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Dispersión de nanotubos de carbono (CNT) por ultrasonidos

Los carbonnanotubos son fuertes y flexibles, pero muy cohesivos. Son difíciles de dispersar en líquidos, como agua, etanol, aceite, polímeros o resina epoxi. El ultrasonido es un método eficaz para obtener resultados discretos. – monodispersos – carbonnanotubos.

Los carbonnanotubos (CNT) se utilizan en adhesivos, revestimientos y polímeros y como rellenos conductores de electricidad en plásticos para disipar cargas estáticas en equipos eléctricos y en paneles de carrocería de automóviles pintados electrostáticamente. Mediante el uso de nanotubos, los polímeros pueden hacerse más resistentes a las temperaturas, a los productos químicos agresivos, a los ambientes corrosivos, a las presiones extremas y a la abrasión. Existen dos categorías de nanotubos de carbono: Nanotubos de pared simple (SWNT) y nanotubos de pared múltiple (MWNT).

El tratamiento ultrasónico es un método simple y eficaz para dispersar nanotubos de carbono en agua o disolventes orgánicos.Los carbonnanotubos están generalmente disponibles como material seco, por ejemplo, de empresas como SES Investigación o CNT Co., Ltd. Se necesita un proceso sencillo, fiable y escalable para la desaglomeración, a fin de utilizar los nanotubos al máximo de su potencial. Para líquidos de hasta 100.000cP, el ultrasonido es una tecnología muy eficaz para la dispersión de nanotubos en agua, aceite o polímeros en bajas o altas concentraciones. Las corrientes de chorro de líquido que resultan de cavitación ultrasónicaLos nanotubos, superar las fuerzas de unión entre los nanotubos, y separar los tubos. Debido a las fuerzas de corte generadas por ultrasonido y las micro turbulencias, el ultrasonido también puede ayudar en el recubrimiento de la superficie y la reacción química de los nanotubos con otros materiales.

La ultrasonicación es un procedimiento eficaz para desenredar los carbonnanotubos en agua o disolventes orgánicos.Generalmente, una dispersión gruesa de nanotubos es primero premezclada por un agitador estándar y luego homogeneizada en el reactor de celda de flujo ultrasónico. El video de abajo (Haga clic en la imagen para comenzar!) muestra una prueba de laboratorio (sonicación por lotes usando una UP400S) dispersando los carbonnanotubos multipared en agua a baja concentración. Debido a la naturaleza química del carbono, el comportamiento de dispersión de los nanotubos en el agua es bastante difícil. Como se muestra en el video, se puede demostrar fácilmente que la ultrasonicación es capaz de dispersar los nanotubos de manera efectiva.

Dispersión de SWNTs individuales de gran longitud

Un problema importante para el procesamiento y manipulación de SWNTs es la insolubilidad inherente de los tubos en solventes orgánicos comunes y agua. La funcionalización de la pared lateral del nanotubo o de los extremos abiertos para crear una interfaz apropiada entre los SWNT y el disolvente sólo conduce a la exfoliación parcial de las cuerdas SWNT.
Como resultado, los SWNTs son típicamente dispersados como paquetes en lugar de objetos individuales completamente aislados. Cuando se emplean condiciones demasiado duras durante la dispersión, los SWNTs se acortan a longitudes entre 80 y 200 nm. Aunque esto es útil para ciertas pruebas, esta longitud es demasiado pequeña para la mayoría de las aplicaciones prácticas, tales como semiconductores o SWNT de refuerzo. Tratamiento ultrasónico suave y controlado (p. ej. mediante UP200Ht con sonotrodo de 40mm) es un procedimiento eficaz para preparar dispersiones acuosas de SWNTs individuales largos. Las secuencias de ultrasonido suave minimizan el acortamiento y permiten la máxima preservación de las propiedades estructurales y electrónicas.

Purificación de SWNT por ultrasonido asistido por polímeros

Es difícil estudiar la modificación química de los SWNTs a nivel molecular, porque es difícil obtener SWNTs puros. A medida que crecen, los SWNTs contienen muchas impurezas, como partículas de metal y carbones amorfos. La ultrasonido de SWNTs en una solución de monoclorobenceno (MCB) de PMMA de poli(metacrilato de metilo) seguido de filtración es una manera efectiva de purificar SWNTs. Este método de purificación asistido por polímeros permite eliminar eficazmente las impurezas de los SWNTs en crecimiento. (Yudasaka et al.) El control preciso de la amplitud de la ultrasonicación permite limitar los daños a los SWNTs.

Hielscher a gama de dispositivos ultrasónicos y accesorios para la dispersión eficiente de nanotubos.

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Referencias

Koshio, A., Yudasaka, M., Zhang, M., Iijima, S. (2001): A Simple Way to Chemically React Single-Wall Crabon Nanotubes with Organic Materials Using Ultrasonication; en Nano Letters, Vol. 1, No. 7, 2001, p. 361-363.

Yudasaka, M.; Zhang, M.; Jabs, C.; Iijima, S. (2000): Física Aplicada A 2000, 71, 449.

Paredes, J. I., Burghard, M. (2004): Dispersiones de nanotubos de carbono individuales de una sola pared de gran longitud, pulg: Langmuir, Vol. 20, No. 12, 2004, 5149-5152, American Chemical Society.