अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा समान रूप से छितरी हुई CNTs
कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) की असाधारण कार्यक्षमता का फायदा उठाने के लिए, उन्हें सजातीय रूप से फैलाया जाना चाहिए।
अल्ट्रासोनिक फैलाने वाले सीएनटी को जलीय और विलायक-आधारित निलंबन में वितरित करने के लिए सबसे आम उपकरण हैं।
अल्ट्रासोनिक dispersing प्रौद्योगिकी उन्हें नुकसान पहुँचाए बिना CNTs की एक पूर्ण जुदाई प्राप्त करने के लिए पर्याप्त उच्च कतरनी ऊर्जा बनाता है.
कार्बन नैनोट्यूब के अल्ट्रासोनिक dispersing
कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) में बहुत अधिक पहलू अनुपात होता है और कम घनत्व के साथ-साथ एक विशाल सतह क्षेत्र (कई सौ m2/g) प्रदर्शित करता है, जो उन्हें बहुत उच्च तन्यता ताकत, कठोरता और क्रूरता जैसे अद्वितीय गुण देता है और एक बहुत ही उच्च विद्युत और तापीय चालकता। वैन डेर वाल्स बलों के कारण, जो एकल कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) को एक दूसरे की ओर आकर्षित करते हैं, सीएनटी सामान्य रूप से बंडलों या कंकालों में व्यवस्थित होते हैं। आकर्षण के ये अंतर-आणविक बल आसन्न नैनोट्यूब के बीच एक π-बॉन्ड स्टैकिंग घटना पर आधारित होते हैं जिन्हें π-स्टैकिंग के रूप में जाना जाता है। कार्बन नैनोट्यूब से पूर्ण लाभ प्राप्त करने के लिए, इन समूहों को अलग किया जाना चाहिए और सीएनटी को एक सजातीय फैलाव में समान रूप से वितरित किया जाना चाहिए। तीव्र अल्ट्रासोनिकेशन तरल पदार्थों में ध्वनिक गुहिकायन बनाता है। इस प्रकार उत्पन्न स्थानीय कतरनी तनाव सीएनटी समुच्चय को तोड़ता है और उन्हें एक सजातीय निलंबन में समान रूप से फैलाता है। अल्ट्रासोनिक dispersing प्रौद्योगिकी उन्हें नुकसान पहुँचाए बिना CNTs की एक पूर्ण जुदाई प्राप्त करने के लिए पर्याप्त उच्च कतरनी ऊर्जा बनाता है. यहां तक कि संवेदनशील SWNTs के लिए भी sonication सफलतापूर्वक उन्हें व्यक्तिगत रूप से अलग करने के लिए लागू किया जाता है। अल्ट्रासोनिकेशन सिर्फ व्यक्तिगत नैनोट्यूब (हुआंग, टेरेंटजेव 2012) के लिए बहुत फ्रैक्चर पैदा किए बिना एसडब्ल्यूएनटी समुच्चय को अलग करने के लिए पर्याप्त तनाव स्तर प्रदान करता है।
- एकल-बिखरे हुए CNTs
- सजातीय वितरण
- उच्च फैलाव दक्षता
- उच्च सीएनटी लोडिंग
- कोई सीएनटी गिरावट नहीं
- तेजी से प्रसंस्करण
- सटीक प्रक्रिया नियंत्रण
यूआईपी2000एचडीटी – CNT फैलाव के लिए 2kW शक्तिशाली अल्ट्रासोनिकेटर
सीएनटी फैलाव के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक सिस्टम
Hielscher Ultrasonics CNTs के कुशल फैलाव के लिए शक्तिशाली और विश्वसनीय अल्ट्रासोनिक उपकरण की आपूर्ति करता है। चाहे आपको विश्लेषण और आर के लिए छोटे सीएनटी नमूने तैयार करने की आवश्यकता हो&डी या आपको थोक फैलाव के बड़े औद्योगिक लॉट का निर्माण करना होगा, Hielscher की उत्पाद श्रृंखला आपकी आवश्यकताओं के लिए आदर्श अल्ट्रासोनिक प्रणाली प्रदान करती है। से 50W अल्ट्रासोनिकेटर लैब तक के लिए 16kW औद्योगिक अल्ट्रासोनिक यूनिट वाणिज्यिक विनिर्माण के लिए, Hielscher Ultrasonics ने आपको कवर किया है।
उच्च गुणवत्ता वाले कार्बन नैनोट्यूब फैलाव का उत्पादन करने के लिए, प्रक्रिया मापदंडों को अच्छी तरह से नियंत्रित किया जाना चाहिए। आयाम, तापमान, दबाव और प्रतिधारण समय एक भी सीएनटी वितरण के लिए सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं। Hielscher के अल्ट्रासोनिकेटर न केवल प्रत्येक पैरामीटर के सटीक नियंत्रण के लिए अनुमति देते हैं, सभी प्रक्रिया पैरामीटर स्वचालित रूप से Hielscher के डिजिटल अल्ट्रासोनिक सिस्टम के एकीकृत एसडी कार्ड पर दर्ज किए जाते हैं। प्रत्येक सोनीशन प्रक्रिया का प्रोटोकॉल प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणाम और सुसंगत गुणवत्ता सुनिश्चित करने में मदद करता है। रिमोट ब्राउज़र नियंत्रण के माध्यम से उपयोगकर्ता अल्ट्रासोनिक सिस्टम के स्थान पर होने के बिना अल्ट्रासोनिक डिवाइस को संचालित और मॉनिटर कर सकता है।
