3D-પ્રિન્ટ કરી શકાય તેવી શાહીઓમાં કાર્બન નેનોટ્યુબનું વિખેરણ
3D-પ્રિન્ટ કરી શકાય તેવી શાહીઓમાં CNTsનું સમાન વિખેરણ શાહીના ગુણધર્મોને સુધારી શકે છે અને વિવિધ ક્ષેત્રોમાં નવા ઉપયોગોને શક્ય બનાવી શકે છે. પોલિમરમાં CNTsનાં સ્થિર નેનોસસ્પેન્શન બનાવવા માટે પ્રોબ-પ્રકારનું અલ્ટ્રાસોનિકેશન અત્યંત વિશ્વસનીય વિખેરણ તકનીક છે.
સોનિકેશન દ્વારા પોલિમરમાં CNTનું કાર્યક્ષમ અને સ્થિર વિખેરણ
કાર્બન નેનોટ્યુબ (CNTs)ને તેમના વિશિષ્ટ ગુણધર્મોને કારણે વિવિધ ઉપયોગો માટે ઘણીવાર સિલિકોન તેલમાં વિખેરવામાં આવે છે. સિલિકોન તેલમાં CNTsનું વિખેરણ પરિણામી સામગ્રીના યાંત્રિક, ઉષ્મીય અને વિદ્યુત ગુણધર્મોને સુધારી શકે છે. આવો એક ઉપયોગ વિદ્યુતવાહક 3D-પ્રિન્ટ કરી શકાય તેવી શાહીઓ માટે CNT-મિશ્રિત પોલિમરનું નિર્માણ છે, ઉદાહરણ તરીકે, પહેરી શકાય તેવા સ્પર્શ સંવેદકો, દર્દી-વિશિષ્ટ પેશી પુનર્જનન માટેનાં આધારમાળખાં અને લવચીક ECG તથા EEG ઇલેક્ટ્રોડના જૈવ-આધારિત એડિટિવ ઉત્પાદન માટે.
વધુમાં, સિલિકોન તેલમાં વિખેરાયેલા CNTsનો ઉપયોગ લવચીક ડિસ્પ્લે અને સંવેદકો જેવા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં વિદ્યુતવાહક શાહી તરીકે થઈ શકે છે. CNTs વિદ્યુતવાહક માર્ગો તરીકે કાર્ય કરે છે, જેનાથી વિદ્યુત પ્રવાહ વહી શકે છે.
ઔદ્યોગિક ઇનલાઇન વિખેરણ માટે ઔદ્યોગિક પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સિસ્ટમ: ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટર પોલિમરમાં CNTs જેવા નેનોવીખેરણોના ઉત્પાદન માટે વિશ્વસનીય અને અત્યંત કાર્યક્ષમ ઇનલાઇન મિશ્રણ સિસ્ટમો છે.
અલ્ટ્રાસોનિક CNT/પોલિમર વિખેરણના ફાયદા
અલ્ટ્રાસોનિકેશન અત્યંત કાર્યક્ષમ વિખેરણ તકનીક છે, જેના અનેક ફાયદા છે. પોલિમરમાં કાર્બન નેનોટ્યુબ (CNTs)ના અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણના ફાયદાઓમાં નીચેની બાબતોનો સમાવેશ થાય છે:
ઇનલાઇન દ્રાવણ પ્રક્રિયાઓ માટે અલ્ટ્રાસોનિક ઔદ્યોગિક સિસ્ટમ, દા.ત., પોલિમર ફોર્મ્યુલેશનમાં કાર્બન નેનોટ્યુબનું સમાન વિખેરણ.
