CNT های یکنواخت پراکنده توسط Ultrasonication
برای بهره برداری از عملکردهای استثنایی نانولوله های کربنی (CNT)، آنها باید به طور همگن پراکنده شوند.
پراکنده کننده های اولتراسونیک رایج ترین ابزار برای توزیع CNT ها به سوسپانسیون های آبی و مبتنی بر حلال هستند.
فن آوری پراکندگی اولتراسونیک انرژی برشی به اندازه کافی بالا را برای دستیابی به جداسازی کامل CNT ها بدون آسیب رساندن به آنها ایجاد می کند.
پراکندگی التراسونیک از نانولوله های کربنی
نانولوله های کربنی (CNTs) دارای نسبت ابعاد بسیار بالایی هستند و چگالی کم و همچنین مساحت سطح بسیار زیادی (چند صد متر مربع بر گرم) را نشان می دهند که به آنها خواص منحصر به فردی مانند استحکام کششی بسیار بالا، سختی و چقرمگی و هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار بالا می دهد. با توجه به نیروهای واندروالس که نانولوله های کربنی منفرد (CNT) را به یکدیگر جذب می کنند، نانولوله های کربنی به طور معمول در بسته ها یا پرده ها قرار می گیرند. این نیروهای جاذبه بین مولکولی بر اساس یک پدیده انباشته شدن پیوند π بین نانولوله های مجاور است که به عنوان انباشته شدن π شناخته می شود. برای بهره مندی کامل از نانولوله های کربنی، این آگلومراها باید از هم جدا شوند و CNT ها باید به طور مساوی در یک پراکندگی همگن توزیع شوند. سونوگرافی شدید ایجاد حفره صوتی در مایعات. تنش برشی موضعی ایجاد شده در نتیجه سنگدانه های CNT را می شکند و آنها را به طور یکنواخت در یک سوسپانسیون همگن پراکنده می کند. فن آوری پراکندگی اولتراسونیک انرژی برشی به اندازه کافی بالا را برای دستیابی به جداسازی کامل CNT ها بدون آسیب رساندن به آنها ایجاد می کند. حتی برای SWNTs حساس فراصوت با موفقیت اعمال می شود به آنها را جدا کردن آنها به صورت جداگانه. امواج فراصوت فقط یک سطح تنش کافی برای جدا کردن سنگدانه های SWNT بدون ایجاد شکستگی زیادی به نانولوله های فردی ارائه می دهد (هوانگ ، Terentjev 2012).
- CNT های تک پراکنده
- توزیع همگن
- راندمان پراکندگی بالا
- بارگذاری CNT بالا
- بدون تخریب CNT
- پردازش سریع
- کنترل دقیق فرآیند
UIP2000hdT – 2kW ultrasonicator قدرتمند برای پراکندگی CNT
سیستم های اولتراسونیک با کارایی بالا برای پراکندگی CNT
Hielscher مافوق صوت تامین تجهیزات مافوق صوت قدرتمند و قابل اعتماد برای پراکندگی کارآمد از CNTs. آیا شما نیاز به تهیه نمونه های کوچک CNT برای تجزیه و تحلیل و R دارید&D و یا شما باید برای تولید تعداد زیادی صنعتی بزرگ از پراکندگی فله, محدوده محصول Hielscher را ارائه می دهد سیستم اولتراسونیک ایده آل برای نیازهای شما. از اولتراسونیک 50 وات برای آزمایشگاه تا واحدهای اولتراسونیک صنعتی 16 کیلو وات برای تولید تجاری، Hielscher Ultrasonics شما را تحت پوشش.
برای تولید پراکندگی نانولوله های کربنی با کیفیت بالا، پارامترهای فرآیند باید به خوبی کنترل شوند. دامنه، دما، فشار و زمان ماند حیاتی ترین پارامترها برای توزیع یکنواخت CNT هستند. ultrasonicators Hielscher را نه تنها برای کنترل دقیق هر پارامتر اجازه می دهد، تمام پارامترهای فرآیند به طور خودکار بر روی کارت SD یکپارچه از سیستم های اولتراسونیک دیجیتال Hielscher ثبت شده. پروتکل هر فرآیند فراصوت کمک می کند تا برای اطمینان از نتایج تکرارپذیر و کیفیت سازگار. از طریق کنترل مرورگر از راه دور کاربر می تواند دستگاه اولتراسونیک را بدون قرار گرفتن در محل سیستم اولتراسونیک کار و نظارت کند.
