Hiilinanoputkien dispersio 3D-tulostettavissa musteissa
CNT:iden tasainen dispersio 3D-tulostettavissa musteissa voi parantaa musteen ominaisuuksia ja mahdollistaa uusia sovelluksia eri aloilla. Koetintyyppinen ultrasonication on erittäin luotettava dispergointitekniikka CNT: n stabiilien nanosuspensioiden tuottamiseksi polymeereissä.
Tehokas ja vakaa CNT-dispersio polymeereissä sonikoinnin vuoksi
Hiilinanoputket (CNT) dispergoidaan usein piiöljyihin eri sovelluksiin ainutlaatuisten ominaisuuksiensa vuoksi. CNT: n dispersio piiöljyissä voi parantaa tuloksena olevien materiaalien mekaanisia, lämpö- ja sähköisiä ominaisuuksia. Yksi tällainen sovellus on CNT-seostettujen polymeerien valmistus johtaville 3D-tulostettaville musteille, esimerkiksi puettavien kosketusantureiden, potilaskohtaisten kudosten regenerointitelineiden sekä joustavien EKG- ja EEG-elektrodien biopohjaiseen lisäainevalmistukseen.
Lisäksi piiöljyihin dispergoituja CNT-aineita voidaan käyttää johtavina musteina elektronisissa laitteissa, kuten joustavissa näytöissä ja antureissa. CNT: t toimivat johtavina reiteinä, jotka mahdollistavat sähkövirran virtauksen.
Teollisuuden tehon ultraäänijärjestelmä teolliseen inline-dispersioon: Korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteet ovat luotettavia ja erittäin tehokkaita inline-sekoitusjärjestelmiä nanodispersioiden, kuten CNT: iden, tuottamiseksi polymeereissä.
Ultraääni CNT / polymeeridispersion edut
Ultrasonication on erittäin tehokas dispergointitekniikka, jolla on useita etuja. Hiilinanoputkien (CNT) ultraäänidispergoinnin etuja polymeereissä ovat:
Ultraääniteollisuusjärjestelmä inline-liuotusprosesseihin, esimerkiksi hiilinanoputkien tasainen dispersio polymeeriformulaatioihin.
CNT / PDMS-komposiittien ultraäänituotannon yleinen protokolla
Ultrasonicationia käytetään lukuisten nanokokoisten materiaalien dispersioon polymeereissä. Erityinen ja yleisesti käytetty sovellus on hiilinanoputkien (CNT) dispersio dimetyylipolysiloksaanissa (PDMS) käyttämällä koetintyyppistä sonikaatiota. CNT: iden hajottamiseksi PDMS-matriisiin käytetään tehon ultraääntä ja siitä johtuvia akustisen kavitaation vaikutuksia nanoputkien irrottamiseen ja sekoittamiseen tasaisesti nanosuspensioon. Koetintyyppinen sonikaatio on tehokas menetelmä CNT: iden hajottamiseksi, koska se kykenee tuottamaan voimakkaita kavitaatiovoimia, jotka voivat tehokkaasti hajottaa ja hajottaa agglomeroituja CNT: itä.
Ultraäänidispergointi on yksinkertainen käsittelyvaihe, joka ei vaadi erityistä esi- tai jälkikäsittelyä. Itse ultraäänilaitteet ovat turvallisia ja helppokäyttöisiä.
Dispergointiprosessi, jossa käytetään koetintyyppistä sonikaatiota, sisältää tyypillisesti seuraavat vaiheet:
- CNT-PDMS-seoksen valmistaminen: PDMS-matriisiin lisätään ennalta määrätty määrä CNT:itä, jotka esisekoitetaan mekaanisella sekoittimella. Mielenkiintoista on, että esidispergoimalla CNT: t liuottimeen sähkönjohtavuutta voitaisiin lisätä. Parhaat tulokset saavutetaan tetrahydrofuraanilla (THF), asetonilla tai kloroformilla (lajiteltuna parhaiden tulosten mukaan).