CNT/PDMS કમ્પોઝિટના અલ્ટ્રાસોનિક ઉત્પાદન માટે સામાન્ય પ્રોટોકોલ
પોલિમરોમાં નેનોકદની અનેક સામગ્રીઓના વિખેરણ માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ થાય છે. પ્રોબ-પ્રકારના સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને ડાઇમિથાઇલપોલિસિલોક્સેન (PDMS)માં કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (CNTs)નું વિખેરણ કરવું એ તેનો એક વિશિષ્ટ અને સામાન્ય રીતે વપરાતો ઉપયોગ છે. PDMS મેટ્રિક્સમાં CNTsને વિખેરવા માટે, નેનોટ્યુબ્સની ગૂંચ ઉકેલવા અને તેમને નેનોસસ્પેન્શનમાં એકસરખી રીતે મિશ્રિત કરવા ઉચ્ચ-શક્તિના અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અને તેના પરિણામે ઉત્પન્ન થતી ધ્વનિક કેવિટેશનની અસરોનો ઉપયોગ થાય છે. પ્રોબ-પ્રકારનું સોનિકેશન તીવ્ર કેવિટેશન બળો ઉત્પન્ન કરવાની ક્ષમતાને કારણે CNTsના વિખેરણ માટેની એક શક્તિશાળી પદ્ધતિ છે; આ બળો સમૂહિત થયેલી CNTsના સમૂહોને અસરકારક રીતે તોડી અને વિખેરી શકે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ એ પ્રક્રિયાનો એક સરળ તબક્કો છે, જેમાં કોઈ વિશિષ્ટ પૂર્વ- અથવા પશ્ચાત્-સારવારની જરૂર પડતી નથી. અલ્ટ્રાસોનિક સાધન પોતે સુરક્ષિત છે અને તેનું સંચાલન સરળ છે.
પ્રોબ-પ્રકારના સોનિકેશન દ્વારા વિખેરણની પ્રક્રિયામાં સામાન્ય રીતે નીચેના તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે:
- CNT-PDMS મિશ્રણની તૈયારી: PDMS મેટ્રિક્સમાં CNTsનો પૂર્વનિર્ધારિત જથ્થો ઉમેરવામાં આવે છે અને યાંત્રિક સ્ટિરરનો ઉપયોગ કરીને તેનું પૂર્વમિશ્રણ કરવામાં આવે છે. રસપ્રદ રીતે, દ્રાવકમાં CNTsનું પૂર્વવિખેરણ કરવાથી વિદ્યુત વાહકતા વધારી શકાય છે. ટેટ્રાહાઇડ્રોફ્યુરાન (THF), એસિટોન અથવા ક્લોરોફોર્મથી શ્રેષ્ઠ પરિણામો પ્રાપ્ત થાય છે (શ્રેષ્ઠ પરિણામોના ક્રમમાં ગોઠવેલ).
- પ્રોબ-પ્રકારનું સોનિકેશન: ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબનો ઉપયોગ કરીને મિશ્રણનું પ્રોબ-પ્રકારનું સોનિકેશન કરવામાં આવે છે; આ પ્રોબ સામાન્ય રીતે આશરે 20 kHz આવૃત્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે. આયતન અને ફોર્મ્યુલેશનના આધારે, CNTsનું સંપૂર્ણ વિખેરણ સુનિશ્ચિત કરવા સામાન્ય રીતે કેટલીક મિનિટો સુધી સોનિકેશન કરવામાં આવે છે.
- વિખેરણનું નિરીક્ષણ: સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM), ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (TEM) અથવા UV-Vis સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી જેવી તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને CNTsના વિખેરણનું નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે. PDMS મેટ્રિક્સની અંદર CNTsનું વિતરણ જોવા અને CNTs એકસરખી રીતે વિખેરાયેલી છે તેની ખાતરી કરવા માટે આ તકનીકોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.
સારાંશમાં, પ્રોબ-પ્રકારનું સોનિકેશન તીવ્ર કેવિટેશન બળો ઉત્પન્ન કરવાની ક્ષમતાને કારણે PDMS જેવા પોલિમરોમાં CNTsના વિખેરણ માટેની એક શક્તિશાળી પદ્ધતિ છે; આ બળો સમૂહિત થયેલી CNTsના સમૂહોને અસરકારક રીતે તોડી અને વિખેરી શકે છે.
CNT/પોલિમર સંયુક્ત સામગ્રીઓના અલ્ટ્રાસોનિક નિર્માણના કિસ્સા અભ્યાસો
પ્રોબ-પ્રકારના અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા નેનોટ્યુબ્સ અને અન્ય કાર્બન-આધારિત નેનોસામગ્રીઓના વિખેરણ પર વ્યાપક સંશોધન કરવામાં આવ્યું છે અને ત્યારબાદ તેને ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં અમલમાં મૂકવામાં આવ્યું છે. નીચે અમે કેટલાક સંશોધન અભ્યાસો રજૂ કરીએ છીએ, જે અલ્ટ્રાસોનિક નેનોટ્યુબ વિખેરણની અસાધારણ કાર્યક્ષમતા દર્શાવે છે.
