CNT מפוזרים באופן אחיד על ידי אולטרה-סוניקציה
כדי לנצל את הפונקציות יוצאות הדופן של ננו-צינוריות פחמן (CNT), הן חייבות להיות מפוזרות בצורה הומוגנית.
מפיצים על-קוליים הם הכלי הנפוץ ביותר להפצת CNT למתלים מימיים ומבוססי ממס.
טכנולוגיית הפיזור העל-קולי יוצרת אנרגיית גזירה גבוהה מספיק כדי להשיג הפרדה מוחלטת של CNT מבלי לפגוע בהם.
פיזור קולי של ננו-צינוריות פחמן
ננו-צינוריות פחמן (CNTs) הן בעלות יחס גובה-רוחב גבוה מאוד ומציגות צפיפות נמוכה כמו גם שטח פנים עצום (כמה מאות m2/g), מה שמקנה להן תכונות ייחודיות כגון חוזק מתיחה גבוה מאוד, קשיחות וקשיחות ומוליכות חשמלית ותרמית גבוהה מאוד. בשל כוחות ואן דר ואלס, המושכים את ננו-צינוריות הפחמן הבודדות (CNT) זו לזו, CNT מסודרים בדרך כלל בצרורות או בסקינים. כוחות משיכה בין-מולקולריים אלה מבוססים על תופעת הערמת קשרי π בין ננו-צינוריות סמוכות המכונה הערמת π. כדי להפיק את מלוא התועלת מננו-צינוריות פחמן, יש לפרוק את האגלומרטים הללו ולחלק את ה-CNT באופן שווה בפיזור הומוגני. אולטרסוניקציה אינטנסיבית יוצרת קוויטציה אקוסטית בנוזלים. לחץ הגזירה המקומי שנוצר ובכך שובר את אגרגטי ה-CNT ומפזר אותם באופן אחיד בתרחיף הומוגני. טכנולוגיית הפיזור העל-קולי יוצרת אנרגיית גזירה גבוהה מספיק כדי להשיג הפרדה מוחלטת של CNT מבלי לפגוע בהם. אפילו עבור SWNTs רגישים, סוניקה מיושמת בהצלחה כדי להתיר אותם בנפרד. Ultrasonication רק מספק רמת מתח מספקת כדי להפריד את אגרגטים SWNT מבלי לגרום שבר רב nanotubes בודדים (Huang, Terentjev 2012).
- CNT עם פיזור יחיד
- התפלגות הומוגנית
- יעילות פיזור גבוהה
- עומסי CNT גבוהים
- אין השפלה של CNT
- עיבוד מהיר
- בקרת תהליכים מדויקת
UIP2000hdT – אולטרסאונד עוצמתי של 2kW לפיזור CNT
מערכות אולטראסוניות בעלות ביצועים גבוהים לפיזור CNT
Hielscher Ultrasonics מספקת ציוד קולי חזק ואמין עבור פיזור יעיל של CNTs. האם אתה צריך להכין דגימות CNT קטנות לניתוח ו- R&D או שאתה צריך לייצר הרבה תעשייתי גדול של פיזורים בתפזורת, טווח המוצרים של Hielscher מציעה את המערכת קולית אידיאלי עבור הדרישות שלך. מ אולטרה-סאונד של 50W למעבדה עד יחידות אולטראסוניות תעשייתיות 16kW עבור ייצור מסחרי, Hielscher Ultrasonics יש לך מכוסה.
כדי לייצר פיזור ננו-צינוריות פחמן באיכות גבוהה, פרמטרי התהליך חייבים להיות מבוקרים היטב. משרעת, טמפרטורה, לחץ וזמן שמירה הם הפרמטרים הקריטיים ביותר להתפלגות CNT אחידה. האולטרסאונד של Hielscher לא רק מאפשר שליטה מדויקת של כל פרמטר, כל הפרמטרים בתהליך נרשמים באופן אוטומטי על כרטיס SD משולב של מערכות קוליות דיגיטליות של Hielscher. הפרוטוקול של כל תהליך סוניקציה מסייע להבטיח תוצאות הניתנות לשחזור ואיכות עקבית. באמצעות בקרת דפדפן מרחוק המשתמש יכול להפעיל ולנטר את המכשיר הקולי מבלי להיות במיקום של המערכת הקולית.
מכיוון שננו-צינוריות פחמן חד-דפניות (SWNTs) וננו-צינוריות פחמן מרובות דפנות (MWNTs), כמו גם התווך המימי או הממס שנבחר, דורשים עוצמות עיבוד ספציפיות, המשרעת העל-קולית היא גורם מפתח בכל הנוגע למוצר הסופי. Hielscher Ultrasonics’ מעבדים קוליים תעשייתיים יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד, כמו גם מתונות מאוד. קבע את המשרעת האידיאלית לדרישות התהליך שלך. אפילו אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים. החוסן של הציוד הקולי של Hielscher מאפשר פעולה 24/7 בחובה כבדה ובסביבות תובעניות.
לקוחותינו מרוצים מהחוסן והאמינות יוצאי הדופן של מערכות Hielscher Ultrasonic. ההתקנה בתחומי יישומים כבדים, סביבות תובעניות ותפעול 24/7 מבטיחים עיבוד יעיל וחסכוני. העצמת תהליכים אולטראסוניים מפחיתה את זמן העיבוד ומשיגה תוצאות טובות יותר, כלומר איכות גבוהה יותר, תפוקות גבוהות יותר, מוצרים חדשניים.
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:
| נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 00.5 עד 1.5 מ"ל | נ.א. | VialTweeter |
| 1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה | UP100H |
| 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
| 00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000hdT |
| נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
| נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!
מעבדים קוליים בהספק גבוה ממעבדה לפיילוט ובקנה מידה תעשייתי.
ספרות / מקורות
- Biver T.; Criscitiello F.; Di Francesco F.; Minichino M.; Swager T.; Pucci A. (2015): MWCNT/Perylene bisimide Water Dispersions for Miniaturized Temperature Sensors. RSC Advances 5: 2015. 65023–65029.
- Chiou K.; Byun S.; Kim J.; Huang J. (2018): Additive-free carbon nanotube dispersions, pastes, gels, and doughs in cresols. PNAS Vol. 115, No. 22, 2018. 5703–5708.
- Huang, Y.Y:; Terentjev E.M. (2012): Dispersion of Carbon Nanotubes: Mixing, Sonication, Stabilization, and Composite Properties. Polymers 2012, 4, 275-295.
- Krause B.; Mende M.; Petzold G.; Pötschke P. (2010): Characterization on carbon nanotubes’ dispersability using centrifugal sedimentation analysis in aqueous surfactant dispersions. Conference paper ANTEC 2010, Orlando, USA, May 16-20 2010.
- Paredes J.I.; Burghard M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length. Langmuir 2004, 20, 5149-5152.
- Santos A.; Amorim L.; Nunes J.P.; Rocha L.A.; Ferreira Silva A.; Viana J.C. (2019): A Comparative Study between Knocked-Down Aligned Carbon Nanotubes and Buckypaper-Based Strain Sensors. Materials 2019, 12, 2013.
- Szelag M. (2017): Mechano-Physical Properties and Microstructure of Carbon Nanotube Reinforced Cement Paste after Thermal Load. Nanomaterials 7(9), 2017. 267.
עובדות שכדאי לדעת
ננו-צינוריות פחמן
ננו-צינוריות פחמן (CNT) הן חלק מקבוצה מיוחדת של חומרי פחמן חד-ממדיים, המציגים תכונות מכניות, חשמליות, תרמיות ואופטיות יוצאות דופן. הם מהווים מרכיב מרכזי המשמש בפיתוח וייצור ננו-חומרים מתקדמים כגון ננו-מרוכבים, פולימרים מחוזקים וכו' ולכן משמשים בטכנולוגיות חדישות. CNT חושפים חוזק מתיחה גבוה מאוד, תכונות העברה תרמית מעולות, רווחי פס נמוכים ויציבות כימית ופיזיקלית אופטימלית, מה שהופך ננו-צינוריות לתוסף מבטיח לחומרים סעפתיים.
בהתאם למבנה שלהם, CNTS נבדלים לננו-צינוריות פחמן בעלות דופן אחת (SWNTs), ננו-צינוריות פחמן בעלות דופן כפולה (DWCNTs) וננו-צינוריות פחמן מרובות דפנות (MWNTs).
SWNTs הם צינורות גליליים חלולים וארוכים העשויים מדופן פחמן בעובי אטום אחד. יריעת הפחמן האטומית מסודרת בסריג חלת דבש. לעתים קרובות, הם מושווים קונספטואלית לגיליונות מגולגלים של גרפיט חד שכבתי או גרפן.
DWCNTs מורכבים משתי ננו-צינוריות בעלות דופן אחת, כאשר אחת מקוננת בתוך השנייה.
MWNTs הם צורת CNT, שבה ננו-צינוריות פחמן מרובות בעלות דופן אחת מקננות זו בתוך זו. מכיוון שקוטרם נע בין 3-30 ננומטר ומכיוון שהם יכולים לגדול באורך של כמה סנטימטרים, יחס הממדים שלהם יכול לנוע בין 10 לעשרה מיליון. בהשוואה לננו-סיבי פחמן, ל-MWNTs יש מבנה דופן שונה, קוטר חיצוני קטן יותר ופנים חלול. סוגים נפוצים של MWNTs הזמינים לשימוש תעשייתי הם למשל Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 ו-FutureCarbon CNT-MW.
סינתזה של CNTCNT יכול להיות מיוצר על ידי שיטת סינתזה מבוססת פלזמה או שיטת אידוי פריקת קשת, שיטת אבלציה לייזר, תהליך סינתזה תרמית, שקיעת אדים כימיים (CVD) או שקיעת אדים כימיים משופרת פלזמה.:
פונקציונליות של CNTכדי לשפר את המאפיינים של ננו-צינוריות פחמן ולהפוך אותן למתאימות יותר ליישום ספציפי, CNT מתפקדים לעתים קרובות, למשל על ידי הוספת קבוצות חומצה קרבוקסילית (-COOH) או הידרוקסיל (-OH).:
תוספי פיזור CNT
כמה ממסים כגון חומצות על, נוזלים יוניים ו-N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone מסוגלים להכין פיזור בריכוז גבוה יחסית של CNTs, בעוד שהממסים הנפוצים ביותר עבור ננו-צינורות, כגון N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF) ו-1,2-dichrolobenzene, יכולים לפזר ננו-צינוריות רק בריכוזים נמוכים מאוד (למשל, בדרך כלל <00.02 wt% של CNT בעלי דופן אחת). חומרי הפיזור הנפוצים ביותר הם פוליוויניל פירולידון (PVP), נתרן דודציל בנזן סולפונט (SDBS), טריטון 100 או סודיום דודציל סולפונט (SDS).
קרסולים הם קבוצה של כימיקלים תעשייתיים שיכולים לעבד CNT בריכוזים של עד עשרות אחוזי משקל, וכתוצאה מכך מעבר מתמשך מפיזור מדולל, משחות סמיכות וג'לים עצמאיים למצב דמוי בצק משחק חסר תקדים, ככל שעומס ה-CNT גדל. מצבים אלה מפגינים תכונות ריאולוגיות ויסקו-אלסטיות דמויות פולימר, שאינן ניתנות להשגה עם ממסים נפוצים אחרים, דבר המצביע על כך שהננו-צינוריות אכן מפורקות ומפוזרות דק בקרסולים. ניתן להסיר קרסולים לאחר עיבוד על ידי חימום או שטיפה, מבלי לשנות את פני השטח של CNTs. [Chiou et al. 2018]
יישומים של פיזור CNT
כדי להשתמש ביתרונות של CNT, הם חייבים להיות מפוזרים לתוך נוזל כגון פולימרים, CNT מפוזרים באופן שווה משמשים לייצור פלסטיק מוליך, תצוגות גביש נוזלי, דיודות פולטות אור אורגניות, מסכי מגע, צגים גמישים, תאים סולאריים, דיו מוליך, חומרי בקרה סטטיים, כולל סרטים, קצף, סיבים ובדים, ציפויים ודבקים פולימריים, חומרים מרוכבים פולימריים בעלי ביצועים גבוהים עם חוזק מכני וקשיחות יוצאי דופן, סיבים מרוכבים פולימריים/CNT, כמו גם חומרים קלים ואנטיסטטיים.