- Koettimen tyyppinen sonikaatio: Seos altistetaan koetintyyppiselle sonikaatiolle käyttämällä korkean intensiteetin ultraäänianturia, joka tuottaa ultraääniaaltoja, joiden taajuus on tyypillisesti noin 20 kHz. Tilavuudesta ja formulaatiosta riippuen sonikaatio suoritetaan tyypillisesti useita minuutteja CNT: n täydellisen leviämisen varmistamiseksi.
- Leviämisen seuranta: CNT:iden dispersiota seurataan esimerkiksi pyyhkäisyelektronimikroskopialla (SEM), lähetyselektronimikroskopialla (TEM) tai UV-Vis-spektroskopialla. Näitä tekniikoita voidaan käyttää visualisoimaan CNT:iden jakautumista PDMS-matriisissa ja varmistamaan, että CNT:t ovat tasaisesti hajallaan.
Yhteenvetona voidaan todeta, että koetintyyppinen sonikaatio on tehokas menetelmä CNT: iden dispergoimiseksi polymeereihin, kuten PDMS: ään, koska se kykenee tuottamaan voimakkaita kavitaatiovoimia, jotka voivat tehokkaasti hajottaa ja hajottaa agglomeroituja CNT: itä.
Tapaustutkimukset CNT / polymeerikomposiittien ultraäänivalmistuksesta
Nanoputkien ja muiden hiilipohjaisten nanomateriaalien dispersiota koetintyyppisellä ultraäänellä on tutkittu laajasti ja se on myöhemmin toteutettu teolliseen tuotantoon. Seuraavassa esitellään muutamia tutkimuksia, jotka osoittavat ultraääninanoputken dispersion poikkeuksellisen tehokkuuden.
CNT: n ultraäänidispersio PDMS: ssä puettaville antureille
(2022) vertailivat kolmen telan jyrsintää ja sonikaatiota niiden CNT-dispersion tehokkuuden suhteen. Nanohiukkasten dispersiomenetelmän analyysi polymeerimatriisiin osoittaa, että ultrasonication-tekniikka tarjoaa suuremman sähköisen herkkyyden verrattuna kolmen telan jyrsintään kavitaatiovoimien aiheuttaman CNT-jakauman suuremman homogeenisuuden vuoksi. Erilaisia CNT-kuormituksia testattaessa CNT-PDMS-järjestelmän suodatuskynnykseksi eli kriittiseksi CNT-pitoisuudeksi, jossa siitä tulee sähköä johtava, todettiin olevan 0,4 paino-% CNT. Moniseinämäiset hiilinanoputket (MWCNT) dispergoitiin ultraäänellä käyttämällä Hielscher-ultraäänilaitetta UP400ST (katso kuva vasemmalla) 0,5 pulssisyklillä ja 50%: n amplitudilla 2 tunnin ajan. Ultraäänidispergoinnin vaikutukset sonikaatioajan aikana on esitetty alla olevassa kuvassa.
Tämän analyysin perusteella optimaaliset olosuhteet puettavien antureiden valmistukselle valittiin 0,4 paino-% CNT: ksi ultrasonication-prosessin avulla. Tältä osin sähköisen vasteen analyysi peräkkäisissä kuormitusjaksoissa osoitti kehitettyjen antureiden korkean kestävyyden ilman vaurioita 2%, 5%: n ja 10%: n rasituksessa, mikä tekee näistä antureista luotettavia keskipitkän rasituksen seurantaan.
MWCNT: n ultraäänidispersio PDMS: ssä käyttämällä ultraäänilaitetta UP400St eri sonikaatioaikoina.
