Tasaisesti dispergoituneet CNT: t ultraäänellä
Hiilinanoputkien poikkeuksellisten toimintojen hyödyntämiseksi niiden on oltava homogeenisesti dispergoituja.
Ultraäänidispergointilaitteet ovat yleisin työkalu CNT: iden jakamiseksi vesipitoisiin ja liuotinpohjaisiin suspensioihin.
Ultraäänidispergointitekniikka luo riittävän korkean leikkausenergian CNT: iden täydellisen erottamisen saavuttamiseksi vahingoittamatta niitä.
Hiilinanoputkien ultraäänidispergointi
Hiilinanoputkilla (CNT) on erittäin korkea kuvasuhde ja niillä on pieni tiheys sekä valtava pinta-ala (useita satoja m2 / g), mikä antaa niille ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten erittäin korkea vetolujuus, jäykkyys ja sitkeys sekä erittäin korkea sähkö- ja lämmönjohtavuus. Van der Waalsin voimien vuoksi, jotka vetävät yksittäisiä hiilinanoputkia (CNT) toisiinsa, CNT: t järjestäytyvät normaalisti nippuihin tai vyyhteihin. Nämä molekyylien väliset vetovoimat perustuvat vierekkäisten nanoputkien väliseen π-sidosten pinoamisilmiöön, joka tunnetaan nimellä π-pinoaminen. Jotta hiilinanoputkista saataisiin täysi hyöty, nämä agglomeraatit on erotettava toisistaan ja CNT:t on jaettava tasaisesti homogeeniseen dispersioon. Intensiivinen ultrasonication luo akustisen kavitaation nesteissä. Näin syntyvä paikallinen leikkausjännitys rikkoo CNT-aggregaatit ja hajottaa ne tasaisesti homogeeniseen suspensioon. Ultraäänidispergointitekniikka luo riittävän korkean leikkausenergian CNT: iden täydellisen erottamisen saavuttamiseksi vahingoittamatta niitä. Jopa herkille SWNT: ille sonikaatiota käytetään onnistuneesti niiden irrottamiseksi erikseen. Ultrasonication tarjoaa vain riittävän stressitason SWNT-aggregaattien erottamiseksi aiheuttamatta paljon murtumia yksittäisille nanoputkille (Huang, Terentjev 2012).
- Yksidispergoidut CNT:t
- Homogeeninen jakautuminen
- Suuri dispersiotehokkuus
- Suuret CNT-kuormitukset
- Ei CNT-hajoamista
- Nopea käsittely
- tarkka prosessinohjaus
UIP2000hdT – 2kW tehokas ultraäänilaite CNT-dispersioille
Korkean suorituskyvyn ultraäänijärjestelmät CNT-dispersioille
Hielscher Ultrasonics toimittaa tehokkaita ja luotettavia ultraäänilaitteita CNT: n tehokkaaseen dispersioon. Onko sinun valmistettava pieniä CNT-näytteitä analysointia varten ja R&D tai sinun on valmistettava suuria teollisia eriä irtotavarana dispersioita, Hielscherin tuotevalikoima tarjoaa ihanteellisen ultraäänijärjestelmän tarpeisiisi. Alkaen 50W ultraäänilaitteet laboratorioon enintään 16kW teolliset ultraääniyksiköt kaupalliseen valmistukseen, Hielscher Ultrasonics auttaa sinua.
Korkealaatuisten hiilinanoputkidispersioiden tuottamiseksi prosessiparametreja on valvottava hyvin. Amplitudi, lämpötila, paine ja retentioaika ovat kriittisimmät parametrit tasaiselle CNT-jakaumalle. Hielscherin ultraäänilaitteet mahdollistavat paitsi kunkin parametrin tarkan hallinnan, kaikki prosessiparametrit tallennetaan automaattisesti Hielscherin digitaalisten ultraäänijärjestelmien integroidulle SD-kortille. Kunkin sonikaatioprosessin protokolla auttaa varmistamaan toistettavat tulokset ja tasaisen laadun. Selaimen etäohjauksen avulla käyttäjä voi käyttää ja seurata ultraäänilaitetta olematta ultraäänijärjestelmän sijainnissa.