चूंकि एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (एसडब्ल्यूएनटी) और बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (एमडब्ल्यूएनटी) के साथ-साथ चयनित जलीय या विलायक माध्यम को विशिष्ट प्रसंस्करण तीव्रता की आवश्यकता होती है, इसलिए अल्ट्रासोनिक आयाम एक महत्वपूर्ण कारक है जब यह अंतिम उत्पाद की बात आती है। Hielscher Ultrasonics’ औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च और साथ ही बहुत हल्के आयाम प्रदान कर सकते हैं। अपनी प्रक्रिया आवश्यकताओं के लिए आदर्श आयाम स्थापित करें। यहां तक कि 200μm तक के आयाम आसानी से 24/7 ऑपरेशन में लगातार चलाए जा सकते हैं। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं। Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरण की मजबूती भारी शुल्क पर और मांग वातावरण में 24/7 आपरेशन के लिए अनुमति देता है।
हमारे ग्राहक Hielscher अल्ट्रासोनिक के सिस्टम की उत्कृष्ट मजबूती और विश्वसनीयता से संतुष्ट हैं। भारी शुल्क अनुप्रयोगों के क्षेत्र में स्थापना, वातावरण की मांग और 24/7 संचालन कुशल और किफायती प्रसंस्करण सुनिश्चित करते हैं। अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया गहनता प्रसंस्करण समय को कम करती है और बेहतर परिणाम प्राप्त करती है, यानी उच्च गुणवत्ता, उच्च पैदावार, अभिनव उत्पाद।
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकेटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 0.5 से 1.5mL | एन.ए. | वायलट्वीटर |
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/मिनट | यूपी100एच |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/मिनट | यूपी200एचटी, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/मिनट | यूआईपी2000एचडीटी |
| 10 से 100L | 2 से 10 लीटर/मिनट | यूआईपी4000एचडीटी |
| एन.ए. | 10 से 100 लीटर/मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | का क्लस्टर UIP16000 |
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साहित्य/सन्दर्भ
- SOP – Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- 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.
जानने के योग्य तथ्य
कार्बन नैनोट्यूब क्या हैं
कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) एक-आयामी कार्बन सामग्री के एक विशेष वर्ग का हिस्सा हैं, जो असाधारण यांत्रिक, विद्युत, थर्मल और ऑप्टिकल गुणों का प्रदर्शन करते हैं। वे उन्नत नैनोमैटेरियल्स जैसे नैनो-कंपोजिट, प्रबलित पॉलिमर आदि के विकास और उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले एक प्रमुख घटक हैं और इसलिए अत्याधुनिक प्रौद्योगिकियों में उपयोग किए जाते हैं। सीएनटी एक बहुत ही उच्च तन्यता ताकत, बेहतर थर्मल ट्रांसफर गुणों, कम-बैंड अंतराल और इष्टतम रासायनिक और भौतिक स्थिरता का पर्दाफाश करते हैं, जो नैनोट्यूब को कई गुना सामग्री के लिए एक आशाजनक योजक बनाता है।
उनकी संरचना के आधार पर, CNTS को एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (SWNTs), डबल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (DWCNTs), और बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (MWNTs) में प्रतिष्ठित किया जाता है।
SWNTs खोखले, लंबे बेलनाकार ट्यूब होते हैं जो एक परमाणु-मोटी कार्बन दीवार से बने होते हैं। कार्बन की परमाणु शीट को छत्ते की जाली में व्यवस्थित किया जाता है। अक्सर, उनकी तुलना वैचारिक रूप से सिंगल-लेयर ग्रेफाइट या ग्राफीन की लुढ़की हुई शीट से की जाती है।
DWCNTs में दो एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब होते हैं, जिनमें से एक दूसरे के भीतर घोंसला होता है।