از آنجا که نانولوله های کربنی تک جداره (SWNTs) و نانولوله های کربنی چند جداره (MWNTs) و همچنین محیط آبی یا حلال انتخاب شده نیاز به شدت پردازش خاص ، دامنه اولتراسونیک یک عامل کلیدی است که آن را به محصول نهایی می آید. Hielscher اولتراسونیک’ پردازنده های اولتراسونیک صنعتی می توانند دامنه های بسیار بالا و همچنین بسیار خفیف را ارائه دهند. دامنه ایده آل را برای نیازهای فرآیند خود ایجاد کنید. حتی دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم در عملکرد 24/7 اجرا کرد. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند. استحکام تجهیزات اولتراسونیک Hielscher را اجازه می دهد تا برای عملیات 24/7 در وظیفه سنگین و در محیط های خواستار.
مشتریان ما با استحکام و قابلیت اطمینان برجسته از سیستم های مافوق صوت Hielscher راضی هستند. نصب در زمینه های کاربردهای سنگین، محیط های سخت و عملکرد 24/7 پردازش کارآمد و مقرون به صرفه را تضمین می کند. تشدید فرآیند اولتراسونیک زمان پردازش را کاهش می دهد و نتایج بهتری را به دست می آورد، یعنی کیفیت بالاتر، بازده بالاتر، محصولات نوآورانه.
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 |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
پردازنده های اولتراسونیک با قدرت بالا از آزمایشگاه تا خلبان و مقیاس صنعتی.
ادبیات / منابع
- Biver T.; Criscitiello F.; Di Francesco F.; Minichino M.; Swager T.; Pucci A. (2015): MWCNT/Perylene bisimide Water Dispersions for Miniaturized Temperature Sensors. RSC Advances 5: 2015. 65023–65029.
- Chiou K.; Byun S.; Kim J.; Huang J. (2018): Additive-free carbon nanotube dispersions, pastes, gels, and doughs in cresols. PNAS Vol. 115, No. 22, 2018. 5703–5708.
- Huang, Y.Y:; Terentjev E.M. (2012): Dispersion of Carbon Nanotubes: Mixing, Sonication, Stabilization, and Composite Properties. Polymers 2012, 4, 275-295.
- Krause B.; Mende M.; Petzold G.; Pötschke P. (2010): Characterization on carbon nanotubes’ dispersability using centrifugal sedimentation analysis in aqueous surfactant dispersions. Conference paper ANTEC 2010, Orlando, USA, May 16-20 2010.
- Paredes J.I.; Burghard M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length. Langmuir 2004, 20, 5149-5152.
- Santos A.; Amorim L.; Nunes J.P.; Rocha L.A.; Ferreira Silva A.; Viana J.C. (2019): A Comparative Study between Knocked-Down Aligned Carbon Nanotubes and Buckypaper-Based Strain Sensors. Materials 2019, 12, 2013.
- Szelag M. (2017): Mechano-Physical Properties and Microstructure of Carbon Nanotube Reinforced Cement Paste after Thermal Load. Nanomaterials 7(9), 2017. 267.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
نانولوله های کربنی
نانولوله های کربنی (CNT) بخشی از کلاس خاصی از مواد کربنی تک بعدی هستند که خواص مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و نوری استثنایی از خود نشان می دهند. آنها جزء اصلی مورد استفاده در توسعه و تولید نانومواد پیشرفته مانند نانوکامپوزیت ها، پلیمرهای تقویت شده و غیره هستند و بنابراین در فناوری های پیشرفته استفاده می شوند. نانولوله های نانولوله ای استحکام کششی بسیار بالا، خواص انتقال حرارتی برتر، شکاف های باند پایین و پایداری شیمیایی و فیزیکی مطلوب را نشان می دهند که نانولوله ها را به یک افزودنی امیدوارکننده برای مواد منیفولد تبدیل می کند.
نانولوله های کربنی بسته به ساختار آنها به نانولوله های کربنی تک جداره (SWNTs)، نانولوله های کربنی دو جداره (DWCNTs) و نانولوله های کربنی چند جداره (MWNTs) متمایز می شوند.
