अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा समान रूप से परिक्षेपित CNTs
कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) की असाधारण कार्यात्मक विशेषताओं का लाभ उठाने के लिए, उन्हें समांगी रूप से परिक्षेपित करना आवश्यक है।
जलीय और विलायक-आधारित निलंबनों में CNTs को वितरित करने के लिए अल्ट्रासोनिक डिस्पर्सर सबसे अधिक प्रचलित उपकरण हैं।
अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण तकनीक पर्याप्त उच्च अपरूपण ऊर्जा उत्पन्न करती है, जिससे CNTs को क्षति पहुँचाए बिना पूरी तरह अलग किया जा सकता है।
कार्बन नैनोट्यूब का अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण
कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) का लंबाई-व्यास अनुपात बहुत अधिक होता है और उनका घनत्व कम तथा पृष्ठीय क्षेत्रफल अत्यंत विशाल (कई सौ m2/g) होता है, जिससे उन्हें बहुत उच्च तन्य सामर्थ्य, दृढ़ता और चर्मलता तथा बहुत उच्च विद्युत और तापीय चालकता जैसे अद्वितीय गुण मिलते हैं। वान डर वाल्स बलों के कारण, जो अलग-अलग कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) को एक-दूसरे की ओर आकर्षित करते हैं, CNTs सामान्यतः बंडलों या गुच्छों में व्यवस्थित हो जाते हैं। ये अंतराआणविक आकर्षण बल निकटवर्ती नैनोट्यूबों के बीच π-बंधों के स्तरीकरण की घटना पर आधारित होते हैं, जिसे π-स्टैकिंग कहा जाता है। कार्बन नैनोट्यूब से पूरा लाभ प्राप्त करने के लिए, इन संपिंडों को सुलझाना और CNTs को एक समांगी परिक्षेपण में समान रूप से वितरित करना आवश्यक है। तीव्र अल्ट्रासोनिकेशन द्रवों में ध्वनिक कैविटेशन उत्पन्न करता है। इससे उत्पन्न स्थानीय अपरूपण प्रतिबल CNT समुच्चयों को तोड़ता है और उन्हें एक समांगी निलंबन में समान रूप से परिक्षेपित करता है। अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण तकनीक पर्याप्त उच्च अपरूपण ऊर्जा उत्पन्न करती है, जिससे CNTs को क्षति पहुँचाए बिना पूरी तरह अलग किया जा सकता है। संवेदनशील SWNTs को भी अलग-अलग सुलझाने के लिए सोनिकेशन का सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासोनिकेशन केवल इतना पर्याप्त प्रतिबल प्रदान करता है कि SWNT समुच्चय अलग हो जाएँ और अलग-अलग नैनोट्यूबों में अधिक टूट-फूट न हो (Huang, Terentjev 2012)।
- अलग-अलग परिक्षेपित CNTs
- समांगी वितरण
- उच्च परिक्षेपण दक्षता
- उच्च CNT मात्रा
- CNTs का कोई क्षरण नहीं
- त्वरित प्रसंस्करण
- सटीक प्रक्रिया नियंत्रण
UIP2000hdT – CNT परिक्षेपणों के लिए 2kW का शक्तिशाली अल्ट्रासोनिकेटर
CNT परिक्षेपणों के लिए उच्च प्रदर्शन वाली अल्ट्रासोनिक प्रणालियाँ
Hielscher Ultrasonics, CNTs के कुशल परिक्षेपण के लिए शक्तिशाली और विश्वसनीय अल्ट्रासोनिक उपकरण प्रदान करता है। चाहे आपको विश्लेषण तथा अनुसंधान एवं विकास के लिए छोटे CNT नमूने तैयार करने हों या बड़ी मात्रा में परिक्षेपणों के बड़े औद्योगिक बैच बनाने हों, Hielscher की उत्पाद शृंखला आपकी आवश्यकताओं के लिए आदर्श अल्ट्रासोनिक प्रणाली प्रदान करती है। प्रयोगशाला के लिए 50W अल्ट्रासोनिकेटरों से लेकर व्यावसायिक उत्पादन के लिए 16kW औद्योगिक अल्ट्रासोनिक इकाइयों तक, Hielscher Ultrasonics आपकी आवश्यकताओं को पूरा करता है।
