સિંગલ-વોલ્ડ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સને વ્યક્તિગત રીતે કેવી રીતે વિખેરવું

સિંગલ-વોલ્ડ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (SWNTs અથવા SWCNTs) અનન્ય લક્ષણો ધરાવે છે, પરંતુ તેમને વ્યક્ત કરવા માટે તેઓ વ્યક્તિગત રીતે વિખેરાયેલા હોવા જોઈએ. સિંગલ-દિવાલોવાળા કાર્બન નેનોટ્યુબની અસાધારણ લાક્ષણિકતાઓનો સંપૂર્ણ ઉપયોગ કરવા માટે, ટ્યુબને સંપૂર્ણ રીતે વિખેરી નાખવી આવશ્યક છે. અન્ય નેનોપાર્ટિકલ્સ તરીકે SWNTs ખૂબ ઊંચા આકર્ષણ દળો દર્શાવે છે, જેથી વિશ્વસનીય ડિગગ્લોમેરેશન અને વિખેરવા માટે એક શક્તિશાળી અને કાર્યક્ષમ તકનીકની જરૂર છે. જ્યારે સામાન્ય મિશ્રણ તકનીકો SWNT ને નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના તેને ડિટેન્ગલ કરવા માટે જરૂરી તીવ્રતા પ્રદાન કરતી નથી, ત્યારે ઉચ્ચ-પાવર અલ્ટ્રાસોનિક્સ SWCNT ને ડિટેંગલ અને વિખેરવા માટે સાબિત થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિકલી જનરેટેડ કેવિટેશનલ શીયર ફોર્સ બોન્ડીંગ ફોર્સ પર કાબુ મેળવવા માટે પૂરતા શક્તિશાળી હોય છે, જ્યારે અલ્ટ્રાસાઉન્ડની તીવ્રતા SWCNT ના નુકસાનને ટાળવા માટે ચોક્કસ રીતે એડજસ્ટ કરી શકાય છે.

સમસ્યા:

સિંગલ-વોલ્ડ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (SWCNTs) તેમના ઇલેક્ટ્રિક ગુણધર્મો દ્વારા મલ્ટી-વોલ્ડ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (MWNTs/MWCNTs) થી અલગ પડે છે. SWCNTs નો બેન્ડ ગેપ શૂન્ય થી 2 eV સુધી બદલાઈ શકે છે અને તેમની વિદ્યુત વાહકતા મેટાલિક અથવા સેમિકન્ડક્ટીંગ વર્તણૂક ધરાવે છે. સિંગલ-વોલ્ડ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ અત્યંત સંયોજક હોવાથી, SWCNT ની પ્રક્રિયામાં મુખ્ય અવરોધો પૈકી એક એ કાર્બનિક દ્રાવકો અથવા પાણીમાં ટ્યુબની અંતર્ગત અદ્રાવ્યતા છે. SWCNT ની સંપૂર્ણ ક્ષમતાનો ઉપયોગ કરવા માટે, ટ્યુબની એક સરળ, વિશ્વસનીય અને માપી શકાય તેવી ડીગ્ગ્લોમેરેશન પ્રક્રિયાની જરૂર છે. ખાસ કરીને, SWCNTs અને કાર્બનિક દ્રાવક વચ્ચે યોગ્ય ઈન્ટરફેસ બનાવવા માટે CNT બાજુની દિવાલો અથવા ખુલ્લા છેડાઓનું કાર્યકારીકરણ માત્ર SWCNTsના આંશિક એક્સ્ફોલિયેશનમાં પરિણમે છે. તેથી, એસડબલ્યુસીએનટી મોટાભાગે વ્યક્તિગત ડિગગ્લોમેરેટેડ દોરડાને બદલે બંડલ તરીકે વિખરાયેલા છે. જો વિક્ષેપ દરમિયાનની સ્થિતિ ખૂબ કઠોર હોય, તો SWCNT ને 80 થી 200nm ની વચ્ચેની લંબાઈમાં ટૂંકાવી દેવામાં આવશે. મોટાભાગના વ્યવહારુ કાર્યક્રમો માટે, એટલે કે સેમિકન્ડક્ટિંગ અથવા SWCNT ને મજબૂત કરવા માટે, આ લંબાઈ ખૂબ નાની છે.

ઉકેલ:

અલ્ટ્રાસોનિકેશન એ કાર્બન નેનોટ્યુબને વિખેરી નાખવા અને ડિગગ્લોમેરેશન કરવાની ખૂબ જ અસરકારક પદ્ધતિ છે, કારણ કે ઉચ્ચ તીવ્રતાના અલ્ટ્રાસાઉન્ડના અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો પ્રવાહીમાં પોલાણ પેદા કરે છે. પ્રવાહી માધ્યમોમાં પ્રસારિત ધ્વનિ તરંગો આવર્તનના આધારે દર સાથે, ઉચ્ચ-દબાણ (સંકોચન) અને નીચા-દબાણ (વિરલ) ચક્રમાં પરિણમે છે. લો-પ્રેશર ચક્ર દરમિયાન, ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો પ્રવાહીમાં નાના શૂન્યાવકાશ પરપોટા અથવા ખાલી જગ્યાઓ બનાવે છે. જ્યારે પરપોટા એવા જથ્થાને પ્રાપ્ત કરે છે કે જેના પર તેઓ લાંબા સમય સુધી ઊર્જાને શોષી શકતા નથી, ત્યારે તેઓ ઉચ્ચ દબાણના ચક્ર દરમિયાન હિંસક રીતે તૂટી પડે છે. આ ઘટનાને પોલાણ કહેવામાં આવે છે. વિસ્ફોટ દરમિયાન ખૂબ ઊંચા તાપમાન (અંદાજે 5,000K) અને દબાણ (અંદાજે 2,000 એટીએમ) સ્થાનિક સ્તરે પહોંચી જાય છે. પોલાણના બબલના વિસ્ફોટથી 280m/s વેગ સુધીના પ્રવાહી જેટ પણ પરિણમે છે. આ પ્રવાહી જેટ સ્ટ્રીમ્સ પરિણામે અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ, કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ વચ્ચેના બોન્ડિંગ ફોર્સ પર કાબુ મેળવે છે અને તેથી, નેનોટ્યુબ ડિગગ્લોમેરેટેડ બની જાય છે. હળવી, નિયંત્રિત અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર એ ઉચ્ચ લંબાઈ સાથે વિખરાયેલા SWCNT ના સર્ફેક્ટન્ટ-સ્થિર સસ્પેન્શન બનાવવા માટે યોગ્ય પદ્ધતિ છે. SWCNTs ના નિયંત્રિત ઉત્પાદન માટે, Hielscher ના અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ અલ્ટ્રાસોનિક પેરામીટર સેટની વિશાળ શ્રેણી પર ચલાવવા માટે પરવાનગી આપે છે. અલ્ટ્રાસોનિક કંપનવિસ્તાર, પ્રવાહી દબાણ અને પ્રવાહી રચના અનુક્રમે વિશિષ્ટ સામગ્રી અને પ્રક્રિયામાં બદલાઈ શકે છે. આ ગોઠવણોની ચલ શક્યતાઓ પ્રદાન કરે છે, જેમ કે

• 170 માઇક્રોન સુધીના sonotrode કંપનવિસ્તાર
• 10 બાર સુધીનું પ્રવાહી દબાણ
• 15L/મિનિટ સુધીનો પ્રવાહી પ્રવાહ દર (પ્રક્રિયા પર આધાર રાખીને)
• 80 degC સુધીનું પ્રવાહી તાપમાન (વિનંતી પર અન્ય તાપમાન)
• 100.000cp સુધીની સામગ્રીની સ્નિગ્ધતા

 

વધુમાં, પોલિમર-સહાયિત શુદ્ધિકરણ પદ્ધતિ તરીકે અલ્ટ્રાસોનિકેશન, અસરકારક રીતે, ઉગાડવામાં આવેલા SWCNTsમાંથી અશુદ્ધિઓને દૂર કરવાની મંજૂરી આપે છે. મોલેક્યુલર સ્તરે SWCNT ના રાસાયણિક ફેરફારનો અભ્યાસ કરવો મુશ્કેલ છે, કારણ કે શુદ્ધ SWNTs મેળવવા મુશ્કેલ છે. જેમ જેમ ઉગાડવામાં આવે છે તેમ SWCNT માં ઘણી બધી અશુદ્ધિઓ હોય છે, જેમ કે ધાતુના કણો અને આકારહીન કાર્બન. પોલી(મિથાઈલ મેથાક્રીલેટ) PMMA ના મોનોક્લોરોબેન્ઝીન (MCB) સોલ્યુશનમાં SWCNTs નું અલ્ટ્રાસોનિકેશન અને પછી ફિલ્ટરેશન એ SWCNT ને શુદ્ધ કરવાની અસરકારક રીત છે. આ પોલિમર-આસિસ્ટેડ શુદ્ધિકરણ પદ્ધતિ ઉગાડવામાં આવેલા SWCNTsમાંથી અસરકારક રીતે અશુદ્ધિઓ દૂર કરવાની મંજૂરી આપે છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન કંપનવિસ્તારનું સચોટ નિયંત્રણ SWCNTs ને નુકસાનને ટાળવા અથવા મર્યાદિત કરવાની મંજૂરી આપે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક સાધનો

Hielscher ઉચ્ચ પ્રદર્શન આપે છે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ દરેક વોલ્યુમ ના sonication માટે. 50 વોટથી 16.000 વોટ સુધીના અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો, જે ક્લસ્ટરમાં સેટ થઈ શકે છે, દરેક એપ્લિકેશન માટે, લેબમાં તેમજ ઉદ્યોગમાં યોગ્ય અલ્ટ્રાસોનિક શોધવાની મંજૂરી આપે છે. નેનોટ્યુબ્સના અત્યાધુનિક વિક્ષેપ માટે, સતત સોનિકેશનની ભલામણ કરવામાં આવે છે. Hielscher ના ફ્લો કોષોનો ઉપયોગ કરીને, CNT ને એલિવેટેડ સ્નિગ્ધતાના પ્રવાહી જેમ કે પોલિમર, ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતા પીગળતા અને થર્મોપ્લાસ્ટિક્સમાં વિખેરવાનું શક્ય બને છે.

હાઇ-પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા નેનોટ્યુબના વિક્ષેપ અને ફેરફાર વિશે વધુ વાંચવા માટે અહીં ક્લિક કરો!