एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब को व्यक्तिगत रूप से कैसे फैलाएं
एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (SWNTs या SWCNTs) में अद्वितीय विशेषताएं हैं, लेकिन उन्हें व्यक्त करने के लिए उन्हें व्यक्तिगत रूप से फैलाया जाना चाहिए। एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब की असाधारण विशेषताओं का पूरा उपयोग करने के लिए, ट्यूबों को पूरी तरह से अलग किया जाना चाहिए। अन्य नैनोकणों के रूप में SWNTs बहुत उच्च आकर्षण बल दिखाते हैं, ताकि एक विश्वसनीय deagglomeration और फैलाव के लिए एक शक्तिशाली और कुशल तकनीक की आवश्यकता हो। जबकि आम मिश्रण तकनीक उन्हें नुकसान पहुंचाए बिना एसडब्ल्यूएनटी को अलग करने के लिए आवश्यक तीव्रता प्रदान नहीं करती है, उच्च शक्ति अल्ट्रासोनिक्स एसडब्ल्यूसीएनटी को अलग करने और फैलाने के लिए साबित होती है। अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पन्न कैविटेशनल कतरनी बल संबंध बलों को दूर करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली होते हैं, जबकि एसडब्ल्यूसीएनटी के नुकसान से बचने के लिए अल्ट्रासाउंड तीव्रता को सटीक रूप से समायोजित किया जा सकता है।
समस्या:
एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (SWCNTs) अपने विद्युत गुणों द्वारा बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (MWNTs/MWCNTs) से भिन्न होते हैं। एसडब्ल्यूसीएनटी का बैंड अंतराल शून्य से 2 ईवी तक भिन्न हो सकता है और उनकी विद्युत चालकता में धातु या अर्धचालक व्यवहार होता है। चूंकि एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब अत्यधिक सामंजस्यपूर्ण होते हैं, एसडब्ल्यूसीएनटी के प्रसंस्करण में प्रमुख बाधाओं में से एक कार्बनिक सॉल्वैंट्स या पानी में ट्यूबों की अंतर्निहित अघुलनशीलता है। एसडब्ल्यूसीएनटी की पूरी क्षमता का उपयोग करने के लिए, ट्यूबों की एक सरल, विश्वसनीय और स्केलेबल डीग्लोमरेशन प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। विशेष रूप से, एसडब्ल्यूसीएनटी और कार्बनिक विलायक के बीच एक उपयुक्त इंटरफ़ेस बनाने के लिए सीएनटी साइड की दीवारों या खुले सिरों के कार्यात्मककरण के परिणामस्वरूप एसडब्ल्यूसीएनटी का आंशिक एक्सफोलिएशन होता है, केवल एसडब्ल्यूसीएनटी का आंशिक छूटना। इसलिए, एसडब्ल्यूसीएनटी को अलग-अलग डीग्लोमेरेटेड रस्सियों के बजाय ज्यादातर बंडलों के रूप में फैलाया जाता है। यदि फैलाव के दौरान स्थिति बहुत कठोर है, तो एसडब्ल्यूसीएनटी को 80 से 200 एनएम के बीच की लंबाई तक छोटा कर दिया जाएगा। अधिकांश व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए, यानी एसडब्ल्यूसीएनटी को अर्धचालक या मजबूत करने के लिए, यह लंबाई बहुत छोटी है।

यूआईपी2000एचडीटी, SWCNT को फैलाने के लिए एक 2kW शक्तिशाली अल्ट्रासोनिकेटर।
विलयन:
अल्ट्रासोनिकेशन कार्बन नैनोट्यूब के फैलाव और deagglomeration का एक बहुत प्रभावी तरीका है, क्योंकि उच्च तीव्रता अल्ट्रासाउंड की अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल पदार्थ में गुहिकायन उत्पन्न करती हैं। तरल मीडिया में प्रसारित ध्वनि तरंगों के परिणामस्वरूप आवृत्ति के आधार पर दरों के साथ उच्च दबाव (संपीड़न) और कम दबाव (दुर्लभ) चक्र बारी-बारी से होते हैं। कम दबाव चक्र के दौरान, उच्च तीव्रता वाली अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल में छोटे वैक्यूम बुलबुले या voids