कार्बन नैनोट्यूब के अल्ट्रासोनिक dispersing (CNT)

कार्बन नैनोट्यूब मजबूत और लचीले होते हैं लेकिन बहुत सामंजस्यपूर्ण होते हैं। उन्हें पानी, इथेनॉल, तेल, बहुलक या एपॉक्सी राल जैसे तरल पदार्थों में फैलाना मुश्किल है। अल्ट्रासाउंड असतत प्राप्त करने के लिए एक प्रभावी तरीका है – एकल-बिखरा हुआ – कार्बन नैनोट्यूब।

कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) का उपयोग चिपकने वाले, कोटिंग्स और पॉलिमर में और प्लास्टिक में विद्युत प्रवाहकीय भराव के रूप में विद्युत उपकरणों में और इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से पेंट करने योग्य ऑटोमोबाइल बॉडी पैनलों में स्थिर आवेशों को फैलाने के लिए किया जाता है। नैनोट्यूब के उपयोग से, पॉलिमर को तापमान, कठोर रसायनों, संक्षारक वातावरण, अत्यधिक दबाव और घर्षण के खिलाफ अधिक प्रतिरोधी बनाया जा सकता है। कार्बन नैनोट्यूब की दो श्रेणियां हैं: एकल-दीवार नैनोट्यूब (SWNT) और बहु-दीवार नैनोट्यूब (MWNT)।

कार्बन नैनोट्यूब आम तौर पर शुष्क सामग्री के रूप में उपलब्ध होते हैं, उदाहरण के लिए कंपनियों से, जैसे एसईएस अनुसंधान या सीएनटी कं, लिमिटेड नैनोट्यूब को उनकी अधिकतम क्षमता तक उपयोग करने के लिए, डीग्लोमरेशन के लिए एक सरल, विश्वसनीय और स्केलेबल प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। 100,000cP तक के तरल पदार्थों के लिए अल्ट्रासाउंड कम या उच्च सांद्रता पर पानी, तेल या पॉलिमर में नैनोट्यूब के फैलाव के लिए एक बहुत प्रभावी तकनीक है। तरल जेट धाराएँ किसके परिणामस्वरूप होती हैं अल्ट्रासोनिक cavitation, नैनोट्यूब के बीच संबंध बलों को दूर करें, और ट्यूबों को अलग करें। अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पन्न कतरनी बलों और सूक्ष्म अशांति के कारण अल्ट्रासाउंड सतह कोटिंग और अन्य सामग्रियों के साथ नैनोट्यूब की रासायनिक प्रतिक्रिया में भी सहायता कर सकता है।

आम तौर पर, एक मोटे नैनोट्यूब-फैलाव को पहले एक मानक स्टिरर द्वारा प्रीमिक्स किया जाता है और फिर अल्ट्रासोनिक फ्लो सेल रिएक्टर में समरूप किया जाता है। नीचे दिया गया वीडियो एक प्रयोगशाला परीक्षण दिखाता है (बैच सोनिकेशन का उपयोग करके यूपी400एस) कम सांद्रता पर पानी में मल्टीवॉल कार्बन नैनोट्यूब फैलाना। कार्बन की रासायनिक प्रकृति के कारण, पानी में नैनोट्यूब का फैलाव व्यवहार मुश्किल है। जैसा कि वीडियो में दिखाया गया है, यह आसानी से प्रदर्शित किया जा सकता है कि अल्ट्रासोनिकेशन नैनोट्यूब को प्रभावी ढंग से फैलाने में सक्षम है।

उच्च लंबाई के व्यक्तिगत SWNTs का फैलाव

एसडब्ल्यूएनटी के प्रसंस्करण और हेरफेर के लिए एक बड़ी समस्या आम कार्बनिक सॉल्वैंट्स और पानी में ट्यूबों की अंतर्निहित अघुलनशीलता है। नैनोट्यूब साइड की दीवार या खुले सिरों का कार्यात्मककरण SWNTs और विलायक के बीच एक उपयुक्त इंटरफ़ेस बनाने के लिए ज्यादातर SWNT रस्सियों के आंशिक छूटना करने के लिए नेतृत्व, केवल.
नतीजतन, SWNTs आमतौर पर पूरी तरह से अलग व्यक्तिगत वस्तुओं के बजाय बंडलों के रूप में बिखरे हुए हैं। जब फैलाव के दौरान बहुत कठोर परिस्थितियों को नियोजित किया जाता है, तो SWNTs को 80 और 200nm के बीच की लंबाई तक छोटा कर दिया जाता है। यद्यपि यह कुछ परीक्षणों के लिए उपयोगी है, यह लंबाई अधिकांश व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए बहुत छोटी है, जैसे कि अर्धचालक या एसडब्ल्यूएनटी को मजबूत करना। नियंत्रित, हल्के अल्ट्रासोनिक उपचार (जैसे UP200Ht 40mm sonotrode के साथ) लंबे व्यक्तिगत SWNTs के जलीय फैलाव तैयार करने के लिए एक प्रभावी प्रक्रिया है। हल्के अल्ट्रासोनिकेशन के अनुक्रम शॉर्टनिंग को कम करते हैं और संरचनात्मक और इलेक्ट्रॉनिक गुणों के अधिकतम संरक्षण की अनुमति देते हैं।

पॉलिमर-असिस्टेड अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा SWNT की शुद्धि

आणविक स्तर पर SWNTs के रासायनिक संशोधन का अध्ययन करना मुश्किल है, क्योंकि शुद्ध SWNTs प्राप्त करना मुश्किल है। विकसित SWNTs में कई अशुद्धियाँ होती हैं, जैसे धातु के कण और अनाकार कार्बन। पॉली (मिथाइल मेथैक्रिलेट) पीएमएमए के मोनोक्लोरोबेंजीन (एमसीबी) समाधान में एसडब्ल्यूएनटी की अल्ट्रासोनिकेशन के बाद निस्पंदन एसडब्ल्यूएनटी को शुद्ध करने का एक प्रभावी तरीका है। यह बहुलक-सहायता प्राप्त शुद्धिकरण विधि प्रभावी ढंग से विकसित SWNTs से अशुद्धियों को दूर करने की अनुमति देती है। (युदासाका एट अल।) अल्ट्रासोनिकेशन आयाम का सटीक नियंत्रण एसडब्ल्यूएनटी को नुकसान को सीमित करने की अनुमति देता है।

Hielscher's अल्ट्रासोनिक उपकरणों की विस्तृत श्रृंखला और नैनोट्यूब के कुशल फैलाव के लिए सहायक उपकरण।

• कॉम्पैक्ट प्रयोगशाला उपकरण तक का 400 वाट अल्ट्रासाउंड शक्ति 2 लीटर तक की छोटी मात्रा में फैलाने के लिए
• यूआईपी500एचडीटी, UIP1000hdT और यूआईपी1500एचडीटी अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर हैं जो बड़ी मात्रा में प्रक्रिया कर सकते हैं।
• की अल्ट्रासोनिक प्रणाली 2kW (UIP2000hdT) और 4kW (UIP4000hdT) कार्बन नैनोट्यूब के उत्पादन पैमाने dispersing के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. वही UIP10000 (10 किलोवाट) और यह UIP16000 (16 किलोवाट) कार्बन नैनोट्यूब के बड़े पैमाने पर प्रसंस्करण के लिए कई व्यक्तिगत इकाइयों के समूहों में इस्तेमाल किया जा सकता है।”

साहित्य

• 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.