פיזור אחיד של CNT בדיו הניתן להדפסה בתלת-ממד יכול לשפר את תכונות הדיו ולאפשר יישומים חדשים בתחומים שונים. אולטרסוניקציה מסוג בדיקה היא טכניקת פיזור אמינה ביותר לייצור ננו-תרחיפים יציבים של CNT בפולימרים.

פיזור CNT יעיל ויציב בפולימרים כתוצאה מסוניקציה

ננו-צינוריות פחמן (CNT) מפוזרות לעתים קרובות בשמני סיליקון ליישומים שונים בשל תכונותיהן הייחודיות. פיזור CNT בשמני סיליקון יכול לשפר את התכונות המכניות, התרמיות והחשמליות של החומרים המתקבלים. יישום אחד כזה הוא ייצור פולימרים מסוממים CNT עבור דיו מוליך הניתן להדפסה בתלת-ממד, למשל, לייצור תוספים מבוססי ביולוגיה של חיישני מישוש לבישים, פיגומים להתחדשות רקמות ספציפיים למטופל ואלקטרודות א.ק.ג ו-EEG גמישות.
בנוסף, CNT המפוזרים בשמני סיליקון יכולים לשמש כדיו מוליך במכשירים אלקטרוניים, כגון צגים גמישים וחיישנים. ה-CNT פועלים כמסלולים מוליכים, המאפשרים זרימה של זרם חשמלי.

יתרונות פיזור CNT/פולימר אולטראסוני

Ultrasonication היא טכניקת פיזור יעילה מאוד, אשר מגיע עם מספר יתרונות. היתרונות של פיזור קולי של ננו-צינורות פחמן (CNT) בפולימרים כוללים:

פרוטוקול כללי לייצור קולי של CNT/PDMS מרוכבים

אולטרה-סוניקציה משמשת לפיזור של חומרים ננומטריים רבים בפולימרים. יישום ספציפי ונפוץ הוא פיזור של ננו-צינוריות פחמן (CNT) בדימתילפוליסילוקסאן (PDMS) באמצעות סוניקציה מסוג בדיקה. על מנת לפזר CNT לתוך מטריצת PDMS, אולטרסאונד כוח ואת ההשפעות הנובעות של cavitation אקוסטי משמשים כדי לשחרר את ננו-צינוריות ולערבב אותם באופן אחיד לתוך ננו-תרחיף. סוניקציה מסוג גשושית היא שיטה רבת עוצמה לפיזור CNT בשל יכולתה לייצר כוחות קוויטציה אינטנסיביים שיכולים לפרק ולפזר ביעילות CNT אגרולומרט.
פיזור קולי הוא שלב עיבוד פשוט שאינו דורש טיפול ספציפי לפני או אחריו. הציוד האולטרסוני עצמו בטוח וקל לתפעול.
תהליך הפיזור באמצעות סוניקציה מסוג בדיקה כולל בדרך כלל את השלבים הבאים:

1. הכנת תערובת CNT-PDMS: כמות קבועה מראש של CNT מתווספת למטריצת PDMS ומעורבבת מראש באמצעות מערבל מכני. באופן מעניין, על ידי פיזור מראש של CNT בממס ניתן להגדיל את המוליכות החשמלית. התוצאות הטובות ביותר מושגות על ידי טטרהידרופורן (THF), אצטון או כלורופורם (ממוין לפי התוצאות הטובות ביותר).
2. סוניקציה מסוג בדיקה: התערובת נתונה לסוניקציה מסוג בדיקה באמצעות בדיקה על-קולית בעוצמה גבוהה המייצרת גלי אולטרסאונד בתדר של בדרך כלל כ-20 קילוהרץ. בהתאם לעוצמת הקול ולניסוח, הסוניקציה מתבצעת בדרך כלל במשך מספר דקות כדי להבטיח פיזור מלא של ה-CNT.
3. מעקב אחר הפיזור: פיזור ה-CNT מנוטר באמצעות טכניקות כגון מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), מיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת (TEM) או ספקטרוסקופיית UV-Vis. ניתן להשתמש בטכניקות אלה כדי להמחיש את התפלגות ה-CNT בתוך מטריצת PDMS ולהבטיח שה-CNT מפוזרים באופן אחיד.

לסיכום, סוניקציה מסוג גשושית היא שיטה רבת עוצמה לפיזור CNT בפולימרים כגון PDMS בשל יכולתה ליצור כוחות קוויטציה אינטנסיביים שיכולים לפרק ולפזר ביעילות CNT מצטבר.

