Hiilinanoputkien ultronaarinen hajottaminen (CNT)
Hiilinanoputket ovat vahvoja ja joustavia, mutta erittäin yhtenäisiä. Niitä on vaikea hajottaa nesteisiin, kuten veteen, etanoliin, öljyyn, polymeeriin tai epoksihartsiin. Ultraääni on tehokas tapa saada diskreetti – single hajallaan – hiilinanoputket.
Hiilinanoputkia (CNT) käytetään liimoissa, pinnoitteissa ja polymeereissä sekä sähköä johtavina täyteaineina muoveissa staattisten varausten hajottamiseksi sähkölaitteissa ja sähköstaattisesti maalattavissa auton koripaneeleissa. Nanoputkien avulla polymeereistä voidaan tehdä kestävämpiä lämpötiloja, kovia kemikaaleja, syövyttäviä ympäristöjä, äärimmäisiä paineita ja hankausta vastaan. Hiilinanoputkia on kahta luokkaa: Yksiseinäiset nanoputket (SWNT) ja moniseinäiset nanoputket (MWNT).
Teollinen ultraäänihomogenisaattori UIP1500hdT hiilenanoputkien ja muiden nanomateriaalien dispergointiin.
Hiilinanoputkia on yleisesti saatavilla kuivana materiaalina esimerkiksi yrityksiltä, kuten yrityksiltä SES-tutkimus tai CNT Co., Ltd. Tarvitaan yksinkertainen, luotettava ja skaalautuva deagglomeraatioprosessi, jotta nanoputket voidaan hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti. Jopa 100 000 cP:n ultraäänion erittäin tehokas tekniikka nanoputkien hajottamiseen vedessä, öljyssä tai polymeereissä pieninä tai suurina pitoisuuksina. Nestesuihkuvirrat, jotka johtuvat Ultraääni kavitaatio, voitetaan liitosjoukot nanoputkien välille ja erotetaan putket. Ultrasta johtuvien leikkausvoimien ja mikro-turbulenssin vuoksi ultraääni voi auttaa nanoputkien pinnoituksessa ja kemiallisessa reaktiossa muiden materiaalien kanssa.
Yleensä karkea nanoputkidispersio esiseostetaan ensin tavallisella sekoittimella ja homogenoidaan sitten ultraäänivirtaussolureaktorissa. Alla olevassa videossa näkyy laboratoriokoe (erän sonikaatio käyttäen a Up400s) hajottamalla moniseinäisiä hiilinanoputkia veteen pieninä pitoisuuksina. Hiilen kemiallisen luonteen vuoksi nanoputkien dispergoituva käyttäytyminen vedessä on melko vaikeaa. Kuten videosta käy ilmi, voidaan helposti osoittaa, että ultrasonication pystyy hajottamaan nanoputkia tehokkaasti.
Karkaimet, jotka on dispergoitu karkaimettimen ultrasonication avulla: a) 0,5 wt% hiilinanokuitua (CNF); b) 0,5 wt% CNToxidia; c) 0,5 wt: n hiilinanoputki (CNT); d) 0,5 wt% CNT:tä puolispergoituneena.
Tutkimus ja kuva: ©Zanghellini et al., 2021
Yksittäisten korkean pituuden omaavien SWNT: iden dispergoituminen
Suuri ongelma SWNT: ien käsittelylle ja manipuloimiselle on putkien liukenemattomuus tavallisissa orgaanisissa liuottimissa ja vedessä. Nanotuboidun sivuseinän tai avoimien päiden funktionaalisuus, jotta saadaan asianmukainen liityntä SWNT: n ja liuottimen välille, johtaa pääasiassa vain SWNT-köysien osittaiseen kuorintaan.
Tämän seurauksena SWNT: t hajotetaan tyypillisesti nipuiksi eikä täysin erillisiksi yksittäisiksi kohteiksi. Kun dispersioon käytetään liian kovia olosuhteita, SWNT-arvoja lyhennetään 80-200 nm: n pituuteen. Vaikka tämä on hyödyllistä tietyissä testeissä, tämä pituus on liian pieni useimmille käytännön sovelluksille, kuten puolijohde- tai vahvistustekniikoille. Valvottu, lievä ultraäänihoito (esim UP200Ht 40mm sonotrodeilla) on tehokas menetelmä pitkän yksittäisen SWNT: n vesidispersioiden valmistamiseksi. Lievän ultraääniyksikön sekvenssit minimoivat lyhentämisen ja mahdollistavat rakenteellisten ja elektronisten ominaisuuksien maksimaalisen säilymisen.
SWNT:n puhdistus polymeeriavusteisen ultraääntämällä
On vaikea tutkia SWNT: ien kemiallista modifikaatiota molekyylitasolla, koska on vaikea saada puhdasta SWNT: ää. Kasvatetuilla SWNT: issä on monia epäpuhtauksia, kuten metallihiukkasia ja amorfisia hiiliä. SWNT: ien ultronaatio poly (metyylimetakrylaatti) PMMA: n monoklooribentseeniin (MCB) ja sen jälkeen suodattamalla on tehokas tapa puhdistaa SWNT: t. Tämä polymeeripohjainen puhdistusmenetelmä mahdollistaa epäpuhtauksien poistamisen kehittyneistä SWNT-yhdisteistä tehokkaasti. (Yudasaka et ai.) Ultraääniamplituksen tarkka valvonta mahdollistaa vaurioiden rajoittamisen SWNT-laitteille.
Hielscher n laaja valikoima ultraäänilaitteita ja lisävarusteet nanoputkien tehokkaaseen hajottamiseen.
- Pienikokoiset laboratoriolaitteet enintään 400 watin ultraääniteho jotta hajotetaan pienempiin määriin jopa 2 litraa
- UIP500hdT, UIP1000hdT ja UIP1500hdT ovat ultraääniprosessoreita, jotka voivat käsitellä suurempia määriä.
- Ultraäänijärjestelmät 2kW (UIP2000hdT) ja 4kW (UIP4000hdT) voidaan käyttää hiilinanoputkien tuotantomittakaavan dispergointiin. Sitä UIP10000 (10 kilowattia) ja UIP16000 (16 kilowattia) voidaan käyttää useiden yksittäisten yksiköiden klustereissa hiilinanoputkien laajamittaiseen käsittelyyn.”
Ota meihin yhteyttä! / Kysy meiltä!
Kirjallisuus
- Koshio, A., Yudasaka, M., Zhang, M., Iijima, S. (2001): A Simple Way to Chemically React Single-Wall Crabon Nanotubes with Organic Materials Using Ultrasonication; in Nano Letters, Vol. 1, No. 7, 2001, p. 361-363.
- Yudasaka, M., Zhang, M., Jabs, C. et al. (2000): Effect of an organic polymer in purification and cutting of single-wall carbon nanotubes. Appl Phys A 71, 449–451 (2000).
- Paredes, J. I., Burghard, M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length, in: Langmuir, Vol. 20, No. 12, 2004, 5149-5152, American Chemical Society.
Hielscher Ultrasonics valmistaa korkealaatuisia ultraäänihomygenisoijia laboratorio että teollisen koon mukaan.