Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Cómo para dispersar una sola pared nanotubos de carbono individualmente

Los nanotubos de carbono de paredes simples (SWNT o SWCNT) tienen características únicas, pero para expresarlos deben dispersarse individualmente. Para aprovechar al máximo las características excepcionales de los nanotubos de carbono de paredes simples, los tubos deben desenredarse del todo. SWNTs como otras nanopartículas muestran fuerzas de atracción muy altas, por lo que se necesita una técnica potente y eficiente para una desaglomeración y dispersión confiable. Si bien las técnicas de mezcla comunes no proporcionan la intensidad necesaria para desenredar los SWNT sin dañarlos, se ha comprobado que los ultrasonidos de alta potencia desenredan y dispersan los SWCNT. Las fuerzas de cizallamiento cavitacional generadas por ultrasonidos son lo suficientemente potentes como para superar las fuerzas de unión, mientras que la intensidad del ultrasonido se puede ajustar con precisión para evitar el daño de los SWCNT.

Problema:

Los nanotubos de carbono de paredes simples (SWCNT) se diferencian de los nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWNT / MWCNT) por sus propiedades eléctricas. El espacio de banda de los SWCNT puede variar de cero a 2 eV y su conductividad eléctrica presenta un comportamiento metálico o semiconductor. Como los nanotubos de carbono de pared simple son altamente cohesivos, uno de los principales obstáculos en el procesamiento de SWCNT es la insolubilidad inherente de los tubos en solventes orgánicos o agua. Para utilizar todo el potencial de SWCNT, se necesita un proceso de desaglomeración simple, confiable y escalable de los tubos. Especialmente, la funcionalización de las paredes laterales o los extremos abiertos de CNT para crear una interfaz adecuada entre los SWCNT y el disolvente orgánico da como resultado la exfoliación parcial de los SWCNT únicamente. Por lo tanto, las SWCNT se dispersan principalmente como haces en lugar de cuerdas desaglomeradas individuales. Si la condición durante la dispersión es demasiado dura, los SWCNT se acortarán a longitudes entre 80 y 200 nm. Para la mayoría de las aplicaciones prácticas, es decir, para SWCNT semiconductores o de refuerzo, esta longitud es demasiado pequeña.

Solución:

La ultrasonicación es un método muy eficaz de dispersión y desaglomeración de nanotubos de carbono, ya que las ondas ultrasónicas de ultrasonido de alta intensidad generan cavitación en líquidos. Las ondas de sonido propagadas en el medio líquido dan como resultado ciclos alternos de alta presión (compresión) y baja presión (rarefacción), con velocidades que dependen de la frecuencia. Durante el ciclo de baja presión, las ondas ultrasónicas de alta intensidad crean pequeñas burbujas de vacío o huecos en el líquido. Cuando las burbujas alcanzan un volumen en el que ya no pueden absorber energía, colapsan violentamente durante un ciclo de alta presión. Este fenómeno se denomina cavitación. Durante la implosión, se alcanzan localmente temperaturas muy altas (aproximadamente 5.000 K) y presiones (aproximadamente 2.000atm). La implosión de la burbuja de cavitación también produce chorros de líquido de hasta 280 m / s de velocidad. Estas corrientes de chorro líquido resultantes de Cavitación ultrasónica, Superar las fuerzas de enlace entre los nanotubos de carbono y por lo tanto, los nanotubos se convierten desaglomerado. Un tratamiento ultrasónico suave, controlado es un método apropiado para crear suspensiones de tensioactivo estabilizado de SWCNTs dispersas con alta longitud. Para la producción controlada de SWCNTs, procesadores de ultrasonidos de Hielscher permite para el funcionamiento en una amplia gama de conjuntos de parámetros de ultrasonidos. La amplitud de ultrasonidos, la presión del líquido y la composición líquida se pueden variar respectivamente al material y proceso específico. Esto ofrece posibilidades variables de ajustes, tales como

  • amplitudes sonotrodo de hasta 170 micras
  • presiones de líquido de hasta 10 bares
  • caudales de líquido de hasta 15L / min (dependiendo del proceso)
  • temperaturas del líquido de hasta 80 degC (otras temperaturas bajo petición)
  • la viscosidad del material de hasta 100.000cp

 

Además, ultrasonidos como método de purificación polímero asistida permite eliminar las impurezas de SWCNTs como adultos, con eficacia. Es difícil de estudiar la modificación química de SWCNTs a nivel molecular, ya que es difícil de obtener SWNT puros. Como-crecido SWCNTs contienen muchas impurezas, tales como partículas de metal y carbono amorfo. Ultrasonidos de SWCNTs en una solución de monoclorobenceno (MCB) de poli (metacrilato de metilo) PMMA seguido de filtración es una manera eficaz para purificar SWCNTs. Este método de purificación polímero asistida permite la eliminación de impurezas de SWCNTs como adultos con eficacia. El control preciso de la amplitud de ultrasonidos permite evitar o limitar dañar los SWCNTs.

La dispersión de nanotubos de carbono

 

dispositivos de ultrasonidos de Hielscher son el ideal

Ultrasónico de dispersión de los nanotubos (UP400S)

Datos acerca de los SWNT– diámetro de aprox. 1 nm, con un tubo de millones de veces más largo– fuerza extrema & rigidez– muy alta tenacidad– muy alta conductividad electrónica y térmica– metálico o semiconductor comportamiento

ultrasonidos de potencia es a menudo la única herramienta fiable para desenredar y dispersar los nanotubos

La dispersión de nanotubos de carbono con un dispositivo de laboratorio de Hielscher UP50H

Equipo ultrasónico

Hielscher ofrece un alto rendimiento Sonificadores para la sonicación de cada volumen. dispositivos de ultrasonidos de 50 vatios hasta 16.000 vatios, lo que podría configurar en racimos, permiten encontrar el ultrasónica apropiada para cada aplicación, en el laboratorio, así como en la industria. Para la dispersión de los nanotubos sofisticada, se recomienda un tratamiento con ultrasonidos continua. El uso de celdas de flujo de Hielscher, se hace posible dispersar CNTs en líquidos de viscosidad elevada, tal como polímeros, masas fundidas de alta viscosidad y termoplásticos.

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El ultrasonido de alta potencia dispositivos son una técnica de procesamiento industrial eficaz para la disolución, homogeneización, dispersión, desaglomeración y extracción.

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Información interesante

A los homogeneizadores ultrasónicos también se los denomina frecuentemente como sonicador de sonda, sonolisador, fraccionador por ultrasonidos, pulverizador ultrasónico, sonoruptor, sonificador, disgregador ultrasónico, fraccionador celular, dispersor ultrasónico o mezclador por ultrasonidos. Estos términos provienen de las distintas aplicaciones que se pueden llevar a cabo por sonicación.