Üheosalised süsiniku nanotorud (SWNTs või SWCNT-id) omavad unikaalseid omadusi, kuid nende väljendamiseks peavad need olema individuaalselt hajutatud. Selleks, et täielikult ära kasutada ühekordse seinaga süsinikust nanotorude erakordseid omadusi, tuleb torud kõige enam täielikult eemalduda. SWNT-id kui teised nanopartiklid näitavad väga suurt atraktiivsust, nii et usaldusväärseks deagglomeration ja dispersiooniks oleks vaja võimas ja tõhusat tehnikat. Kuigi tavalised segamistehnikad ei anna intensiivsust, mis on vajalik SWNT-de leevendamiseks nende kahjustamata, on suure võimsusega ultraheliuuringud SWCNT-d lahti võtnud ja hajutanud. Ultraheli genereeritud kaavitsuslikud nihkejõud on piisavalt tugevad, et ületada liimimisjõud, samas kui ultraheli intensiivsust saab täpselt reguleerida, et vältida SWCNT-de kahjustumist.

Probleem:

Üheosalised süsinikust nanotorud (SWCNT-d) erinevad mitmesugustest süsinikust nanotorudest (MWNTs / MWCNTs) nende elektriliste omaduste poolest. SWCNT-i vahemik võib varieeruda nullist kuni 2 eV-ni ja nende elektrijuhtivus on metalli- või pooljuhtivusega. Kuna üheahelalised süsiniku nanotorud on väga sidusad, on SWCNT-de töötlemisel üks peamistest takistustest orgaanilistes lahustites või vees olevate torude omavahel lahustumatu. SWCNT-ide täieliku potentsiaali kasutamiseks on vaja torude lihtsat, usaldusväärset ja mastaabitavat deagglomereerimisprotsessi. Eriti põhjustab CNT külgseinte või avatud otste funktsionaliseerimine, et luua SWCNT-de ja orgaanilise lahusti vahel sobiv sobiv liides, ainult SWCNT-de osaline koorimine. Seetõttu on SWCNTid enamasti hajutatud pigem kimpude kui üksikute deagglomereeritud köidetena. Kui hajutamise olukord on liiga karm, siis lühendatakse SWCNT-d pikkusega 80 kuni 200 nm. Enamiku praktiliste rakenduste jaoks, st pooljuhtide või tugevdavate SWCNT-de puhul on see pikkus liiga väike.

Lahendus:

Ultraheli on väga efektiivne süsiniku nanotorude hajutamise ja deagglomereerimise meetod, sest suure intensiivsusega ultraheli ultraheli lained tekitavad vedelikus kavitatsiooni. Vedes meediumis paljundatud heli lained põhjustavad vahelduvaid kõrgsurve (tihendus) ja madala rõhu (eraldusvõime) tsükleid, kus määrad sõltuvad sagedusest. Madala rõhu tsükli ajal tekitavad suure intensiivsusega ultraheli lained vedelikus väikesed vaakummullid või tühjad ruumid. Kui mullid saavutavad mahu, mille abil nad enam energiat neelavad, kerkivad nad kõrgsurvetsükli ajal ägedalt. Seda nähtust nimetatakse kavitatsiooniks. Sulgemise ajal on väga kõrge temperatuur (ligikaudu 5000 K) ja rõhk (ligikaudu 2000 kraadi). Kavitumismulli kaotamine toob kaasa ka vedelikujuga kuni 280m / s kiiruse. Need vedeliku jugavoolud, mis tulenevad ultraheli kavitatsioon, ületatakse sidemetevahelised jõud süsiniku nanotorude vahel ja seeläbi muutuvad nanotorud deagglomereerituks. Kerge, kontrollitud ultraheliga töötlemine on sobilik meetod pikkade pikkade dispergeeritud SWCNT pindaktiivsete ainetega stabiliseeritud suspensioonide tekitamiseks. HELSCHERi ultraheli protsessorid võimaldavad SWCNT-de kontrollitavat tootmist, mis võimaldab töötada mitmesugustes ultraheli parameetrites. Ultraheli amplituudi, vedeliku rõhu ja vedeliku koostise saab vastavalt konkreetsele materjalile ja protsessile varieerida. See pakub muutuvaid reguleerimisvõimalusi, nagu näiteks

• sonotrode amplituudid kuni 170 mikronit
• vedel rõhk kuni 10 baari
• vedeliku voolukiirus kuni 15L / min (sõltuvalt protsessist)
• vedeliku temperatuurid kuni 80 ° C (muud temperatuurid nõudmisel)
• materjali viskoossus kuni 100.000 cp

 

Pealegi võimaldab ultraheli määramine polümeeri abil puhastatud meetodil tõhusalt eemaldada nii kasvanud SWCNT-sid. SWCNT keemilise modifikatsiooni molekulaarsel tasemel on raske uurida, sest on raske saada puhtaid SWNT-sid. Nagu kasvanud SWCNTs sisaldavad palju lisandeid, nagu näiteks metallosakesed ja amorfsed süsinikud. SWCNT-de ultraheliuuring polü (metüülmetakrülaadi) PMMA monoklorobenseeni (MCB) lahuses ja seejärel filtreerimine on efektiivne SWCNT-de puhastamine. See polümeeril põhinev puhastusmeetod võimaldab tõhusalt eemaldada nii kasvanud SWCNT-sid. Ultraheli amplituudi täpne kontroll võimaldab vältida või piirata SWCNT-de kahjustamist.

Ultraheli seadmed

Hielscher pakub suurepäraseid tulemusi ultraheli töötlejad iga helitugevuse ultraheliga töötlemisel. Ultraheli seadmed alates 50 vatt kuni 16 000 vatti, mis võivad moodustada klastreid, võimaldavad leida sobivat ultraheli nii labori kui ka tööstuse jaoks. Nanoteekide keerukaks hajutuseks on soovitatav kasutada pidevat ultrahelitöötlust. Hielscheri voolukarakeste abil saab CNT-d hajutada kõrgendatud viskoossusega vedelikeks, nagu näiteks polümeerid, suure viskoossusega sulavad ja termoplastid.

Klõpsake siin, et lugeda suurema võimsusega ultraheli dispersiooni ja nanotorude muutmise kohta!