MWNTs एक CNT रूप हैं, जहां कई एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब एक दूसरे के अंदर नेस्टेड होते हैं। चूंकि उनका व्यास 3-30 एनएम के बीच होता है और जैसा कि वे कई सेमी लंबे हो सकते हैं, उनका पहलू अनुपात 10 से दस मिलियन के बीच भिन्न हो सकता है। कार्बन नैनोफाइबर की तुलना में, MWNTs में एक अलग दीवार संरचना, एक छोटा बाहरी व्यास और एक खोखला इंटीरियर होता है। आमतौर पर औद्योगिक रूप से उपलब्ध MWNTs के टाइप किए जाते हैं जैसे Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100, और FutureCarbon CNT-MW।
सीएनटी का संश्लेषण: सीएनटी प्लाज्मा आधारित संश्लेषण विधि या चाप निर्वहन वाष्पीकरण विधि, लेजर पृथक्करण विधि, थर्मल संश्लेषण प्रक्रिया, रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) या प्लाज्मा-वर्धित रासायनिक वाष्प जमाव द्वारा उत्पादित किया जा सकता है।
सीएनटी का कार्यात्मककरण: कार्बन नैनोट्यूब की विशेषताओं में सुधार करने और उन्हें एक विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए अधिक उपयुक्त बनाने के लिए, सीएनटी को अक्सर कार्यात्मक बनाया जाता है, उदाहरण के लिए कार्बोक्जिलिक एसिड (-सीओओएच) या हाइड्रॉक्सिल (-ओएच) समूहों को जोड़कर।
CNT डिस्पर्सिंग एडिटिव्स
सुपर एसिड, आयनिक तरल पदार्थ, और एन-साइक्लोहेक्सिल-2-पाइरोलिडनोन जैसे कुछ सॉल्वैंट्स सीएनटी के अपेक्षाकृत उच्च सांद्रता फैलाव तैयार करने में सक्षम हैं, जबकि नैनोट्यूब के लिए सबसे आम सॉल्वैंट्स, जैसे एन-मिथाइल-2-पाइरोलिडोन (एनएमपी), डाइमिथाइलफॉर्ममाइड (डीएमएफ), और 1,2-डाइक्रोलोबेंजीन, नैनोट्यूब को केवल बहुत कम सांद्रता (जैसे, आमतौर पर) पर फैला सकते हैं <0.02 wt% एकल-दीवार वाले CNT)। सबसे आम फैलाव एजेंट पॉलीविनाइलपीरोलिडोन (पीवीपी), सोडियम डोडेसिल बेंजीन सल्फोनेट (एसडीबीएस), ट्राइटन 100, या सोडियम डोडेसिल सल्फोनेट (एसडीएस) हैं।
क्रेसोल औद्योगिक रसायनों का एक समूह है जो सीएनटी को दसियों वजन प्रतिशत तक सांद्रता में संसाधित कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप पतला फैलाव, मोटी पेस्ट, और फ्री-स्टैंडिंग जैल से एक अभूतपूर्व प्लेडॉफ-जैसी स्थिति में निरंतर संक्रमण होता है, क्योंकि सीएनटी लोडिंग बढ़ जाती है। ये राज्य बहुलक जैसे रियोलॉजिकल और विस्कोलेस्टिक गुणों का प्रदर्शन करते हैं, जो अन्य सामान्य सॉल्वैंट्स के साथ प्राप्य नहीं हैं, यह सुझाव देते हुए कि नैनोट्यूब वास्तव में अलग-अलग हैं और क्रेसोल में बारीक रूप से फैले हुए हैं। क्रेसोल को सीएनटी की सतह को बदलने के बिना, हीटिंग या धोने के द्वारा प्रसंस्करण के बाद हटाया जा सकता है। [Chiou et al. 2018]
सीएनटी फैलाव के अनुप्रयोग
सीएनटी के लाभों का उपयोग करने के लिए, उन्हें पॉलिमर जैसे तरल में फैलाया जाना चाहिए, समान रूप से छितरी हुई सीएनटी का उपयोग प्रवाहकीय प्लास्टिक, लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले, कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड, टच स्क्रीन, लचीले डिस्प्ले, सौर कोशिकाओं, प्रवाहकीय स्याही, स्थिर नियंत्रण सामग्री, फिल्मों, फोम, फाइबर और कपड़े, बहुलक कोटिंग्स और चिपकने वाले, असाधारण यांत्रिक शक्ति और क्रूरता के साथ उच्च प्रदर्शन बहुलक कंपोजिट के निर्माण के लिए किया जाता है, सीएनटी मिश्रित फाइबर, साथ ही हल्के और एंटीस्टेटिक सामग्री।
कार्बन के रूप क्या हैं?
कार्बन कई अलॉट्रोप्स में मौजूद है, जिनमें शामिल हैं:
- क्रिस्टलीय रूप: हीरा, ग्रेफाइट, ग्राफीन, कार्बन नैनोट्यूब (CNTs), फुलरीन (जैसे, सी60).
- अनाकार रूप: लकड़ी का कोयला, कालिख, कार्बन ब्लैक, कांच का कार्बन, हीरे जैसा कार्बन (डीएलसी), मोनोलेयर अनाकार कार्बन (मैक).
- हाइब्रिड नैनोस्ट्रक्चर: नैनोडायमंड, कार्बन प्याज, कार्बन एयरगेल और नैनोकार्बन-मेटल हाइब्रिड जैसे कंपोजिट।
प्रत्येक रूप सामग्री विज्ञान, इलेक्ट्रॉनिक्स और ऊर्जा भंडारण में अनुप्रयोगों के लिए प्रासंगिक अलग-अलग भौतिक रासायनिक गुणों को प्रदर्शित करता है।