Koska yksiseinäiset hiilinanoputket (SWNT) ja moniseinäiset hiilinanoputket (MWNT) sekä valittu vesipitoinen tai liuotinväliaine vaativat erityisiä käsittelyintensiteettejä, ultraääniamplitudi on keskeinen tekijä lopputuotteen suhteen. Hielscherin ultraääni’ Teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin korkeita ja hyvin lieviä amplitudit. Määritä ihanteellinen amplitudi prosessivaatimuksillesi. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti ajaa jatkuvasti 24/7-toiminnassa. Vielä suuremmille amplitudille on saatavana räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7 toiminnan raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.
Asiakkaamme ovat tyytyväisiä Hielscher Ultrasonicin järjestelmien erinomaiseen kestävyyteen ja luotettavuuteen. Asennus raskaisiin sovelluksiin, vaativiin ympäristöihin ja 24/7 käyttö takaavat tehokkaan ja taloudellisen käsittelyn. Ultraääniprosessin tehostaminen vähentää käsittelyaikaa ja saavuttaa parempia tuloksia eli parempaa laatua, suurempia saantoja, innovatiivisia tuotteita.
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erän tilavuus | Virtausnopeus | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 0.5 - 1.5 ml | n.a. | VialTweeter |
| 1 - 500 ml | 10 - 200 ml / min | UP100H |
| 10 - 2000ml | 20–400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2–4 l/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 - 10L / min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-100L / min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | klusteri UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Suuritehoiset ultraääniprosessorit laboratoriosta pilotti- ja teolliseen mittakaavaan.
Kirjallisuus / Viitteet
- SOP – Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- 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.
Faktoja, jotka kannattaa tietää
Mitä ovat hiilinanoputket
Hiilinanoputket (CNT) ovat osa yksiulotteisten hiilimateriaalien erityistä luokkaa, jolla on poikkeukselliset mekaaniset, sähköiset, termiset ja optiset ominaisuudet. Ne ovat tärkeä komponentti, jota käytetään kehittyneiden nanomateriaalien, kuten nanokomposiittien, vahvistettujen polymeerien jne., kehittämisessä ja tuotannossa, ja siksi niitä käytetään huipputeknologiassa. CNT: t paljastavat erittäin korkean vetolujuuden, erinomaiset lämmönsiirto-ominaisuudet, matalakaistaiset välit ja optimaalisen kemiallisen ja fysikaalisen stabiilin, mikä tekee nanoputkista lupaavan lisäaineen moninaisille materiaaleille.
CNTS jaetaan rakenteestaan riippuen yksiseinäisiin hiilinanoputkiin (SWNT), kaksiseinäisiin hiilinanoputkiin (DWCNT) ja moniseinäisiin hiilinanoputkiin (MWNT).
SWNT: t ovat onttoja, pitkiä sylinterimäisiä putkia, jotka on valmistettu yhden atomin paksuisesta hiiliseinästä. Hiilen atomilevy on järjestetty hunajakennohilaan. Usein niitä verrataan käsitteellisesti yksikerroksisen grafiitin tai grafeenin rullattuihin arkkeihin.
DWCNT: t koostuvat kahdesta yksiseinäisestä nanoputkesta, joista toinen on sisäkkäin.
MWNT:t ovat CNT-muoto, jossa useita yksiseinäisiä hiilinanoputkia on sisäkkäin toistensa sisällä. Koska niiden halkaisija vaihtelee välillä 3–30 nm ja koska ne voivat kasvaa useita senttimetrejä pitkiksi, niiden kuvasuhde voi vaihdella 10–10 miljoonan välillä. Hiilinanokuituihin verrattuna MWNT:llä on erilainen seinärakenne, pienempi ulkohalkaisija ja ontto sisäpuoli. Yleisesti käytettyjä teollisesti saatavilla olevia MWNT:itä ovat mm. Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 ja FutureCarbon CNT-MW.