उच्च गुणवत्ता वाले कार्बन नैनोट्यूब परिक्षेपण बनाने के लिए, प्रक्रिया मापदंडों को अच्छी तरह नियंत्रित करना आवश्यक है। CNTs के समान वितरण के लिए आयाम, तापमान, दाब और ठहराव समय सबसे महत्वपूर्ण मापदंड हैं। Hielscher के अल्ट्रासोनिकेटर न केवल प्रत्येक मापदंड का सटीक नियंत्रण करने देते हैं, बल्कि सभी प्रक्रिया मापदंड Hielscher की डिजिटल अल्ट्रासोनिक प्रणालियों के एकीकृत SD कार्ड पर स्वतः दर्ज भी होते हैं। प्रत्येक सोनिकेशन प्रक्रिया का अभिलेख पुनरुत्पादनीय परिणाम और एकसमान गुणवत्ता सुनिश्चित करने में सहायता करता है। दूरस्थ ब्राउज़र नियंत्रण के माध्यम से उपयोगकर्ता अल्ट्रासोनिक प्रणाली के स्थान पर उपस्थित हुए बिना अल्ट्रासोनिक उपकरण का संचालन और निगरानी कर सकता है।
चूँकि एकल-भित्तीय कार्बन नैनोट्यूब (SWNTs), बहु-भित्तीय कार्बन नैनोट्यूब (MWNTs) तथा चुने गए जलीय या विलायक माध्यम को विशिष्ट प्रसंस्करण तीव्रताओं की आवश्यकता होती है, इसलिए अंतिम उत्पाद के संदर्भ में अल्ट्रासोनिक आयाम एक प्रमुख कारक है। Hielscher Ultrasonics के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च तथा बहुत कम आयाम प्रदान कर सकते हैं। अपनी प्रक्रिया की आवश्यकताओं के लिए आदर्श आयाम निर्धारित करें। यहाँ तक कि 200µm तक के आयामों पर भी आसानी से लगातार 24/7 संचालन किया जा सकता है। इससे भी अधिक आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड उपलब्ध हैं। Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरणों की मजबूती भारी कार्यभार और कठिन परिवेशों में 24/7 संचालन संभव बनाती है।
हमारे ग्राहक Hielscher Ultrasonic की प्रणालियों की असाधारण मजबूती और विश्वसनीयता से संतुष्ट हैं। भारी कार्यभार वाले अनुप्रयोगों, कठिन परिवेशों और 24/7 संचालन वाले क्षेत्रों में इनकी स्थापना कुशल और किफायती प्रसंस्करण सुनिश्चित करती है। अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया तीव्रीकरण प्रसंस्करण समय घटाता है और बेहतर परिणाम प्राप्त करता है, अर्थात उच्चतर गुणवत्ता, अधिक उपज और अभिनव उत्पाद।
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच का आयतन | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 0.5 से 1.5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/min | UP100H |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 से 100L | 2 से 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 से 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | इससे अधिक | समूह में व्यवस्थित UIP16000 |
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साहित्य / संदर्भ
- 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 योग्य तथ्य
कार्बन नैनोट्यूब क्या हैं
कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) एक-आयामी कार्बन पदार्थों के एक विशेष वर्ग का हिस्सा हैं, जिनमें असाधारण यांत्रिक, विद्युत, तापीय और प्रकाशीय गुण होते हैं। वे नैनोकंपोज़िट, प्रबलित बहुलक आदि जैसे उन्नत नैनोपदार्थों के विकास और उत्पादन में उपयोग किया जाने वाला एक प्रमुख घटक हैं और इसलिए अत्याधुनिक प्रौद्योगिकियों में उपयोग किए जाते हैं। CNTs में बहुत उच्च तन्य सामर्थ्य, उत्कृष्ट ऊष्मा अंतरण गुण, कम बैंड गैप तथा इष्टतम रासायनिक और भौतिक स्थिरता होती है, जो नैनोट्यूब को अनेक पदार्थों के लिए एक आशाजनक योजक बनाती है।
उनकी संरचना के आधार पर, CNTS को एकल-भित्तीय कार्बन नैनोट्यूब (SWNTs), द्वि-भित्तीय कार्बन नैनोट्यूब (DWCNTs) और बहु-भित्तीय कार्बन नैनोट्यूब (MWNTs) में विभाजित किया जाता है।
SWNTs खोखली, लंबी बेलनाकार नलिकाएँ हैं, जो एक परमाणु मोटी कार्बन भित्ति से बनी होती हैं। कार्बन परमाणुओं की परत मधुमक्खी के छत्ते जैसी जालक संरचना में व्यवस्थित होती है। अवधारणात्मक रूप से उनकी तुलना अक्सर एकल-परत ग्रेफाइट या ग्राफीन की लपेटी हुई चादरों से की जाती है।