(Tutkimus ja kuva: ©del Bosque et al., 2022)
Korkean suorituskyvyn ultraäänidispergointilaitteet CNT / polymeerinanokomposiiteille
Hielscher Ultrasonics valmistaa suuritehoisia ultraääniantureita vaativiin dispergointisovelluksiin laboratoriossa, penkki-topissa ja teollisuudessa. Hielscher Ultrasonics dispergointilaitteet tarjoavat nanomateriaalien tehokkaan ja tarkan homogenoinnin ja dispersion liuottimissa, polymeereissä ja komposiiteissa.
Edistyneen ultraääniteknologiansa ansiosta nämä dispergointilaitteet tarjoavat nopean ja helpon ratkaisun yhtenäisen hiukkaskokojakauman, stabiilien dispersioiden ja / tai nanohiukkasfunktionalisaation saavuttamiseksi.
Vähentämällä käsittelyaikaa ja minimoimalla energiankulutusta ultraäänianturin dispergointilaitteet voivat parantaa tuottavuutta ja vähentää yritysten toimintakustannuksia useilla toimialoilla.
Hielscher-ultraääniastioita voidaan myös räätälöidä erityisvaatimusten mukaan, ja niissä on vaihtoehtoja useille anturikokoille, tehostesarville, tehotasoille ja virtaussoluille, mikä tekee niistä monipuolisia ja mukautettavissa erilaisiin nanoformulaatioihin ja tilavuuksiin.
Kaiken kaikkiaan ultraäänianturin dispergointilaitteet ovat erinomainen sijoitus laboratorioille ja teollisuudenaloille, jotka haluavat optimoida nanomateriaalin käsittelyn työnkulut ja saavuttaa johdonmukaisia ja luotettavia tuloksia.
Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Laatu valmistettu Saksassa
Hielscher-ultraääniastiat ovat tunnettuja korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscherin ultraäänilaitteet käsittelevät luotettavasti karkeita olosuhteita ja vaativia ympäristöjä.
Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteita, joissa on uusinta tekniikkaa ja käyttäjäystävällisyyttä. Tietenkin Hielscherin ultraäänilaitteet ovat CE-yhteensopivia ja täyttävät UL: n, CSA: n ja RoHs: n vaatimukset.
Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| erätilavuus | Virtausnopeus | Suositeltavat laitteet |
|---|---|---|
| 0.5 - 1,5 ml | n.a | VialTweeter | 1 - 500 ml | 10 - 200 ml / min | UP100H |
| 10 - 2000 ml | 20 - 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2 - 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 - 100 litraa | 2 - 10 l / min | UIP4000hdT |
| 15 - 150L | 3-15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a | 10 - 100 l / min | UIP16000 |
| n.a | suuremmat | klusterin UIP16000 |
Ota meihin yhteyttä! / Kysy meiltä!
Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomygenisoijia sovellusten sekoittamiseen, dispersiointiin, emulgointiin ja uuttamiseen laboratoriossa, pilotissa ja teollisessa mittakaavassa.
Ultraäänipanosreaktori teolliseen käsittelyyn, esimerkiksi CNT: iden ja muiden nanotäyteaineiden sisällyttäminen polymeereihin 3D-tulostettavia musteita varten lisäaineen valmistusta varten.
Kirjallisuus / Referenssit
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Kim, J., Hwang, JY., Hwang, H. et al. (2018): Simple and cost-effective method of highly conductive and elastic carbon nanotube/polydimethylsiloxane composite for wearable electronics. Scientific Reports 8, 1375 (2018).
- Lima, Márcio; Andrade, Mônica; Skákalová, Viera; Bergmann, Carlos; Roth, Siegmar (2007): Dynamic percolation of carbon nanotubes in liquid medium. Journal of Materials Chemistry 17, 2007. 4846-4853.
- Shar, A., Glass, P., Park, S. H., Joung, D. (2023): 3D Printable One-Part Carbon Nanotube-Elastomer Ink for Health Monitoring Applications. Advanced Functional Materials 33, 2023.
Hielscher Ultrasonics valmistaa korkealaatuisia ultraäänihomygenisoijia laboratorio että teollisen koon mukaan.