પહેરવા યોગ્ય સેન્સરો માટે PDMSમાં CNTsનું અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ
Del Bosque et al. (2022)એ CNT વિખેરણમાં અસરકારકતાની દૃષ્ટિએ થ્રી-રોલ મિલિંગ અને સોનિકેશનની તુલના કરી હતી. પોલિમર મેટ્રિક્સમાં નેનોકણોના વિખેરણની પ્રક્રિયાનું વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે કેવિટેશન બળોથી પ્રેરિત CNT વિતરણની વધુ સમાનતાને કારણે અલ્ટ્રાસોનિકેશન તકનીક થ્રી-રોલ મિલિંગની તુલનામાં વધુ વિદ્યુત સંવેદનશીલતા પ્રદાન કરે છે. CNTના વિવિધ ઉમેરણ પ્રમાણોનું પરીક્ષણ કરતાં, CNT-PDMS પ્રણાલીનો પરકોલેશન થ્રેશોલ્ડ, એટલે કે CNTનું એવું નિર્ણાયક પ્રમાણ કે જેના પર તે વિદ્યુત વાહક બને છે, 0.4 wt% CNT હોવાનું જાણવા મળ્યું હતું. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP400ST (ડાબી બાજુનું ચિત્ર જુઓ)નો ઉપયોગ કરીને મલ્ટી-વૉલ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (MWCNTs)નું 0.5 પલ્સ ચક્રો અને 50 % કંપનવિસ્તાર પર 2h સુધી અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા વિખેરણ કરવામાં આવ્યું હતું. સોનિકેશન સમય દરમિયાન અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણની અસરો નીચેના ચિત્રમાં દર્શાવવામાં આવી છે.
આ વિશ્લેષણના આધારે, પહેરવા યોગ્ય સેન્સરોના ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશન પ્રક્રિયા દ્વારા 0.4 wt.% CNTનો ઉપયોગ કરવાની સ્થિતિને શ્રેષ્ઠ તરીકે પસંદ કરવામાં આવી હતી. આ સંદર્ભમાં, સતત ભાર ચક્રો હેઠળના વિદ્યુત પ્રતિભાવના વિશ્લેષણે વિકસિત સેન્સરોની ઊંચી મજબૂતાઈ દર્શાવી હતી, જેમાં 2%, 5% અને 10% વિકૃતિ પર કોઈપણ નુકસાન જોવા મળ્યું ન હતું, જેના કારણે આ સેન્સરો મધ્યમ વિકૃતિનું નિરીક્ષણ કરવા માટે વિશ્વસનીય બને છે.
સોનિકેશનના વિવિધ સમયગાળાઓ પર અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP400St નો ઉપયોગ કરીને PDMS માં MWCNTs નું અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ.
(અભ્યાસ અને ચિત્ર: ©del Bosque et al., 2022)
CNT/પોલિમર નેનોકોમ્પોઝિટ્સ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળાં અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ ઉપકરણો
Hielscher Ultrasonics પ્રયોગશાળા, બેન્ચ-ટોપ અને ઉદ્યોગમાં પડકારજનક વિખેરણ કાર્યો માટે ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રોબ્સનું ઉત્પાદન કરે છે. Hielscher Ultrasonicsનાં વિખેરકો દ્રાવકો, પોલિમરો અને સંયુક્ત પદાર્થોમાં નેનોસામગ્રીનું કાર્યક્ષમ અને ચોકસાઈપૂર્વક સમાનાંગીકરણ અને વિખેરણ કરે છે.
તેમની અદ્યતન અલ્ટ્રાસોનિક ટેક્નોલોજી દ્વારા, આ વિખેરકો કણોના કદનું એકસમાન વિતરણ, સ્થિર વિખેરણો અને/અથવા નેનોકણોનું કાર્યાત્મક સમૂહીકરણ હાંસલ કરવા માટે ઝડપી અને સરળ ઉકેલ આપે છે.
