نحوه پراکنده کردن نانولوله های کربنی تک جداره به صورت جداگانه
نانولوله های کربنی تک جداره (SWNTs یا SWCNTs) دارای ویژگی های منحصر به فردی هستند، اما برای بیان آنها باید به صورت جداگانه پراکنده شوند. برای استفاده کامل از ویژگی های استثنایی نانولوله های کربنی تک جداره، لوله ها باید به طور کامل گره گشایی شوند. SWNT ها مانند سایر نانوذرات نیروی جاذبه بسیار بالایی از خود نشان می دهند، به طوری که یک تکنیک قدرتمند و کارآمد برای جلاگلزدایی و پراکندگی قابل اعتماد مورد نیاز است. در حالی که تکنیک های اختلاط رایج شدت مورد نیاز برای جداسازی SWNTs بدون آسیب رساندن به آنها را فراهم نمی کند، مافوق صوت با قدرت بالا ثابت شده است که SWCNT ها را از بین می برد و پراکنده می شود. نیروهای برشی حفره ای تولید شده توسط اولتراسونیک به اندازه کافی قدرتمند برای غلبه بر نیروهای اتصال هستند، در حالی که شدت سونوگرافی را می توان با دقت تنظیم کرد تا از آسیب SWCNT ها جلوگیری شود.
مشکل:
نانولوله های کربنی تک جداره (SWCNTs) از نظر خواص الکتریکی با نانولوله های کربنی چند جداره (MWNTs/MWCNTs) متفاوت هستند. گاف باند SWCNT ها می تواند از صفر تا 2 الکترون ولت متغیر باشد و رسانایی الکتریکی آنها دارای رفتار فلزی یا نیمه رسانا است. از آنجایی که نانولوله های کربنی تک جداره بسیار چسبنده هستند، یکی از موانع عمده در پردازش نانولوله های کربنی تک جداره حلالیت ذاتی لوله ها در حلال های آلی یا آب است. برای استفاده از پتانسیل کامل SWCNT ها، یک فرآیند آگلومراسیون ساده، قابل اعتماد و مقیاس پذیر لوله ها مورد نیاز است. به ویژه عامل دار شدن دیواره های جانبی یا انتهای باز CNT برای ایجاد رابط مناسب بین SWCNT ها و حلال آلی تنها منجر به لایه برداری جزئی SWCNT ها می شود. بنابراین، SWCNT ها بیشتر به صورت بسته نرم افزاری پراکنده می شوند تا طناب های جداگگلومره منفرد. اگر شرایط در طول پراکندگی خیلی سخت باشد، SWCNT ها به طول های بین 80 تا 200 نانومتر کوتاه می شوند. برای اکثر کاربردهای عملی، یعنی برای SWCNT های نیمه رسانا یا تقویت کننده، این طول بسیار کم است.
UIP2000hdT، یک اولتراسونیک قدرتمند 2kW برای پراکنده SWCNTs.
