Kuinka hajottaa yksiseinäiset hiilinanoputket erikseen

Yksiseinäisillä hiilinanoputkilla (SWNT tai SWCNT) on ainutlaatuisia ominaisuuksia, mutta niiden ilmaisemiseksi ne on dispergoitava erikseen. Jotta yksiseinäisten hiilinanoputkien poikkeuksellisia ominaisuuksia voitaisiin hyödyntää täysimääräisesti, putket on irrotettava mahdollisimman täydellisesti. SWNT: t, kuten muutkin nanohiukkaset, osoittavat erittäin suuria vetovoimaa, joten tarvitaan tehokas ja tehokas tekniikka luotettavaan deagglomeraatioon ja leviämiseen. Vaikka yleiset sekoitustekniikat eivät tarjoa intensiteettiä, jota tarvitaan SWNT: iden irrottamiseen vahingoittamatta niitä, suuritehoisten ultraäänien on osoitettu irrottavan ja hajottavan SWCNT: t. Ultraäänellä tuotetut kavitaatioleikkausvoimat ovat riittävän voimakkaita voittamaan sidosvoimat, kun taas ultraääniintensiteettiä voidaan säätää tarkasti SWCNT: n vaurioiden välttämiseksi.

Ongelma:

Yksiseinäiset hiilinanoputket (SWCNT) eroavat moniseinäisistä hiilinanoputkista (MWNT/MWCNT) sähköominaisuuksiltaan. SWCNT: n kaistaväli voi vaihdella nollasta 2 eV: iin, ja niiden sähkönjohtavuus on metallista tai puolijohtavaa. Koska yksiseinäiset hiilinanoputket ovat erittäin yhtenäisiä, yksi suurimmista esteistä SWCNT: n käsittelyssä on putkien luontainen liukenemattomuus orgaanisiin liuottimiin tai veteen. SWCNT-putkien täyden potentiaalin hyödyntäminen edellyttää putkien yksinkertaista, luotettavaa ja skaalautuvaa taajamien poistoprosessia. Erityisesti CNT:n sivuseinien tai avoimien päiden funktionalisointi sopivan rajapinnan luomiseksi SWCNT:iden ja orgaanisen liuottimen välille johtaa vain SWCNT:iden osittaiseen kuorintaan. Siksi SWCNT:t ovat enimmäkseen hajallaan nippuina eivätkä yksittäisinä agglomeroituina köysinä. Jos tila leviämisen aikana on liian ankara, SWCNT: t lyhennetään 80-200 nm: n pituisiksi. Useimmissa käytännön sovelluksissa eli puolijohtavissa tai vahvistavissa SWCNT-laitteissa tämä pituus on liian pieni.

Ratkaisu:

Ultrasonication on erittäin tehokas menetelmä hiilinanoputkien dispergointiin ja deagglomeraatioon, koska korkean intensiteetin ultraäänen ultraääniaallot tuottavat kavitaatiota nesteissä. Nestemäisessä väliaineessa levitetyt ääniaallot johtavat vuorotellen korkeapaineisiin (puristus) ja matalapaineisiin (harvinaisiin) sykleihin, joiden nopeudet riippuvat taajuudesta. Matalapainesyklin aikana korkean intensiteetin ultraääniaallot luovat pieniä tyhjiökuplia tai tyhjiöitä nesteeseen. Kun kuplat saavuttavat tilavuuden, jossa ne eivät enää pysty absorboimaan energiaa, ne romahtavat voimakkaasti korkeapainesyklin aikana. Tätä ilmiötä kutsutaan kavitaatioksi. Luhistumisen aikana saavutetaan paikallisesti erittäin korkeat lämpötilat (noin 5 000 K) ja paineet (noin 2 000 atm). Kavitaatiokuplan luhistuminen johtaa myös nestesuihkuihin, joiden nopeus on jopa 280 m/s. Nämä nestemäiset suihkuvirrat, jotka johtuvat ultraääni kavitaatio, voittaa hiilinanoputkien väliset sidosvoimat ja siten nanoputket deagglomeroituvat. Lievä, kontrolloitu ultraäänikäsittely on sopiva menetelmä pinta-aktiivisen aineen stabiloitujen suspensioiden luomiseksi dispergoiduista SWCNT: istä, joilla on suuri pituus. SWCNT: n hallittua tuotantoa varten Hielscherin ultraääniprosessorit mahdollistavat monenlaisten ultraääniparametrien käytön. Ultraääniamplitudi, nestepaine ja nestekoostumus voidaan vaihdella vastaavasti tiettyyn materiaaliin ja prosessiin. Tämä tarjoaa vaihtelevia säätömahdollisuuksia, kuten

• Sonotrode-amplitudit jopa 170 mikronia
• nestepaineet jopa 10 baaria
• nesteen virtausnopeus jopa 15 l/min (prosessista riippuen)
• nesteen lämpötila enintään 80 °C (muut lämpötilat pyynnöstä)
• materiaalin viskositeetti jopa 100.000cp

 

Lisäksi ultrasonication polymeeriavusteisena puhdistusmenetelmänä mahdollistaa epäpuhtauksien poistamisen kasvatetuista SWCNT: istä tehokkaasti. SWCNT: n kemiallista modifikaatiota molekyylitasolla on vaikea tutkia, koska puhtaita SWNT: itä on vaikea saada. Kasvatetut SWCNT: t sisältävät monia epäpuhtauksia, kuten metallihiukkasia ja amorfisia hiiliä. SWCNT: n ultrasonication poly(metyylimetakrylaatti) PMMA: n monoklooribentseeni (MCB) -liuoksessa, jota seuraa suodatus, on tehokas tapa puhdistaa SWCNT: t. Tämä polymeeriavusteinen puhdistusmenetelmä mahdollistaa epäpuhtauksien tehokkaan poistamisen kasvatetuista SWCNT-laitteista. Ultrasonication-amplitudin tarkka hallinta mahdollistaa SWCNT: n vahingoittumisen välttämisen tai rajoittamisen.

Ultraäänilaitteet

Hielscher tarjoaa korkean suorituskyvyn ultraääniprosessorit jokaisen tilavuuden sonikaatioon. Ultraäänilaitteet 50 watista 16.000 wattiin, jotka voisivat asettua klustereihin, mahdollistavat sopivan ultraäänilaitteen löytämisen kullekin sovellukselle, laboratoriossa ja teollisuudessa. Nanoputkien hienostuneelle dispersiolle suositellaan jatkuvaa sonikaatiota. Hielscherin virtauskennoja käyttämällä on mahdollista hajottaa CNT: t nesteiksi, joilla on kohonnut viskositeetti, kuten polymeerit, korkean viskositeetin sulat ja kestomuovit.

Klikkaa tästä lukeaksesi lisää nanoputkien dispersiosta ja modifikaatiosta suuritehoisella ultraäänellä!