CNT:iden synteesi: CNT:itä voidaan tuottaa plasmapohjaisella synteesimenetelmällä tai kaaripurkauksen haihdutusmenetelmällä, laserablaatiomenetelmällä, lämpösynteesiprosessilla, kemiallisella höyryfaasipinnoituksella (CVD) tai plasmatehostetulla kemiallisella höyryfaasipinnoituksella.
CNT: n funktionalisointi: Hiilinanoputkien ominaisuuksien parantamiseksi ja niiden tekemiseksi siten sopivammiksi tiettyyn sovellukseen CNT:t funktionalisoidaan usein esimerkiksi lisäämällä karboksyylihappo- (-COOH) tai hydroksyyliryhmiä (-OH).
CNT-dispergointilisäaineet
Muutamat liuottimet, kuten superhapot, ioniset nesteet ja N-sykloheksyyli-2-pyrrolidnoni, kykenevät valmistamaan suhteellisen suuria pitoisuuksia CNT-dispersioita, kun taas nanoputkien yleisimmät liuottimet, kuten N-metyyli-2-pyrrolidoni (NMP), dimetyyliformamidi (DMF) ja 1,2-dikrololobentseeni, voivat hajottaa nanoputkia vain hyvin pieninä pitoisuuksina (esim. tyypillisesti <0,02 paino-% yksiseinäisistä CNT:istä). Yleisimmät dispersioaineet ovat polyvinyylipyrrolidoni (PVP), natriumdodekyylibentseenisulfonaatti (SDBS), Triton 100 tai natriumdodekyylisulfonaatti (SDS).
Kresolit ovat ryhmä teollisuuskemikaaleja, jotka voivat käsitellä CNT:itä jopa kymmenien painoprosenttien pitoisuuksina, mikä johtaa jatkuvaan siirtymiseen laimeista dispersioista, paksuista tahnoista ja vapaasti seisovista geeleistä ennennäkemättömään leikkitaikinan kaltaiseen tilaan CNT-kuormituksen kasvaessa. Näillä tiloilla on polymeerimäisiä reologisia ja viskoelastisia ominaisuuksia, joita ei voida saavuttaa muilla yleisillä liuottimilla, mikä viittaa siihen, että nanoputket ovat todellakin hajotettuja ja hienojakoisia kresoleissa. Kresolit voidaan poistaa käsittelyn jälkeen kuumentamalla tai pesemällä muuttamatta CNT:n pintaa. [Chiou et al. 2018]
CNT-dispersioiden sovellukset
CNT: n etujen käyttämiseksi ne on dispergoitava nesteeseen, kuten polymeereihin, Tasaisesti dispergoituja CNT: itä käytetään johtavien muovien, nestekidenäyttöjen, orgaanisten valodiodien, kosketusnäyttöjen, joustavien näyttöjen, aurinkokennojen, johtavien musteiden, staattisten ohjausmateriaalien, mukaan lukien kalvot, vaahdot, kuidut ja kankaat, polymeeripinnoitteet ja liimat, korkean suorituskyvyn polymeerikomposiittien, joilla on poikkeuksellinen mekaaninen lujuus ja sitkeys, valmistukseen, polymeeri/CNT-komposiittikuidut sekä kevyet ja antistaattiset materiaalit.
Mitkä ovat hiilen muodot?
Hiiltä esiintyy useissa allotroopeissa, mukaan lukien:
- Kiteiset muodot: Timantti, grafiitti, grafeeni, hiilinanoputket (CNT), fullereenit (esim. C60).
- Amorfiset muodot: Puuhiili, noki, hiilimusta, lasimainen hiili, timantin kaltainen hiili (DLC), yksikerroksinen amorfinen hiili (MAC).
- Hybridinanorakenteet: Nanotimantit, hiilisipulit, hiiliaerogeelit ja komposiitit, kuten nanohiili-metallihybridit.
Jokaisella muodolla on erilliset fysikaalis-kemialliset ominaisuudet, jotka liittyvät materiaalitieteen, elektroniikan ja energian varastoinnin sovelluksiin.