راه حل:
امواج فراصوت یک روش بسیار موثر برای پراکندگی و deagglomeration از نانولوله های کربن است، به عنوان امواج مافوق صوت از سونوگرافی با شدت بالا تولید حفره در مایعات. امواج صوتی منتشر شده در محیط مایع منجر به چرخه های متناوب فشار بالا (فشرده سازی) و کم فشار (نادر) می شود که نرخ آنها بسته به فرکانس است. در طول چرخه فشار کم، امواج اولتراسونیک با شدت بالا حباب های خلاء کوچک یا حفره هایی را در مایع ایجاد می کنند. هنگامی که حباب ها به حجمی می رسند که دیگر نمی توانند انرژی را جذب کنند، در طول یک چرخه فشار بالا به شدت فرو می ریزند. این پدیده کاویتاسیون نامیده می شود. در طول انفجار، دماهای بسیار بالا (تقریبا 5000 کلاین) و فشارها (تقریبا 2000 اتمسفر) به صورت محلی به دست می آیند. انفجار حباب کاویتاسیون همچنین منجر به جت های مایع با سرعت 280 متر بر ثانیه می شود. این جریان های جت مایع ناشی از خلا سازی آلتراسونیک، بر نیروهای پیوند بین نانولوله های کربنی غلبه می کنند و از این رو، نانولوله ها از بین می روند. یک درمان اولتراسونیک خفیف و کنترل شده یک روش مناسب برای ایجاد سوسپانسیون تثبیت شده با سورفکتانت از SWCNT های پراکنده با طول بالا است. برای تولید کنترل شده از SWCNTs، پردازنده های مافوق صوت Hielscher را اجازه می دهد تا برای در حال اجرا در طیف گسترده ای از مجموعه پارامترهای اولتراسونیک. دامنه اولتراسونیک، فشار مایع و ترکیب مایع را می توان به ترتیب به مواد و فرآیند خاص متفاوت است. این امکانات متغیری از تنظیمات را ارائه می دهد، مانند
- دامنه سونوترود تا 170 میکرون
- فشار مایع تا 10 بار
- سرعت جریان مایع تا 15 لیتر در دقیقه (بسته به فرآیند)
- دمای مایع تا 80 درجه سانتیگراد (سایر دماها در صورت درخواست)
- ویسکوزیته مواد تا 100.000cp
تجهیزات اولتراسونیک
Hielscher ارائه می دهد عملکرد بالا پردازنده های اولتراسونیک برای فراصوت هر حجم. دستگاه های اولتراسونیک از 50 وات تا 16.000 وات، که می توانند در خوشه ها راه اندازی شوند، امکان یافتن اولتراسونیک مناسب برای هر کاربرد، در آزمایشگاه و همچنین در صنعت را فراهم می کنند. برای پراکندگی پیچیده نانولوله ها، فراصوت مداوم توصیه می شود. با استفاده از سلول های جریان Hielscher ، ممکن است CNT ها را به مایعات با ویسکوزیته بالا مانند پلیمرها ، ذوب ویسکوزیته بالا و ترموپلاستیک ها پراکنده کنید.
برای مطالعه بیشتر در مورد پراکندگی و اصلاح نانولوله ها توسط سونوگرافی پرقدرت اینجا را کلیک کنید!
تماس با ما! / از ما بپرسید!
تصویربرداری میکروسکوپی از SWNTs پراکنده اولتراسونیک.
پراکندگی التراسونیک از نانولوله ها (UP400St)
پراکنده کردن CNT ها با دستگاه آزمایشگاه Hielscher UP50H
اولتراسونیک با کارایی بالا! محدوده محصول Hielscher را پوشش می دهد طیف کامل از ultrasonicator آزمایشگاه جمع و جور بیش از واحدهای نیمکت بالا به سیستم های اولتراسونیک تمام صنعتی.
ادبیات / منابع
- Cheng, Qiaohuan; Debnath, Sourabhi; Gregan, Elizabeth; Byrne, Hugh J. (2010): Ultrasound-Assisted SWNTs Dispersion: Effects of Sonication Parameters and Solvent Properties. The Journal of Physical Chemistry C, 114(19), 2010. 8821–8827.
- Tenent, Robert; Barnes, Teresa; Bergeson, Jeremy; Ferguson, Andrew; To, Bobby; Gedvilas, Lynn; Heben, Michael; Blackburn, Jeffrey (2009): Ultrasmooth, Large‐Area, High‐Uniformity, Conductive Transparent Single‐Walled‐Carbon‐Nanotube Films for Photovoltaics Produced by Ultrasonic Spraying. Advanced Materials. 21. 3210 – 3216.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
دستگاه های اولتراسونیک اغلب به عنوان سونیکاتور پروب، هموژنایزر اولتراسوند، لیزر صوتی، مختل کننده اولتراسوند، آسیاب اولتراسونیک، سونو پارچه، فراسونیایر، dismembrator صوتی، مختل کننده سلول، پراکنده کننده اولتراسونیک یا حل کننده اشاره. اصطلاحات مختلف ناشی از برنامه های مختلف است که می تواند توسط فراصوت انجام می شود.