SWNT ها لوله های استوانه ای توخالی و طولانی هستند که از یک دیواره کربنی به ضخامت یک اتم ساخته شده اند. ورق اتمی کربن ها در یک شبکه لانه زنبوری چیده شده است. اغلب، آنها از نظر مفهومی با ورق های رول شده گرافیت یا گرافن تک لایه مقایسه می شوند.
DWCNT ها از دو نانولوله تک جداره تشکیل شده اند که یکی در دیگری تودرتو است.
MWNT ها یک شکل CNT هستند که در آن چندین نانولوله کربنی تک جداره در داخل یکدیگر لانه سازی شده اند. از آنجایی که قطر آنها بین 3 تا 30 نانومتر است و از آنجایی که می توانند چندین سانتی متر طول داشته باشند، نسبت ابعاد آنها می تواند بین 10 تا ده میلیون متغیر باشد. در مقایسه با نانوالیاف کربن، MWNT ها ساختار دیواره متفاوت، قطر خارجی کوچکتر و فضای داخلی توخالی دارند. تایپ های متداول صنعتی MWNT مانند Baytubes® C150P ، Nanocyl® NC7000 ، Arkema Graphistrength® C100 و FutureCarbon CNT-MW هستند.
سنتز CNT هاCNT ها را می توان با روش سنتز مبتنی بر پلاسما یا روش تبخیر تخلیه قوس، روش فرسایش لیزری، فرآیند سنتز حرارتی، رسوب بخار شیمیایی (CVD) یا رسوب بخار شیمیایی تقویت شده با پلاسما تولید کرد.:
عملکردسازی CNT هابرای بهبود ویژگی های نانولوله های کربنی و در نتیجه مناسب تر کردن آنها برای یک کاربرد خاص، لوله های کربنی کربنی اغلب با افزودن گروه های کربوکسیلیک اسید (-COOH) یا هیدروکسیل (-OH) عامل دار می شوند.:
افزودنی های پراکنده CNT
چند حلال مانند اسیدهای فوق العاده، مایعات یونی و N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone قادر به تهیه پراکندگی با غلظت نسبتا بالا از CNT ها هستند، در حالی که رایج ترین حلال ها برای نانولوله ها، مانند N-متیل-2-پیرولیدون (NMP)، دی متیل فرمامید (DMF) و 1،2-دیکرولوبنزن می توانند نانولوله ها را فقط در غلظت های بسیار کم پراکنده کنند (به عنوان مثال، به طور معمول، <00.02٪ وزنی CNT های تک جداره). شایع ترین عوامل پراکندگی پلی وینیل پیرولیدون (PVP)، سدیم دودسیل بنزن سولفونات (SDBS)، تریتون 100 یا سدیم دودسیل سولفونات (SDS) هستند.
کرسول ها گروهی از مواد شیمیایی صنعتی هستند که می توانند CNT ها را با غلظت های تا ده ها درصد وزنی پردازش کنند و در نتیجه با افزایش بارگذاری CNT ، انتقال مداوم از پراکندگی رقیق ، خمیرهای غلیظ و ژل های ایستاده به حالت بی سابقه خمیر بازی مانند ایجاد می شود. این حالت ها خواص رئولوژیکی و ویسکوالاستیک پلیمری مانند را نشان می دهند که با سایر حلال های رایج قابل دستیابی نیستند، که نشان می دهد نانولوله ها در واقع تفکیک شده و به خوبی در کرسول ها پراکنده شده اند. کرسول ها را می توان پس از پردازش با حرارت دادن یا شستشو ، بدون تغییر سطح CNT ها حذف کرد. [چیو و همکاران 2018]
کاربردهای پراکندگی CNT
برای استفاده از مزایای CNT ها، آنها باید در مایعی مانند پلیمرها پراکنده شوند، CNT های پراکنده یکنواخت برای ساخت پلاستیک های رسانا، نمایشگرهای کریستال مایع، دیودهای ساطع کننده نور آلی، صفحه نمایش های لمسی، نمایشگرهای انعطاف پذیر، سلول های خورشیدی، جوهرهای رسانا، مواد کنترل استاتیک، از جمله فیلم ها، فوم ها، الیاف و پارچه، پوشش ها و چسب های پلیمری، کامپوزیت های پلیمری با کارایی بالا با استحکام مکانیکی و چقرمگی استثنایی، الیاف کامپوزیت پلیمری / CNT و همچنین مواد سبک و آنتی استاتیک.