פיזור על-קולי של ננו-צינוריות פחמן (CNT)

ננו-צינוריות פחמן הן חזקות וגמישות אך מלוכדות מאוד. קשה לפזר אותם לנוזלים, כגון מים, אתנול, שמן, פולימר או שרף אפוקסי. אולטרסאונד היא שיטה יעילה להשגת בדידות – פיזור יחיד – ננו-צינוריות פחמן.

ננו-צינוריות פחמן (CNT) משמשות בדבקים, ציפויים ופולימרים וכחומרי מילוי מוליכים חשמלית בפלסטיק לפיזור מטענים סטטיים בציוד חשמלי ובלוחות גוף רכב הניתנים לצביעה אלקטרוסטטית. על ידי שימוש בננו-צינורות, פולימרים יכולים להיות עמידים יותר מפני טמפרטורות, כימיקלים קשים, סביבות קורוזיביות, לחצים קיצוניים ושחיקה. ישנן שתי קטגוריות של ננו-צינוריות פחמן: ננו-צינוריות בעלות דופן יחידה (SWNT) וננו-צינוריות מרובות דפנות (MWNT).

ננו-צינוריות פחמן זמינות בדרך כלל כחומר יבש, למשל מחברות, כגון מחקר SES או CNT ושות 'בע"מ יש צורך בתהליך פשוט, אמין וניתן להרחבה עבור deagglomeration, על מנת לנצל את ננו-צינוריות לפוטנציאל המרבי שלהם. עבור נוזלים של עד 100,000cP אולטרסאונד היא טכנולוגיה יעילה מאוד לפיזור ננו-צינוריות במים, שמן או פולימרים בריכוזים נמוכים או גבוהים. זרמי הסילון הנוזליים הנובעים מ קוויטציה קוליתלהתגבר על כוחות הקשר בין הננו-צינורות, ולהפריד בין הצינורות., בגלל כוחות הגזירה הנוצרים באולטרסאונד ומערבולות מיקרו, אולטרסאונד יכול לסייע בציפוי פני השטח ובתגובה כימית של ננו-צינוריות עם חומרים אחרים, גם.

בדרך כלל, פיזור ננו-צינוריות גס מעורבב תחילה מראש על ידי מערבל סטנדרטי ולאחר מכן הומוגני בכור תאי זרימה קולי. הסרטון שלהלן מציג ניסוי מעבדה (סוניק אצווה באמצעות UP400S) פיזור ננו-צינוריות פחמן מרובות דפנות במים בריכוז נמוך. בגלל האופי הכימי של פחמן, התנהגות הפיזור של ננו-צינורות במים קשה למדי. כפי שניתן לראות בסרטון, ניתן להדגים בקלות כי אולטרסוניקציה מסוגלת לפזר ננו-צינוריות ביעילות.

פיזור SWNTs בודדים באורך גבוה

בעיה מרכזית לעיבוד ומניפולציה של SWNTs היא חוסר המסיסות המובנה של הצינורות בממיסים אורגניים נפוצים ובמים. פונקציונאליזציה של דופן הצד של ננו-צינורית או קצוות פתוחים ליצירת ממשק מתאים בין ה-SWNTs לבין הממס מובילה לרוב לקילוף חלקי של חבלי SWNT, בלבד.
כתוצאה מכך, SWNTs מפוזרים בדרך כלל כחבילות ולא כאובייקטים בודדים מבודדים לחלוטין. כאשר מופעלים תנאים קשים מדי במהלך הפיזור, ה-SWNTs מתקצרים לאורכים שבין 80 ל-200 ננומטר. למרות שזה שימושי עבור בדיקות מסוימות, אורך זה הוא קטן מדי עבור רוב היישומים המעשיים, כגון מוליך למחצה או חיזוק SWNTs. טיפול קולי מבוקר ומתון (למשל על ידי UP200Ht עם סונוטרודה בקוטר 40 מ"מ) הוא הליך יעיל להכנת פיזור מימי של SWNTs בודדים ארוכים. רצפים של אולטרה-סוניקציה קלה ממזערים את הקיצור ומאפשרים שימור מרבי של תכונות מבניות ואלקטרוניות.

טיהור SWNT על ידי אולטרסאונד בסיוע פולימר

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

של היילשר מגוון רחב של מכשירים קוליים ואביזרים לפיזור יעיל של ננו-צינורות.

• מכשירי מעבדה קומפקטיים של עד הספק אולטרסאונד 400 וואט לפיזור לנפחים קטנים יותר של עד 2 ליטר
• UIP500hdT, UIP1000hdT ו UIP1500hdT הם מעבדים קוליים שיכולים לעבד נפחים גדולים יותר.
• מערכות אולטראסוניות של 2kW (UIP2000hdT) ו 4kW (UIP4000hdT) יכול לשמש לפיזור בקנה מידה הייצור של ננו-צינוריות פחמן. ה UIP10000 (10 קילוואט) וה- UIP16000 (16 קילוואט) ניתן להשתמש באשכולות של מספר יחידות בודדות לעיבוד בקנה מידה גדול של ננו-צינוריות פחמן.”

ספרות

• 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.