Kuidas hajutada ühe seinaga süsiniknanotorusid individuaalselt

Ühe seinaga süsiniknanotorudel (SWNT-d või SWCNT-d) on unikaalsed omadused, kuid nende väljendamiseks peavad need olema individuaalselt hajutatud. Üheseinaliste süsiniknanotorude erakordsete omaduste täielikuks ärakasutamiseks tuleb torud kõige täielikumalt eemaldada. SWNT-d kui teised nanoosakesed näitavad väga suurt tõmbejõudu, nii et usaldusväärse deagglomeratsiooni ja dispersiooni jaoks on vaja võimsat ja tõhusat tehnikat. Kuigi tavalised segamistehnikad ei taga SWNT-de eemaldamiseks vajalikku intensiivsust ilma neid kahjustamata, on tõestatud, et suure võimsusega ultraheli eemaldab ja hajutab SWCNT-sid. Ultraheli genereeritud kavitatsioonilised nihkejõud on piisavalt võimsad, et ületada sidumisjõud, samas kui ultraheli intensiivsust saab täpselt reguleerida, et vältida SWCNT-de kahjustamist.

Probleem:

Ühe seinaga süsiniknanotorud (SWCNT-d) erinevad mitme seinaga süsiniknanotorudest (MWNT-d / MWCNT-d) oma elektriliste omaduste poolest. SWCNT-de ribalaius võib varieeruda nullist kuni 2 eV-ni ja nende elektrijuhtivus iseloomustab metallilist või pooljuhtivat käitumist. Kuna ühe seinaga süsiniknanotorud on väga sidusad, on SWCNT-de töötlemise üks peamisi takistusi torude olemuslik lahustumatus orgaanilistes lahustites või vees. SWCNT-de täieliku potentsiaali kasutamiseks on vaja torude lihtsat, usaldusväärset ja skaleeritavat deagglomeratsiooniprotsessi. Eriti CNT külgseinte või avatud otste funktsionaliseerimine, et luua sobiv liides SWCNT-de ja orgaanilise lahusti vahel, toob kaasa ainult SWCNT-de osalise koorimise. Seetõttu on SWCNT-d enamasti hajutatud kimpudena, mitte üksikute deagglomereeritud trossidena. Kui seisund dispersiooni ajal on liiga karm, lühendatakse SWCNT-sid pikkusteni 80 kuni 200 nm. Enamiku praktiliste rakenduste puhul, st pooljuhtivate või tugevdavate SWCNT-de puhul, on see pikkus liiga väike.

Lahus:

Ultraheli on väga tõhus meetod süsiniknanotorude hajutamiseks ja deagglomeratsiooniks, kuna suure intensiivsusega ultraheli ultraheli lained tekitavad vedelikes kavitatsiooni. Vedelas keskkonnas levivad helilained põhjustavad vahelduvaid kõrgsurve (kokkusurumine) ja madalrõhu (haruldane) tsükleid, mille kiirus sõltub sagedusest. Madala rõhu tsükli ajal tekitavad suure intensiivsusega ultraheli lained vedelikus väikesed vaakummullid või tühimikud. Kui mullid saavutavad mahu, mille juures nad ei suuda enam energiat absorbeerida, varisevad nad kõrgsurvetsükli ajal ägedalt kokku. Seda nähtust nimetatakse kavitatsiooniks. Implosiooni ajal saavutatakse kohapeal väga kõrged temperatuurid (umbes 5,000K) ja rõhud (umbes 2,000atm). Kavitatsioonimulli implosioon põhjustab ka vedelikujoad kiirusega kuni 280 m / s. Need vedelad jugavood, mis tulenevad ultraheli kavitatsioon, ületage süsiniknanotorude vahelised sidumisjõud ja seega muutuvad nanotorud deagglomineeruvaks. Kerge, kontrollitud ultraheliravi on sobiv meetod suure pikkusega dispergeeritud SWCNT-de pindaktiivse aine stabiliseeritud suspensioonide loomiseks. SWCNT-de kontrollitud tootmiseks võimaldavad Hielscheri ultraheli protsessorid töötada mitmesuguste ultraheli parameetrite komplektidega. Ultraheli amplituudi, vedeliku rõhku ja vedelat koostist saab muuta vastavalt konkreetsele materjalile ja protsessile. See pakub erinevaid kohandamisvõimalusi, näiteks

• sonotrode amplituudid kuni 170 mikronit
• vedeliku rõhk kuni 10 baari
• vedeliku voolukiirus kuni 15L / min (sõltuvalt protsessist)
• vedeliku temperatuur kuni 80 °C (soovi korral muud temperatuurid)
• Materjali viskoossus kuni 100.000CP

 

Lisaks võimaldab ultraheliuuring kui polümeeriga toetatav puhastusmeetod tõhusalt eemaldada lisandeid kasvatatud SWCNT-dest. SWCNT-de keemilist modifitseerimist molekulaarsel tasandil on raske uurida, sest puhtaid SWNT-sid on raske saada. SWCNT-de ultraheliuuring polü(metüülmetakrülaat) PMMA monoklorobenseeni (MCB) lahuses, millele järgneb filtreerimine, on tõhus viis SWCNT-de puhastamiseks. See polümeeri abil puhastatav meetod võimaldab tõhusalt eemaldada lisandeid kasvatatud SWCNT-dest. Ultraheli amplituudi täpne kontroll võimaldab vältida või piirata SWCNT-de kahjustamist.

Ultraheli seadmed

Hielscher pakub suurt jõudlust ultraheli protsessorid iga helitugevuse ultraheliga töötlemiseks. Ultraheli seadmed alates 50 vatti kuni 16 000 vatti, mis võiksid olla klastrites, võimaldavad leida iga rakenduse jaoks sobiva ultraheli nii laboris kui ka tööstuses. Nanotorude keerukaks hajutamiseks on soovitatav pidev ultrahelitöötlus. Hielscheri voolurakkude abil on võimalik CNT-sid hajutada kõrgendatud viskoossusega vedelikeks, nagu polümeerid, kõrge viskoossusega sulamid ja termoplastid.

Klõpsake siin, et lugeda lisateavet nanotorude hajutamise ja modifitseerimise kohta suure võimsusega ultraheli abil!