એકલ-દીવાલવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સને વ્યક્તિગત રીતે કેવી રીતે વિખેરવી

એકલ-દીવાલવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (SWNTs અથવા SWCNTs) અનન્ય લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે, પરંતુ આ લાક્ષણિકતાઓ પ્રગટ કરવા માટે તેમને વ્યક્તિગત રીતે વિખેરવી આવશ્યક છે. એકલ-દીવાલવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સની અસાધારણ લાક્ષણિકતાઓનો સંપૂર્ણ ઉપયોગ કરવા માટે, ટ્યુબ્સની ગૂંચ શક્ય તેટલી સંપૂર્ણ રીતે ઉકેલવી જરૂરી છે. અન્ય નેનોકણોની જેમ SWNTs પણ અત્યંત ઊંચાં આકર્ષણ બળો દર્શાવે છે, તેથી વિશ્વસનીય રીતે તેમના સમૂહો છૂટા પાડવા અને તેમને વિખેરવા માટે શક્તિશાળી અને કાર્યક્ષમ તકનીક જરૂરી છે. સામાન્ય મિશ્રણ તકનીકો SWNTsને નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના તેમની ગૂંચ ઉકેલવા માટે જરૂરી તીવ્રતા પૂરી પાડતી નથી, જ્યારે ઉચ્ચ-શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસોનિક્સ SWCNTsની ગૂંચ ઉકેલવા અને તેમને વિખેરવા માટે પ્રમાણિત થયા છે. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે ઉત્પન્ન થતાં કેવિટેશનજન્ય કતરણી બળો બંધન બળો પર કાબૂ મેળવવા માટે પૂરતાં શક્તિશાળી હોય છે, જ્યારે SWCNTsને થતું નુકસાન ટાળવા માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડની તીવ્રતા ચોકસાઈથી ગોઠવી શકાય છે.

સમસ્યા:

એકલ-દીવાલવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (SWCNTs) તેમના વિદ્યુત ગુણધર્મોને કારણે બહુ-દીવાલવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (MWNTs/ MWCNTs)થી અલગ પડે છે. SWCNTsનો બેન્ડ ગેપ શૂન્યથી 2 eV સુધી બદલાઈ શકે છે અને તેમની વિદ્યુત વાહકતા ધાત્વિક અથવા અર્ધવાહક વર્તન દર્શાવે છે. એકલ-દીવાલવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સમાં પરસ્પર સંસક્તિ ખૂબ ઊંચી હોવાથી, SWCNTsની પ્રક્રિયામાં એક મોટો અવરોધ કાર્બનિક દ્રાવકો અથવા પાણીમાં ટ્યુબ્સની સ્વાભાવિક અદ્રાવ્યતા છે. SWCNTsની સંપૂર્ણ સંભાવનાનો ઉપયોગ કરવા માટે, ટ્યુબ્સના સમૂહો છૂટા પાડવાની સરળ, વિશ્વસનીય અને મોટા પાયે વિસ્તારી શકાય તેવી પ્રક્રિયા જરૂરી છે. ખાસ કરીને, SWCNTs અને કાર્બનિક દ્રાવક વચ્ચે યોગ્ય આંતરપૃષ્ઠ બનાવવા માટે CNTની બાજુની દીવાલો અથવા ખુલ્લા છેડાઓનું કાર્યાત્મકકરણ કરવાથી SWCNTsનું માત્ર આંશિક સ્તરવિચ્છેદન થાય છે. તેથી, SWCNTs મોટેભાગે સમૂહોમાંથી છૂટા પડેલા વ્યક્તિગત દોરડાસમાન તંતુઓને બદલે ઝૂમખાં તરીકે વિખેરાય છે. જો વિખેરણ દરમિયાન પરિસ્થિતિઓ અતિશય કઠોર હોય, તો SWCNTs ટૂંકી થઈને 80થી 200nm વચ્ચેની લંબાઈની થઈ જશે. મોટા ભાગના વ્યવહારુ ઉપયોગો માટે, એટલે કે અર્ધવાહક અથવા મજબૂતીકરણ માટે વપરાતી SWCNTs માટે, આ લંબાઈ ખૂબ ઓછી છે.

ઉકેલ:

કાર્બન નેનોટ્યુબ્સને વિખેરવા અને તેમના સમૂહો છૂટા પાડવા માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશન ખૂબ અસરકારક પદ્ધતિ છે, કારણ કે ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડનાં તરંગો પ્રવાહીમાં કેવિટેશન ઉત્પન્ન કરે છે. પ્રવાહી માધ્યમમાં પ્રસરતાં ધ્વનિ તરંગો વારાફરતી ઉચ્ચ દબાણ (સંકોચન) અને નીચા દબાણ (વિરલન)નાં ચક્રો ઉત્પન્ન કરે છે, જેમનો દર આવૃત્તિ પર આધાર રાખે છે. નીચા દબાણના ચક્ર દરમિયાન, ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો પ્રવાહીમાં નાના નિર્વાત પરપોટા અથવા પોલાણો બનાવે છે. જ્યારે પરપોટા એવા કદે પહોંચે છે કે તેઓ વધુ ઊર્જા શોષી શકતા નથી, ત્યારે ઉચ્ચ દબાણના ચક્ર દરમિયાન તેઓ પ્રચંડ રીતે તૂટી પડે છે. આ ઘટનાને કેવિટેશન કહેવામાં આવે છે. આ અંતઃસ્ફોટ દરમિયાન સ્થાનિક રીતે ખૂબ ઊંચું તાપમાન (આશરે 5,000K) અને દબાણ (આશરે 2,000atm) પ્રાપ્ત થાય છે. કેવિટેશન પરપોટાના અંતઃસ્ફોટથી 280m/s સુધીના વેગવાળા પ્રવાહી જેટ પણ ઉત્પન્ન થાય છે. આ પ્રવાહી જેટ પ્રવાહો અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનથી ઉત્પન્ન થાય છે અને કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ વચ્ચેના બંધન બળો પર કાબૂ મેળવે છે, તેથી નેનોટ્યુબ્સના સમૂહો છૂટા પડે છે. લાંબી લંબાઈ ધરાવતી વિખેરાયેલી SWCNTsનાં સર્ફેક્ટન્ટ વડે સ્થિર કરેલાં નિલંબનો બનાવવા માટે હળવી, નિયંત્રિત અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર યોગ્ય પદ્ધતિ છે. SWCNTsના નિયંત્રિત ઉત્પાદન માટે, Hielscher ના અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો અલ્ટ્રાસોનિક પરિમાણોના વિવિધ સમૂહોની વિશાળ શ્રેણી સાથે કામ કરવાની સુવિધા આપે છે. ચોક્કસ સામગ્રી અને પ્રક્રિયાને અનુરૂપ અલ્ટ્રાસોનિક કંપનવિસ્તાર, પ્રવાહીનું દબાણ અને પ્રવાહીની સંરચના બદલી શકાય છે. આ ગોઠવણની વિવિધ શક્યતાઓ આપે છે, જેમ કે

• 170 micron સુધીના સોનોટ્રોડ કંપનવિસ્તારો
• 10 bars સુધીનું પ્રવાહી દબાણ
• 15L/min સુધીના પ્રવાહી પ્રવાહ દરો (પ્રક્રિયા પર આધારિત)
• 80 degC સુધીનું પ્રવાહી તાપમાન (અન્ય તાપમાનો વિનંતી પર)
• 1,00,000cp સુધીની સામગ્રીની શ્યાનતા

 

વધુમાં, પોલિમર-સહાયિત શુદ્ધિકરણ પદ્ધતિ તરીકે અલ્ટ્રાસોનિકેશન, સંશ્લેષણ પછીની મૂળ અવસ્થામાં રહેલી SWCNTsમાંથી અશુદ્ધિઓ અસરકારક રીતે દૂર કરવાની સુવિધા આપે છે. SWCNTsના રાસાયણિક સંશોધનનો આણ્વિક સ્તરે અભ્યાસ કરવો મુશ્કેલ છે, કારણ કે શુદ્ધ SWNTs મેળવવી મુશ્કેલ છે. સંશ્લેષણ પછીની મૂળ અવસ્થામાં રહેલી SWCNTsમાં ધાતુના કણો અને અસ્ફટિકીય કાર્બન જેવી ઘણી અશુદ્ધિઓ હોય છે. પોલી(મિથાઇલ મેથાક્રિલેટ) PMMAના મોનોક્લોરોબેન્ઝીન (MCB) દ્રાવણમાં SWCNTsનું અલ્ટ્રાસોનિકેશન કરીને ત્યારબાદ ગાળણ કરવું એ SWCNTsને શુદ્ધ કરવાની અસરકારક રીત છે. આ પોલિમર-સહાયિત શુદ્ધિકરણ પદ્ધતિ સંશ્લેષણ પછીની મૂળ અવસ્થામાં રહેલી SWCNTsમાંથી અશુદ્ધિઓ અસરકારક રીતે દૂર કરવાની સુવિધા આપે છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશનના કંપનવિસ્તારનું ચોક્કસ નિયંત્રણ SWCNTsને થતું નુકસાન ટાળવા અથવા મર્યાદિત કરવા દે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો

Hielscher ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો દરેક કદના જથ્થાના સોનિકેશન માટે પૂરા પાડે છે. 50 wattsથી લઈને 16,000 watts સુધીનાં અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો, જેમને સમૂહોમાં ગોઠવી શકાય છે, પ્રયોગશાળા તેમજ ઉદ્યોગમાં દરેક ઉપયોગ માટે યોગ્ય અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણ શોધવાની સુવિધા આપે છે. નેનોટ્યુબ્સના સુસંસ્કૃત વિખેરણ માટે સતત સોનિકેશનની ભલામણ કરવામાં આવે છે. Hielscher ના ફ્લો સેલ્સનો ઉપયોગ કરીને, પોલિમર, ઊંચી શ્યાનતાવાળા પીગળેલા પદાર્થો અને થર્મોપ્લાસ્ટિક્સ જેવાં ઊંચી શ્યાનતા ધરાવતાં પ્રવાહીઓમાં CNTsને વિખેરવાનું શક્ય બને છે.

ઉચ્ચ-શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા નેનોટ્યુબ્સના વિખેરણ અને સંશોધન વિશે વધુ વાંચવા માટે અહીં ક્લિક કરો!