מקרי בוחן של ייצור על-קולי של CNT/פולימרים מרוכבים

הפיזור של ננו-צינוריות וננו-חומרים אחרים מבוססי פחמן באמצעות אולטרסוניקציה מסוג בדיקה נחקר בהרחבה ויושם לאחר מכן בייצור תעשייתי. להלן נציג מספר מחקרים, המדגימים את היעילות יוצאת הדופן של פיזור ננו-צינוריות על-קוליות.

פיזור על-קולי של CNT ב-PDMS עבור חיישנים לבישים

Del Bosque et al. (2022) השוו כרסום שלושה גלילים וסוניקציה ליעילותם בפיזור CNT. ניתוח הליך הפיזור של ננו-חלקיקים לתוך המטריצה הפולימרית מראה כי טכניקת האולטרה-סוניקציה מספקת רגישות חשמלית גבוהה יותר בהשוואה לכרסומה של שלושה גלילים בשל ההומוגניות הגבוהה יותר של התפלגות ה-CNT המושרה על ידי כוחות הקוויטציה. בבדיקת עומסי CNT שונים, סף החלחול של מערכת CNT-PDMS, כלומר התוכן הקריטי של CNT שבו היא הופכת למוליכה חשמלית, נמצא 0.4 wt% CNT. ננו-צינוריות פחמן מרובות דפנות (MWCNTs) פוזרו על ידי אולטרסוניקציה באמצעות האולטרסוניקטור UP400ST של Hielscher (ראה תמונה משמאל) במחזורי פעימה של 0.5 ומשרעת של 50% למשך שעתיים. ההשפעות של פיזור קולי במהלך זמן הסוניק מוצגות בתמונה למטה.
בהתבסס על ניתוח זה, התנאים האופטימליים לייצור החיישנים הלבישים נבחרו כ- 0.4 wt.% CNT באמצעות תהליך אולטרה-סוניקציה. בהקשר זה, ניתוח התגובה החשמלית במחזורי עומס רצופים הראה חוסן גבוה של החיישנים המפותחים, ללא נוכחות של נזק במתח של 2%, 5% ו -10%, מה שהופך חיישנים אלה לאמינים לניטור מתח בינוני.

פיזור קולי של MWCNTs ב- PDMS באמצעות Ultrasonicator UP400St בזמני סוניקציה שונים.
(מחקר ותמונה: ©del Bosque et al., 2022)

ציוד פיזור על-קולי בעל ביצועים גבוהים עבור ננו-מרוכבים CNT/פולימרים

Hielscher Ultrasonics מייצרת בדיקות אולטרסאונד בהספק גבוה עבור יישומים פיזור תובעני במעבדה, ספסל העליון והתעשייה. מפזרי Hielscher Ultrasonics מספקים הומוגניזציה יעילה ומדויקת ופיזור של ננו-חומרים בממסים, פולימרים ומרוכבים.
עם הטכנולוגיה העל-קולית המתקדמת שלהם, מפיצים אלה מציעים פתרון מהיר וקל להשגת פיזור אחיד בגודל החלקיקים, פיזור יציב ו / או פונקציונליות ננו-חלקיקים.
על ידי קיצור זמן העיבוד ומזעור צריכת האנרגיה, מפיצי בדיקה על-קוליים יכולים לשפר את הפרודוקטיביות ולהפחית את עלויות התפעול לעסקים במגוון תעשיות.
ניתן גם להתאים אישית את האולטרסאונד של Hielscher כך שיתאים לדרישות ספציפיות, עם אפשרויות למגוון גדלי בדיקה, קרני מאיץ, רמות הספק ותאי זרימה, מה שהופך אותם לרב-תכליתיים וניתנים להתאמה לננו-פורמולציות ונפחים שונים.
בסך הכל, מפיצי בדיקות על-קוליים הם השקעה מצוינת עבור מעבדות ותעשיות המעוניינות לייעל את תהליכי העיבוד הננו-חומריים שלהן ולהשיג תוצאות עקביות ואמינות.

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

Hielscher ultrasonicators ידועים באיכות הגבוהה ביותר שלהם סטנדרטים עיצוב. חוסן ותפעול קל מאפשרים שילוב חלק של האולטרסאונד שלנו במתקנים תעשייתיים. תנאים קשים וסביבות תובעניות מטופלים באופן אמין על ידי Ultrasonicators Hielscher.

Hielscher אולטרסוניקה היא חברה מוסמכת ISO ולשים דגש מיוחד על ultrasonicators ביצועים גבוהים הכוללים טכנולוגיה חדישה וידידותיות למשתמש. כמובן, Hielscher אולטרסוניקאטורים הם תואמי CE ועומדים בדרישות של UL, CSA ו- RoHs.

הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו: