Hiilinanoputkien ultraäänidispergointi (CNT)
Hiilinanoputket ovat vahvoja ja joustavia, mutta erittäin yhtenäisiä. Niitä on vaikea hajottaa nesteiksi, kuten vedeksi, etanoliksi, öljyksi, polymeeriksi tai epoksihartsiksi. Ultraääni on tehokas menetelmä erillisen saamiseksi – yksi dispergoitu – hiilinanoputket.
Hiilinanoputkia (CNT) käytetään liimoissa, pinnoitteissa ja polymeereissä sekä muovien sähköä johtavina täyteaineina staattisten varausten hajottamiseksi sähkölaitteissa ja sähköstaattisesti maalattavissa autojen koripaneeleissa. Nanoputkien avulla polymeereistä voidaan tehdä kestävämpiä lämpötiloja, kovia kemikaaleja, syövyttäviä ympäristöjä, äärimmäisiä paineita ja hankausta vastaan. Hiilinanoputkia on kahta luokkaa: yksiseinämäiset nanoputket (SWNT) ja moniseinämäiset nanoputket (MWNT).
Teollinen ultraäänihomogenisaattori UIP1500hdT hiilinanoputkien ja muiden nanomateriaalien dispergointiin.
Hiilinanoputkia on yleisesti saatavilla kuivana materiaalina esimerkiksi yrityksiltä, kuten Yhtenäisen eurooppalaisen ilmatilan tutkimus tai CNT Co., Ltd. Deagglomeraatioprosessiin tarvitaan yksinkertainen, luotettava ja skaalautuva prosessi, jotta nanoputkia voidaan hyödyntää parhaalla mahdollisella tavalla. Jopa 100 000cP: n nesteille ultraääni on erittäin tehokas tekniikka nanoputkien dispergointiin veteen, öljyyn tai polymeereihin pieninä tai suurina pitoisuuksina. Nestemäiset suihkuvirrat, jotka johtuvat ultraääni kavitaatio, voittaa nanoputkien väliset sidosvoimat ja erottaa putket. Ultraäänellä tuotettujen leikkausvoimien ja mikroturbulenssien vuoksi ultraääni voi auttaa nanoputkien pintakäsittelyssä ja kemiallisessa reaktiossa myös muiden materiaalien kanssa.
Yleensä karkea nanoputkidispersio esisekoitetaan ensin standardisekoittimella ja homogenoidaan sitten ultraäänivirtaussolureaktorissa. Alla oleva video näyttää laboratoriokokeen (eräsonikaatio käyttäen UP400S) moniseinämäisiä hiilinanoputkia dispergoidaan veteen pieninä pitoisuuksina. Hiilen kemiallisen luonteen vuoksi nanoputkien dispergointikäyttäytyminen vedessä on melko vaikeaa. Kuten videossa näkyy, voidaan helposti osoittaa, että ultrasonication pystyy hajottamaan nanoputket tehokkaasti.
Kovetteeseen dispergoitujen eri nanotäyteaineiden vertailu koetintyyppisellä ultraäänellä): a) 0,5 paino-% hiilinanokuitua (CNF); b) 0,5 paino-% CNToksidia; c) 0,5 paino-% hiilinanoputkea (CNT); d) 0,5 paino-% puolidispergoitua CNT:tä.
Tutkimus ja kuva: ©Zanghellini et ai., 2021
Yksittäisten pitkien SWNT-levyjen hajonta
Suuri ongelma SWNT-yhdisteiden käsittelyssä ja käsittelyssä on putkien luontainen liukenemattomuus tavallisiin orgaanisiin liuottimiin ja veteen. Nanoputken sivuseinämän tai avointen päiden funktionalisointi sopivan rajapinnan luomiseksi SWNT:iden ja liuottimen välille johtaa useimmiten vain SWNT-köysien osittaiseen kuorintaan.
Tämän seurauksena SWNT: t ovat tyypillisesti hajallaan nippuina eikä täysin eristettyinä yksittäisinä objekteina. Kun dispersion aikana käytetään liian ankaria olosuhteita, SWNT: t lyhennetään 80–200 nm: n pituisiksi. Vaikka tämä on hyödyllistä tietyissä testeissä, tämä pituus on liian pieni useimpiin käytännön sovelluksiin, kuten puolijohtaviin tai vahvistaviin SWNT-laitteisiin. Kontrolloitu, lievä ultraäänihoito (esim. UP200Ht 40mm sonotrodilla) on tehokas menetelmä pitkien yksittäisten SWNT:iden vesidispersioiden valmistamiseksi. Lievän ultrasonication-sekvenssit minimoivat lyhenemisen ja mahdollistavat rakenteellisten ja elektronisten ominaisuuksien maksimaalisen säilymisen.
SWNT: n puhdistus polymeeriavusteisella ultraäänellä
SWNT: n kemiallista modifikaatiota on vaikea tutkia molekyylitasolla, koska puhtaita SWNT: itä on vaikea saada. Kasvatetut SWNT: t sisältävät monia epäpuhtauksia, kuten metallihiukkasia ja amorfisia hiiltä. SWNT: n ultrasonication poly(metyylimetakrylaatti) PMMA: n monoklooribentseeni (MCB) -liuoksessa, jota seuraa suodatus, on tehokas tapa puhdistaa SWNT: t. Tämä polymeeriavusteinen puhdistusmenetelmä mahdollistaa epäpuhtauksien poistamisen kasvatetuista SWNT-laitteista tehokkaasti. (Yudasaka et ai.) Ultrasonication-amplitudin tarkka hallinta mahdollistaa SWNT: n vaurioiden rajoittamisen.
Hielscherin laaja valikoima ultraäänilaitteita ja lisävarusteet nanoputkien tehokkaaseen dispergointiin.
- Kompaktit laboratoriolaitteet enintään 400 watin ultraääniteho dispergointiin pienempiin, enintään 2 litran tilavuuksiin
- 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 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 korkean suorituskyvyn ultraäänihomogenisaattoreita laboratorio jotta Teollisuuden koko.