बनाती हैं। जब बुलबुले एक मात्रा प्राप्त करते हैं जिस पर वे अब ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते हैं, तो वे उच्च दबाव चक्र के दौरान हिंसक रूप से ढह जाते हैं। इस घटना को गुहिकायन कहा जाता है। विस्फोट के दौरान बहुत अधिक तापमान (लगभग 5,000K) और दबाव (लगभग 2,000atm) स्थानीय रूप से पहुंच जाते हैं। गुहिकायन बुलबुले के विस्फोट के परिणामस्वरूप 280m/s वेग तक के तरल जेट भी होते हैं। ये तरल जेट धाराएँ किसके परिणामस्वरूप होती हैं अल्ट्रासोनिक cavitation, कार्बन नैनोट्यूब के बीच संबंध बलों को दूर करते हैं और इसलिए, नैनोट्यूब डीग्लोमेरेटेड हो जाते हैं। एक हल्का, नियंत्रित अल्ट्रासोनिक उपचार उच्च लंबाई के साथ छितरी हुई एसडब्ल्यूसीएनटी के सर्फैक्टेंट-स्थिर निलंबन बनाने के लिए एक उपयुक्त तरीका है। एसडब्ल्यूसीएनटी के नियंत्रित उत्पादन के लिए, Hielscher के अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर अल्ट्रासोनिक पैरामीटर सेट की एक विस्तृत श्रृंखला पर चलने की अनुमति देता है। अल्ट्रासोनिक आयाम, तरल दबाव और तरल संरचना क्रमशः विशिष्ट सामग्री और प्रक्रिया के लिए भिन्न हो सकती है। यह समायोजन की परिवर्तनशील संभावनाएं प्रदान करता है, जैसे कि
- 170 माइक्रोन तक के सोनोट्रोड आयाम
- 10 बार तक का तरल दबाव
- 15L/मिनट तक की तरल प्रवाह दर (प्रक्रिया के आधार पर)
- 80 डिग्री सेल्सियस तक का तरल तापमान (अनुरोध पर अन्य तापमान)
- 100.000cp तक की सामग्री चिपचिपाहट
अल्ट्रासोनिक उपकरण
Hielscher उच्च प्रदर्शन प्रदान करता है अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर हर मात्रा के सोनिकेशन के लिए। 50 वाट से 16.000 वाट तक के अल्ट्रासोनिक उपकरण, जो समूहों में स्थापित हो सकते हैं, प्रयोगशाला के साथ-साथ उद्योग में प्रत्येक एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त अल्ट्रासोनिक खोजने की अनुमति देते हैं। नैनोट्यूब के परिष्कृत फैलाव के लिए, एक निरंतर sonication की सिफारिश की है. Hielscher के प्रवाह कोशिकाओं का उपयोग करके, सीएनटी को पॉलिमर, उच्च चिपचिपाहट पिघलने और थर्माप्लास्टिक जैसे ऊंचे चिपचिपाहट के तरल पदार्थ में फैलाना संभव हो जाता है।
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साहित्य/सन्दर्भ
- Cheng, Qiaohuan; Debnath, Sourabhi; Gregan, Elizabeth; Byrne, Hugh J. (2010): Ultrasound-Assisted SWNTs Dispersion: Effects of Sonication Parameters and Solvent Properties. The Journal of Physical Chemistry C, 114(19), 2010. 8821–8827.
- Tenent, Robert; Barnes, Teresa; Bergeson, Jeremy; Ferguson, Andrew; To, Bobby; Gedvilas, Lynn; Heben, Michael; Blackburn, Jeffrey (2009): Ultrasmooth, Large‐Area, High‐Uniformity, Conductive Transparent Single‐Walled‐Carbon‐Nanotube Films for Photovoltaics Produced by Ultrasonic Spraying. Advanced Materials. 21. 3210 – 3216.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
जानने के योग्य तथ्य
अल्ट्रासोनिक उपकरणों को अक्सर जांच सोनिकेटर के रूप में जाना जाता है, अल्ट्रासाउंड homogenizer, ध्वनि lyser, अल्ट्रासाउंड विघटनकारी, अल्ट्रासोनिक चक्की, sono-टूटना, sonifier, ध्वनि dismembrator, सेल विघटनकारी, अल्ट्रासोनिक फैलाव या dissolver. विभिन्न शर्तें विभिन्न अनुप्रयोगों के परिणामस्वरूप होती हैं जिन्हें सोनिकेशन द्वारा पूरा किया जा सकता है।