כיצד לפזר ננו-צינוריות פחמן בעלות דופן אחת בנפרד

ננו-צינוריות פחמן חד-דפניות (SWNTs או SWCNTs) הן בעלות מאפיינים ייחודיים, אך כדי לבטא אותן עליהן להיות מפוזרות בנפרד. כדי לעשות שימוש מלא במאפיינים יוצאי הדופן של ננו-צינוריות פחמן בעלות דופן אחת, יש להתיר את הצינורות בצורה השלמה ביותר. SWNTs כמו ננו-חלקיקים אחרים מראים כוחות משיכה גבוהים מאוד, כך שיש צורך בטכניקה חזקה ויעילה לפירוק ופיזור אמינים. בעוד שטכניקות ערבוב נפוצות אינן מספקות את העוצמה הדרושה כדי להתיר SWNTs מבלי לפגוע בהם, הוכח כי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה מתיר ומפזר SWCNTs. כוחות גזירה קוויטציוניים הנוצרים באולטרסאונד חזקים מספיק כדי להתגבר על כוחות המליטה, בעוד שניתן לכוונן את עוצמת האולטרסאונד במדויק כדי למנוע את הנזק של SWCNTs.

בעיה:

ננו-צינוריות פחמן חד-דפניות (SWCNTs) נבדלות מננו-צינוריות פחמן מרובות דפנות (MWNTs/MWCNTs) בתכונותיהן החשמליות. מרווח הפסים של SWCNTs יכול להשתנות בין אפס ל -2 eV והמוליכות החשמלית שלהם כוללת התנהגות מתכתית או מוליכה למחצה. מכיוון שננו-צינוריות פחמן בעלות דופן יחידה מלוכדות מאוד, אחד המכשולים העיקריים בעיבוד SWCNTs הוא חוסר המסיסות המובנה של הצינורות בממסים אורגניים או במים. כדי לנצל את מלוא הפוטנציאל של SWCNTs, יש צורך בתהליך פירוק פשוט, אמין וניתן להרחבה של הצינורות. במיוחד, הפונקציונאליזציה של דפנות הצד של ה-CNT או הקצוות הפתוחים ליצירת ממשק מתאים בין ה-SWCNTs לבין הממס האורגני גורמת לקילוף חלקי של ה-SWCNTs בלבד. לכן, SWCNTs מפוזרים בעיקר כחבלים ולא כחבלים נפרדים. אם המצב במהלך הפיזור קשה מדי, SWCNTs יקוצרו לאורכים בין 80 ל 200nm. עבור רוב היישומים המעשיים, כלומר עבור מוליכים למחצה או חיזוק SWCNTs, אורך זה קטן מדי.

תמיסה:

Ultrasonication היא שיטה יעילה מאוד של פיזור deagglomeration של פחמן Nanotubes, כמו גלים קוליים של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה ליצור cavitation בנוזלים. גלי הקול המופצים במדיה הנוזלית גורמים לסירוגין למחזורי לחץ גבוה (דחיסה) ולחץ נמוך (ררפאקציה), עם קצב בהתאם לתדר. במהלך מחזור הלחץ הנמוך, גלים קוליים בעוצמה גבוהה יוצרים בועות ואקום קטנות או חללים בנוזל. כאשר הבועות מגיעות לנפח שבו הן כבר לא יכולות לספוג אנרגיה, הן קורסות באלימות במהלך מחזור לחץ גבוה. תופעה זו נקראת קוויטציה. במהלך הקריסה מגיעים לטמפרטורות גבוהות מאוד (כ-5,000K) וללחצים (כ-2,000ATM) באופן מקומי. קריסת בועת הקוויטציה גורמת גם לסילונים נוזליים במהירות של עד 280 מטר לשנייה. זרמי סילון נוזליים אלה נובעים מ קוויטציה קוליתלהתגבר על כוחות הקשר בין ננו-צינוריות הפחמן ומכאן, הננו-צינוריות מתפרקות., טיפול קולי קל ומבוקר הוא שיטה מתאימה ליצירת מתלים המיוצבים על ידי פעילי שטח של SWCNTs מפוזרים באורך גבוה. לייצור מבוקר של SWCNTs, המעבדים הקולטרסוניים של Hielscher מאפשרים לפעול במגוון רחב של ערכות פרמטרים קוליים. המשרעת העל-קולית, לחץ הנוזל והרכב הנוזל יכולים להיות מגוונים בהתאמה לחומר ולתהליך הספציפיים. זה מציע אפשרויות משתנות של התאמות, כגון

• אמפליטודות סונוטרודות של עד 170 מיקרון
• לחצי נוזל של עד 10 בר
• ספיקת נוזלים של עד 15L/min (בהתאם לתהליך)
• טמפרטורות נוזל של עד 80 מעלות צלזיוס (טמפרטורות אחרות לפי בקשה)
• צמיגות חומר של עד 100.000CP

 

יתר על כן, אולטרסוניקציה כשיטת טיהור בסיוע פולימר מאפשרת להסיר זיהומים מ- SWCNTs שגדלו, ביעילות. קשה לחקור את השינוי הכימי של SWCNTs ברמה המולקולרית, מכיוון שקשה להשיג SWNTs טהורים. SWCNTs שגדלו מכילים זיהומים רבים, כגון חלקיקי מתכת ופחמנים אמורפיים. אולטרה-סוניקציה של SWCNTs בתמיסת מונוכלורובנזן (MCB) של PMMA פולי(מתיל מתקרילט) ואחריה סינון היא דרך יעילה לטיהור SWCNTs. שיטת טיהור זו בסיוע פולימר מאפשרת להסיר זיהומים מ- SWCNTs שגדלו ביעילות. שליטה מדויקת של משרעת ultrasonication מאפשר למנוע או להגביל פגיעה SWCNTs.

ציוד אולטראסוני

Hielscher מציעה ביצועים גבוהים מעבדים קוליים לסוניק של כל כרך. מכשירים קוליים מ 50 וואט עד 16.000 וואט, אשר יכול להגדיר באשכולות, מאפשרים למצוא את קולי המתאים עבור כל יישום, במעבדה, כמו גם בתעשייה. לפיזור מתוחכם של ננו-צינורות, מומלץ לבצע סוניקציה רציפה. באמצעות תאי הזרימה של היילשר, ניתן לפזר CNT לנוזלים בעלי צמיגות גבוהה כגון פולימרים, נמסים בעלי צמיגות גבוהה ותרמופלסטיים.

לחץ כאן כדי לקרוא עוד על פיזור ושינוי של ננו-צינוריות על ידי אולטרסאונד בהספק גבוה!