અલ્ટ્રાસોનિક ડિસ્પર્સિંગ ઓફ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (CNT)

કાર્બન નેનોટ્યુબ મજબૂત અને લવચીક છે પરંતુ ખૂબ જ સુસંગત છે. તેઓ પાણી, ઇથેનોલ, તેલ, પોલિમર અથવા ઇપોક્સી રેઝિન જેવા પ્રવાહીમાં વિખેરવું મુશ્કેલ છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અલગ મેળવવા માટે એક અસરકારક પદ્ધતિ છે – એકલ-વિખેરાયેલ – કાર્બન નેનોટ્યુબ.

કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (CNT) નો ઉપયોગ એડહેસિવ્સ, કોટિંગ્સ અને પોલિમર્સમાં અને પ્લાસ્ટિકમાં ઇલેક્ટ્રિકલી વાહક ફિલર તરીકે ઇલેક્ટ્રિકલ સાધનોમાં અને ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિકલી પેઇન્ટ કરી શકાય તેવા ઓટોમોબાઇલ બોડી પેનલ્સમાં સ્થિર ચાર્જને દૂર કરવા માટે થાય છે. નેનોટ્યુબના ઉપયોગ દ્વારા, પોલિમરને તાપમાન, કઠોર રસાયણો, કાટ લાગતા વાતાવરણ, ભારે દબાણ અને ઘર્ષણ સામે વધુ પ્રતિરોધક બનાવી શકાય છે. કાર્બન નેનોટ્યુબની બે શ્રેણીઓ છે: સિંગલ-વોલ નેનોટ્યુબ (SWNT) અને મલ્ટી-વોલ નેનોટ્યુબ (MWNT).

કાર્બન નેનોટ્યુબ સામાન્ય રીતે શુષ્ક સામગ્રી તરીકે ઉપલબ્ધ હોય છે, દા.ત. કંપનીઓ પાસેથી, જેમ કે SES સંશોધન અથવા CNT Co., Ltd. નેનોટ્યુબનો તેમની મહત્તમ ક્ષમતામાં ઉપયોગ કરવા માટે, ડિગગ્લોમેરેશન માટે એક સરળ, વિશ્વસનીય અને માપી શકાય તેવી પ્રક્રિયાની જરૂર છે. 100,000cP સુધીના પ્રવાહી માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ એ ઓછી કે ઊંચી સાંદ્રતામાં પાણી, તેલ અથવા પોલિમરમાં નેનોટ્યુબને વિખેરવા માટે ખૂબ જ અસરકારક તકનીક છે. પ્રવાહી જેટ સ્ટ્રીમ્સ પરિણામે અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ, નેનોટ્યુબ વચ્ચેના બંધન દળોને દૂર કરો અને ટ્યુબને અલગ કરો. અલ્ટ્રાસોનિકલી જનરેટેડ શીયર ફોર્સ અને માઇક્રો ટર્બ્યુલેન્સને કારણે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સપાટીના કોટિંગ અને અન્ય સામગ્રી સાથે નેનોટ્યુબની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયામાં પણ મદદ કરી શકે છે.

સામાન્ય રીતે, બરછટ નેનોટ્યુબ-વિક્ષેપને પહેલા પ્રમાણભૂત સ્ટિરર દ્વારા પ્રિમિક્સ કરવામાં આવે છે અને પછી અલ્ટ્રાસોનિક ફ્લો સેલ રિએક્ટરમાં એકરૂપ કરવામાં આવે છે. નીચેનો વિડિયો લેબ ટ્રાયલ બતાવે છે (a. નો ઉપયોગ કરીને બેચ સોનિકેશન UP400S) ઓછી સાંદ્રતા પર પાણીમાં મલ્ટિવોલ કાર્બન નેનોટ્યુબને વિખેરી નાખવું. કાર્બનની રાસાયણિક પ્રકૃતિને કારણે પાણીમાં નેનોટ્યુબનું વિખેરવું મુશ્કેલ છે. વિડિઓમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, તે સરળતાથી દર્શાવી શકાય છે કે અલ્ટ્રાસોનિકેશન નેનોટ્યુબને અસરકારક રીતે વિખેરવામાં સક્ષમ છે.

ઉચ્ચ લંબાઈના વ્યક્તિગત SWNT નું વિક્ષેપ

SWNT ની પ્રક્રિયા અને હેરફેર માટેની મુખ્ય સમસ્યા સામાન્ય કાર્બનિક દ્રાવકો અને પાણીમાં ટ્યુબની સહજ અદ્રાવ્યતા છે. SWNT અને દ્રાવક વચ્ચે યોગ્ય ઈન્ટરફેસ બનાવવા માટે નેનોટ્યુબ બાજુની દિવાલ અથવા ખુલ્લા છેડાનું કાર્યક્ષમીકરણ મોટે ભાગે SWNT દોરડાના આંશિક એક્સ્ફોલિયેશન તરફ દોરી જાય છે.
પરિણામે, SWNTs સામાન્ય રીતે સંપૂર્ણપણે અલગ અલગ વસ્તુઓને બદલે બંડલ તરીકે વિખેરાઈ જાય છે. જ્યારે વિક્ષેપ દરમિયાન ખૂબ કઠોર પરિસ્થિતિઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે SWNT ને 80 અને 200nm વચ્ચેની લંબાઈ સુધી ટૂંકાવી દેવામાં આવે છે. જો કે આ ચોક્કસ પરીક્ષણો માટે ઉપયોગી છે, આ લંબાઈ મોટાભાગના વ્યવહારુ કાર્યક્રમો માટે ખૂબ નાની છે, જેમ કે સેમિકન્ડક્ટિંગ અથવા રિઇન્ફોર્સિંગ SWNTs. નિયંત્રિત, હળવી અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર (દા.ત. દ્વારા 40mm sonotrode સાથે UP200Ht) લાંબા વ્યક્તિગત SWNT ના જલીય વિક્ષેપ તૈયાર કરવાની અસરકારક પ્રક્રિયા છે. હળવા અલ્ટ્રાસોનિકેશનના સિક્વન્સ શોર્ટનિંગને ઘટાડે છે અને માળખાકીય અને ઇલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મોની મહત્તમ જાળવણીની મંજૂરી આપે છે.

પોલિમર-આસિસ્ટેડ અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા SWNT નું શુદ્ધિકરણ

મોલેક્યુલર સ્તરે SWNT ના રાસાયણિક ફેરફારનો અભ્યાસ કરવો મુશ્કેલ છે, કારણ કે શુદ્ધ SWNTs મેળવવા મુશ્કેલ છે. જેમ જેમ ઉગાડવામાં આવે છે તેમ SWNT માં ઘણી અશુદ્ધિઓ હોય છે, જેમ કે ધાતુના કણો અને આકારહીન કાર્બન. પોલી(મિથાઈલ મેથાક્રીલેટ) PMMA ના મોનોક્લોરોબેન્ઝીન (MCB) સોલ્યુશનમાં SWNTs નું અલ્ટ્રાસોનિકેશન અને પછી ફિલ્ટરેશન એ SWNT ને શુદ્ધ કરવાની અસરકારક રીત છે. આ પોલિમર-સહાયિત શુદ્ધિકરણ પદ્ધતિ ઉગાડવામાં આવેલ SWNTs માંથી અસરકારક રીતે અશુદ્ધિઓ દૂર કરવાની મંજૂરી આપે છે. (યુડાસાકા એટ અલ.) અલ્ટ્રાસોનિકેશન કંપનવિસ્તારનું ચોક્કસ નિયંત્રણ SWNTs ને નુકસાનને મર્યાદિત કરવાની મંજૂરી આપે છે.

Hielscher માતાનો અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોની વિશાળ શ્રેણી અને નેનોટ્યુબના કાર્યક્ષમ વિખેરવા માટે એસેસરીઝ.

• કોમ્પેક્ટ પ્રયોગશાળા ઉપકરણો સુધી 400 વોટ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પાવર 2 લિટર સુધીના નાના જથ્થામાં વિખેરવા માટે
• UIP500hdT, UIP1000hdT અને UIP1500hdT અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ છે જે મોટા વોલ્યુમ પર પ્રક્રિયા કરી શકે છે.
• ની અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સ 2kW (UIP2000hdT) અને 4kW (UIP4000hdT) કાર્બન નેનોટ્યુબના ઉત્પાદન સ્કેલ વિખેરવા માટે વાપરી શકાય છે UIP10000 (10 કિલોવોટ) અને UIP16000 (16 કિલોવોટ) કાર્બન નેનોટ્યુબની મોટા પાયે પ્રક્રિયા માટે કેટલાક વ્યક્તિગત એકમોના ક્લસ્ટરમાં ઉપયોગ કરી શકાય છે.”

સાહિત્ય

• 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.