς διασκορπισμένοι σε κρεσόλες. Οι κρεσόλες μπορούν να αφαιρεθούν μετά από επεξεργασία με θέρμανση ή πλύσιμο, χωρίς να μεταβάλλεται η επιφάνεια των CNT. [Chiou et al. 2018]
Εφαρμογές των διασπορών CNT
Για να χρησιμοποιηθούν τα οφέλη των CNT, πρέπει να διασκορπιστούν σε ένα υγρό όπως ένα πολυμερές, Ομοιόμορφα διασκορπισμένα CNTs χρησιμοποιούνται για την κατασκευή αγώγιμων πλαστικών, οθονών υγρών κρυστάλλων, οργανικών διόδων εκπομπής φωτός, οθονών αφής, εύκαμπτων οθονών, ηλιακών κυψελών, αγώγιμων μελανιών, υλικών στατικού ελέγχου, συμπεριλαμβανομένων μεμβρανών, αφρών, ινών και υφασμάτων, πολυμερών επικαλύψεων και συγκολλητικών ουσιών, σύνθετα πολυμερή υψηλής απόδοσης με εξαιρετική μηχανική αντοχή και σκληρότητα, σύνθετες ίνες πολυμερούς/CNT, καθώς και ελαφριά και αντιστατικά υλικά.