پراکندگی التراسونیک کربن آمورف تک لایه (MAC) در مایعات
کربن آمورف تک لایه (MAC) یک نانوماده جدید مبتنی بر کربن با مقاومت مکانیکی، انعطاف پذیری و رسانایی استثنایی است. ادغام آن در ماتریس های مایع برای کاربردها در کامپوزیت های با کارایی بالا، ذخیره انرژی، پوشش ها و مواد الکترونیکی بسیار مهم است. با این حال، دستیابی به پراکندگی یکنواخت و پایدار MAC به دلیل برهمکنش های قوی واندروالس و تمایل به تجمیع چالش هایی را به همراه دارد. پراکندگی مافوق صوت با استفاده از Hielscher پروب نوع فراصوت فراهم می کند یک راه حل مقیاس پذیر و بسیار کارآمد برای شکستن خوشه های MAC از هم جدا و اطمینان از توزیع همگن در فازهای مایع.
چالش ها در پراکندگی MAC
به دلیل ساختار فوق العاده نازک و انرژی سطح بالا، MAC به طور طبیعی در صورت ورود به یک محیط مایع به صورت پشته های چند لایه جمع می شود. روش های اختلاط یا برش معمولی اغلب نمی توانند MAC را به طور موثر پراکنده کنند و منجر به موارد زیر می شود:
- همگنی ضعیف در مواد کامپوزیتی
- کاهش خواص مکانیکی به دلیل تجمع
- مقیاس پذیری فرآیند محدود
کاویتاسیون اولتراسونیک ارائه می دهد غیر مضر, کارآمد, و تکنیک مقیاس پذیر برای دستیابی به پراکنده, MAC تک لایه در حلال های مختلف, ماتریس پلیمری, و فرمولاسیون واکنشی.
پراکندگی اولتراسونیک: مکانیسم و مزایا
مافوق صوت نوع پروب تولید حفره صوتی شدید در مایعات، که منجر به نیروهای برشی بالا موضعی، میکرو جتینگ، و امواج شوک می شود. این شرایط شدید به طور موثر سنگدانه های MAC را از هم جدا می کند، نانو ورق ها را به طور یکنواخت جدا و توزیع می کند. مزایای کلیدی پراکندگی اولتراسونیک عبارتند از:
- لایه برداری کارآمد: MAC چند لایه را به تک لایه تبدیل می کند
- پایداری بالا: با بهینه سازی فعل و انفعالات سورفکتانت و حلال از تجمع مجدد جلوگیری می کند
- مقیاس پذیری فرآیند: مناسب برای تحقیقات در مقیاس آزمایشگاهی، تولید آزمایشی و تولید صنعتی در مقیاس کامل
- پردازش کنترل شده: پارامترهای قابل تنظیم (دامنه، زمان، فشار، دما) بهینه سازی را برای کاربردهای خاص امکان پذیر می کند
Hielscher پروب نوع Sonicators: راه حل های مقیاس پذیر برای پراکندگی MAC
Hielscher مافوق صوت فراهم می کند دولت از هنر پردازنده های مافوق صوت است که تهیه به تمام سطوح پراکندگی MAC، از نمونه های آزمایشگاهی کوچک به فرآیندهای درون خطی صنعتی در مقیاس بزرگ. سیستم های ماژولار و قابل تنظیم آنها دقت و کارایی بی نظیری را ارائه می دهند.
Ultrasonicator UP400St برای پراکندگی همگن نانوذرات کربن
پراکندگی MAC در مقیاس آزمایشگاهی
برای تحقیق و توسعه، مدل های فراصوت Hielscher UP200Ht (200W) و UP400St (400W) کنترل دقیق بر پارامترهای پراکندگی را ارائه می دهند. این دستگاه های اولتراسونیک اجازه می دهند:
- پردازش دسته ای کوچک برای مطالعات امکان سنجی سریع
- بهینه سازی پارامترها برای تعیین دامنه ایده آل و مدت زمان پردازش
- تکرارپذیری برای پالایش فرمولاسیون
تولید پایلوت و متوسط
برای تولید صنعتی در مقیاس آزمایشی یا کوچک، UIP1000hdT (1 کیلو وات) و UIP2000hdT (2 کیلو وات) قدرت بیشتری را ارائه می دهند و در عین حال کنترل دقیق بر کیفیت پراکندگی را حفظ می کنند. ویژگی های آنها عبارتند از:
- پردازش مداوم برای توان عملیاتی بالاتر
- راکتورهای سلول جریان برای فعال کردن پراکندگی درون خطی
- سلول های جریان قابل فشار امکان پردازش تحت فشار بالا را فراهم می کنند
پراکندگی درون خطی در مقیاس صنعتی
برای پراکندگی MAC با حجم بالا، سری های UIP4000hdT، UIP6000hdT و UIP16000hdT Hielscher (4kW-16kW در هر واحد) پراکندگی درون خطی مداوم را تسهیل می کنند و کارایی و تکرارپذیری را در سطح صنعتی تضمین می کنند. مزایا عبارتند از:
- ظرفیت پردازش بالا: طراحی شده برای تولید کامپوزیت و پوشش در مقیاس بزرگ
- طراحی مدولار مقیاس پذیر: چندین واحد را می توان به صورت موازی کار کرد
- اتوماسیون فرآیند: ادغام با سنسورها و سیستم های کنترل برای نظارت در زمان واقعی
چگونه می توانم به پراکندگی بهینه کربن آمورف تک لایه دست پیدا کنم؟
برای دستیابی به بالاترین کیفیت پراکندگی، پارامترهای کلیدی پردازش باید بهینه شوند:
پراکندگی مافوق صوت با استفاده از Hielscher پروب نوع فراصوت اثبات شده است, مقیاس پذیر, و تکنیک بسیار کارآمد برای پردازش تک لایه کربن آمورف در مایعات است. این که آیا در مقیاس آزمایشگاهی کوچک و یا تولید کامل صنعتی، فراصوت Hielscher اطمینان از پراکندگی همگن، پایدار، باز کردن پتانسیل کامل کربن آمورف تک لایه (MAC) برای نسل بعدی کامپوزیت با کارایی بالا، پوشش های رسانا، و محصولات نانو مواد پیشرفته.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 0.5 تا 1.5 میلی لیتر | ن.ا. | VialTweeter(ویال گروهی) |
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| 15 تا 150 لیتر | 3 تا 15 لیتر در دقیقه | UIP6000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000hdT |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000hdT |
- راندمان بالا
- تکنولوژی روز
- قابلیت اطمینان & نیرومندی
- کنترل فرآیند قابل تنظیم و دقیق
- دسته & درون خطی
- برای هر حجمی
- نرم افزار هوشمند
- ویژگی های هوشمند (به عنوان مثال، قابل برنامه ریزی، پروتکل داده ها، کنترل از راه دور)
- آسان و ایمن برای کار
- تعمیر و نگهداری کم
- CIP (تمیز کردن در محل)
طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان
مافوق صوت Hielscher به خوبی برای بالاترین کیفیت و استانداردهای طراحی خود را شناخته شده. استحکام و بهره برداری آسان اجازه می دهد تا ادغام صاف از ultrasonicators ما به امکانات صنعتی. شرایط خشن و محیط های خواستار به راحتی توسط مافوق صوت Hielscher رسیده.
Hielscher اولتراسونیک یک شرکت دارای گواهینامه ISO است و تاکید ویژه ای بر مافوق صوت با کارایی بالا با ویژگی های دولت از هنر فن آوری و کاربر پسند قرار داده است. البته، مافوق صوت Hielscher مطابق با CE و دیدار با الزامات UL، CSA و RoHs.
سونیکاتور صنعتی UIP16000hdT برای پراکندگی نانو در توان عملیاتی بالا
ادبیات / منابع
- SOP – Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- 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.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
پرسش و پاسخهای متداول
کربن آمورف تک لایه چیست؟
کربن آمورف تک لایه (MAC) یک شکل کربن تک اتمی و غیر کریستالی است که به طور معمول از طریق رسوب بخار شیمیایی (CVD) یا سایر تکنیک های رسوب لایه نازک سنتز می شود. برخلاف گرافن که دارای یک شبکه شش ضلعی منظم است، MAC فاقد نظم اتمی دوربرد است و ساختاری بی نظم و در عین حال یکنواخت را در مقیاس اتمی نشان می دهد.
کربن آمورف چیست؟
کربن آمورف (a-C) یک آلوتروپ غیر کریستالی از کربن است که با عدم وجود نظم اتمی دوره ای دوربرد مشخص می شود. این شامل مخلوطی از اتم های کربن هیبریدی sp² (گرافیتی) و sp³ (الماس مانند) است که خواص آن بسته به روش رسوب گذاری و محتوای هیدروژن متفاوت است. انواع آن شامل کربن آمورف هیدروژنه (a-C:H)، کربن آمورف چهار وجهی (ta-C) و کربن شبه الماس (DLC) است.
آیا کربن آمورف تک لایه به صورت عمده موجود است؟
خیر، کربن آمورف تک لایه به دلیل ماهیت دو بعدی به صورت انبوه در دسترس نیست. به عنوان یک فیلم فوق نازک بر روی بسترها سنتز می شود و نمی توان آن را در مقادیر بزرگ و مستقل مانند گرافیت یا الماس تولید کرد.
تفاوت بین کربن آمورف و کربن کریستالی چیست؟
تفاوت اصلی در آرایش اتمی نهفته است. کربن کریستالی (به عنوان مثال، گرافیت، الماس) دارای یک شبکه تناوبی کاملا مشخص است، در حالی که کربن آمورف فاقد نظم دوربرد است. این تفاوت ساختاری بر خواص الکترونیکی، مکانیکی و نوری تأثیر می گذارد - اشکال کریستالی ناهمسانگردی و ساختارهای نواری متمایز را نشان می دهند، در حالی که کربن آمورف دارای خواص همسانگرد و رسانایی الکتریکی متغیر است.
اشکال کربن چیست؟
کربن در چندین آلوتروپ وجود دارد، از جمله:
- اشکال کریستالی: الماس، گرافیت، گرافن، نانولوله های کربنی (CNTs)، فولرن ها (به عنوان مثال، C₆₀).
- اشکال آمورف: زغال چوب، دوده، کربن سیاه، کربن شیشه ای، کربن الماس مانند (DLC)، کربن آمورف تک لایه (MAC).
- نانوساختارهای ترکیبی: نانوالماس ها، پیاز کربنی، آئروژل های کربنی و کامپوزیت هایی مانند هیبریدهای نانوکربن-فلز.
هر شکل خواص فیزیکوشیمیایی متمایز مربوط به کاربردها در علم مواد، الکترونیک و ذخیره انرژی را نشان می دهد.
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.