પ્રક્રિયાનો સમય ઘટાડીને અને ઊર્જાનો વપરાશ ન્યૂનતમ કરીને, અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ વિખેરકો વિવિધ ઉદ્યોગોના વ્યવસાયો માટે ઉત્પાદકતા સુધારી શકે છે અને સંચાલન ખર્ચ ઘટાડી શકે છે.
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સને ચોક્કસ જરૂરિયાતો અનુસાર પણ અનુકૂલિત કરી શકાય છે. પ્રોબનાં વિવિધ કદ, બૂસ્ટર હોર્ન્સ, શક્તિનાં સ્તરો અને ફ્લો સેલ્સના વિકલ્પો તેમને વિવિધ નેનો-ફોર્મ્યુલેશન્સ અને આયતનો માટે બહુમુખી અને અનુકૂલનક્ષમ બનાવે છે.
એકંદરે, પોતાની નેનોસામગ્રીની પ્રક્રિયાના કાર્યપ્રવાહોને શ્રેષ્ઠ બનાવવા અને સાતત્યપૂર્ણ, વિશ્વસનીય પરિણામો મેળવવા ઇચ્છતી પ્રયોગશાળાઓ અને ઉદ્યોગો માટે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ વિખેરકો ઉત્તમ રોકાણ છે.
ડિઝાઇન, ઉત્પાદન અને પરામર્શ – જર્મનીમાં નિર્મિત ગુણવત્તા
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ તેમની સર્વોચ્ચ ગુણવત્તા અને ડિઝાઇનનાં ધોરણો માટે જાણીતા છે. મજબૂતાઈ અને સરળ સંચાલનને કારણે અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સને ઔદ્યોગિક સુવિધાઓમાં સરળતાથી સંકલિત કરી શકાય છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ કઠોર પરિસ્થિતિઓ અને પડકારજનક વાતાવરણમાં વિશ્વસનીય રીતે કાર્ય કરે છે.
Hielscher Ultrasonics એક ISO પ્રમાણિત કંપની છે અને અત્યાધુનિક ટેક્નોલોજી તથા વપરાશકર્તા માટેની સરળતા ધરાવતાં ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળાં અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ પર વિશેષ ભાર મૂકે છે. અલબત્ત, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ CE અનુરૂપ છે અને UL, CSA તથા RoHsની આવશ્યકતાઓ પૂરી કરે છે.
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે:
| બેચનું આયતન | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલાં ઉપકરણો |
|---|---|---|
| 0.5 થી 1.5mL | n.a. | VialTweeter | 1 થી 500mL | 10 થી 200mL/min | UP100H |
| 10 થી 2000mL | 20 થી 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 થી 100L | 2 થી 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 થી 150L | 3 થી 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 થી 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | વધુ | સમૂહમાં ગોઠવેલાં UIP16000 |
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
Hielscher Ultrasonics પ્રયોગશાળા, પાયલોટ અને ઔદ્યોગિક સ્તરે મિશ્રણ કાર્યો, વિખેરણ, પાયસીકરણ અને નિષ્કર્ષણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર્સનું ઉત્પાદન કરે છે.
ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયા માટે અલ્ટ્રાસોનિક બેચ રિએક્ટર, ઉદાહરણ તરીકે, એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ માટેની 3D-પ્રિન્ટ કરી શકાય તેવી શાહી બનાવવા પોલિમરોમાં CNTs અને અન્ય નેનો ફિલર્સ ભેળવવા માટે.
સાહિત્ય / સંદર્ભો
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Kim, J., Hwang, JY., Hwang, H. et al. (2018): Simple and cost-effective method of highly conductive and elastic carbon nanotube/polydimethylsiloxane composite for wearable electronics. Scientific Reports 8, 1375 (2018).
- Lima, Márcio; Andrade, Mônica; Skákalová, Viera; Bergmann, Carlos; Roth, Siegmar (2007): Dynamic percolation of carbon nanotubes in liquid medium. Journal of Materials Chemistry 17, 2007. 4846-4853.
- Shar, A., Glass, P., Park, S. H., Joung, D. (2023): 3D Printable One-Part Carbon Nanotube-Elastomer Ink for Health Monitoring Applications. Advanced Functional Materials 33, 2023.
Hielscher Ultrasonics ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર્સનું ઉત્પાદન પ્રયોગશાળાના કદથી લઈને ઔદ્યોગિક કદ સુધી કરે છે.