Ultrasons de dispersion de nanotubes de carbone (CNT)

Les nanotubes de carbone sont solides et flexibles mais très cohésifs. Ils sont difficiles à disperser dans des liquides, tels que l'eau, l'éthanol, l'huile, les polymères ou la résine époxy. Les ultrasons sont une méthode efficace pour obtenir des nanotubes discrets. – unique dispersée – les nanotubes de carbone.

Les nanotubes de carbone (NTC) sont utilisés dans les adhésifs, les revêtements et les polymères et comme charges électroconductrices dans les plastiques pour dissiper les charges statiques dans les équipements électriques et dans les panneaux de carrosserie automobile pouvant être peints de manière électrostatique. L'utilisation de nanotubes permet de rendre les polymères plus résistants aux températures, aux produits chimiques agressifs, aux environnements corrosifs, aux pressions extrêmes et à l'abrasion. Il existe deux catégories de nanotubes de carbone : les nanotubes à paroi simple (SWNT) et les nanotubes à paroi multiple (MWNT).

Les nanotubes de carbone sont généralement disponibles sous forme de matériau sec, par exemple auprès de sociétés telles que Recherche SES ou CNT Co., Ltd. Un processus de désagglomération simple, fiable et évolutif est nécessaire afin d'utiliser les nanotubes au maximum de leur potentiel. Pour les liquides jusqu'à 100 000cP, les ultrasons sont une technologie très efficace pour la dispersion des nanotubes dans l'eau, l'huile ou les polymères à des concentrations faibles ou élevées. Les jets liquides résultant de cavitation à ultrasons, Vaincre les forces de liaison entre les nanotubes, et séparer les tubes. En raison des forces de cisaillement engendrées par ultrasons et des micro turbulences ultrasons peuvent aider dans le revêtement de surface et de la réaction chimique des nanotubes avec d'autres matériaux, aussi.

En général, une dispersion grossière de nanotubes est d'abord prémélangée par un agitateur standard, puis homogénéisée dans le réacteur à flux ultrasonique. La vidéo ci-dessous montre un essai en laboratoire (sonication par lots à l'aide d'un réacteur à ultrasons à flux continu). UP400S) dispersant les nanotubes de carbone multi-parois dans l'eau à faible concentration. En raison de la nature chimique du carbone, le comportement de dispersion des nanotubes dans l'eau est plutôt difficile. Comme le montre la vidéo, il est facile de démontrer que les ultrasons sont capables de disperser efficacement les nanotubes.

Dispersion des SWNT individuels de longueur Haute

Un problème majeur pour le traitement et la manipulation des SWNT est l'insolubilité inhérente des tubes dans les solvants organiques courants et de l'eau. Fonctionnalisation de la paroi latérale des nanotubes ou des extrémités ouvertes pour créer une interface appropriée entre les SWNT et le solvant conduisent la plupart du temps à l'exfoliation partielle des cordes de SWNT, seulement.
En conséquence, les SWNT sont typiquement dispersés sous forme de faisceaux individuels plutôt que des objets entièrement isolés. Lorsque les conditions trop dures sont employées lors de la dispersion, les SWNT sont raccourcies à des longueurs comprises entre 80 et 200 nm. Bien que cela soit utile pour certains tests, cette longueur est trop petit pour les applications les plus pratiques, telles que SWNT ou semi-conductrices de renforcement. traitement par ultrasons contrôlé, doux (par exemple par UP200Ht avec 40mm sonotrode) Est une procédure efficace pour préparer des dispersions aqueuses de longues SWNT individuels. Les séquences de ultrasonication doux réduisent le raccourcissement et permettent la préservation maximale des propriétés structurales et électroniques.

Purification des TNTS par ultrasons assistés par des polymères

Il est difficile d'étudier la modification chimique de SWNT au niveau moléculaire, car il est difficile d'obtenir SWNT pur. As-SWNT cultivé contiennent beaucoup d'impuretés, telles que des particules métalliques et les carbones amorphes. Ultrasonication de SWNT dans un monochlorobenzène (MCB) solution de poly (méthacrylate de méthyle) PMMA suivie d'une filtration est un moyen efficace pour purifier les SWNT. Cette méthode de purification polymère assistée permet d'éliminer les impuretés de SWNT comme cultivées efficacement. (Yudasaka et coll.) Un contrôle précis de l'amplitude du ultrasonication permet de limiter les dommages aux SWNT.

Hielscher de une large gamme d'appareils à ultrasons et accessoires pour la dispersion efficace des nanotubes.

• appareils de laboratoire compacts jusqu'à Puissance ultrasonique de 400 watts pour la dispersion en petites quantités allant jusqu'à 2 litres
• UIP500hdT, UIP1000hdT et UIP1500hdT sont des processeurs à ultrasons qui peuvent traiter de plus grands volumes.
• systèmes à ultrasons de 2kW (UIP2000hdT) et 4kW (UIP4000hdT) peut être utilisé pour la dispersion des nanotubes de carbone à l'échelle de la production. UIP10000 (10 kilowatts) et le UIP16000 (16 kilowatts) peut être utilisé en grappes de plusieurs unités individuelles pour le traitement à grande échelle des nanotubes de carbone.”

Littérature

• 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.