DWCNTs दो एकल-भित्तीय नैनोट्यूबों से बने होते हैं, जिनमें एक दूसरे के भीतर स्थित होता है।
MWNTs, CNT का एक रूप हैं, जिनमें कई एकल-भित्तीय कार्बन नैनोट्यूब एक-दूसरे के भीतर स्थित होते हैं। चूँकि उनका व्यास 3–30 nm के बीच होता है और वे कई cm लंबे हो सकते हैं, इसलिए उनका लंबाई-व्यास अनुपात 10 से एक करोड़ के बीच हो सकता है। कार्बन नैनोफाइबर की तुलना में, MWNTs की भित्ति संरचना अलग होती है, बाहरी व्यास छोटा होता है और आंतरिक भाग खोखला होता है। औद्योगिक रूप से उपलब्ध MWNTs के सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले प्रकारों में, उदाहरण के लिए, Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 और FutureCarbon CNT-MW शामिल हैं।
CNTs का संश्लेषण: CNTs का उत्पादन प्लाज़्मा-आधारित संश्लेषण विधि या आर्क डिस्चार्ज वाष्पीकरण विधि, लेज़र अपक्षरण विधि, तापीय संश्लेषण प्रक्रिया, रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) या प्लाज़्मा-संवर्धित रासायनिक वाष्प निक्षेपण द्वारा किया जा सकता है।
CNTs का क्रियात्मककरण: कार्बन नैनोट्यूब की विशेषताओं को बेहतर बनाने और इस प्रकार उन्हें किसी विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए अधिक उपयुक्त बनाने के लिए, CNTs का अक्सर क्रियात्मककरण किया जाता है, उदाहरण के लिए कार्बोक्सिलिक अम्ल (-COOH) या हाइड्रॉक्सिल (-OH) समूह जोड़कर।
CNT परिक्षेपण योजक
सुपर अम्ल, आयनिक द्रव और N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone जैसे कुछ विलायक CNTs के अपेक्षाकृत उच्च सांद्रता वाले परिक्षेपण तैयार कर सकते हैं, जबकि नैनोट्यूब के लिए सबसे अधिक प्रचलित विलायक, जैसे N-मिथाइल-2-पाइरोलिडोन (NMP), डाइमिथाइलफॉर्मामाइड (DMF) और 1,2-dichrolobenzene, नैनोट्यूब को केवल बहुत कम सांद्रताओं पर परिक्षेपित कर सकते हैं (उदाहरण के लिए, सामान्यतः एकल-भित्तीय CNTs की सांद्रता <0.02 wt%)। सबसे अधिक प्रचलित परिक्षेपण कारक पॉलीविनाइलपाइरोलिडोन (PVP), सोडियम डोडेसिल बेंजीन सल्फोनेट (SDBS), Triton 100 या सोडियम डोडेसिल सल्फोनेट (SDS) हैं।
क्रेसोल औद्योगिक रसायनों का एक समूह है, जो कई दसियों भार प्रतिशत तक की सांद्रताओं पर CNTs का प्रसंस्करण कर सकता है। इससे CNT की मात्रा बढ़ने के साथ तनु परिक्षेपणों, गाढ़े पेस्टों और बिना सहारे अपना आकार बनाए रखने वाले जैलों से एक अभूतपूर्व, खेलने के लिए प्रयुक्त गूँथे हुए आटे जैसी अवस्था तक निरंतर परिवर्तन होता है। ये अवस्थाएँ बहुलकों जैसे प्रवाहिकी और श्यानप्रत्यास्थ गुण प्रदर्शित करती हैं, जो अन्य सामान्य विलायकों से प्राप्त नहीं किए जा सकते। इससे संकेत मिलता है कि क्रेसोल में नैनोट्यूब वास्तव में समुच्चयों से अलग और सूक्ष्म रूप से परिक्षेपित होते हैं। प्रसंस्करण के बाद CNTs की सतह को बदले बिना, गर्म करके या धोकर क्रेसोल हटाए जा सकते हैं। [Chiou et al. 2018]
CNT परिक्षेपणों के अनुप्रयोग
CNTs के लाभों का उपयोग करने के लिए, उन्हें बहुलकों जैसे किसी द्रव में परिक्षेपित करना आवश्यक है। समान रूप से परिक्षेपित CNTs का उपयोग चालक प्लास्टिक, लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले, कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड, टच स्क्रीन, लचीले डिस्प्ले, सौर सेल, चालक स्याही, फिल्म, फोम, रेशे और कपड़े सहित स्थैतिक विद्युत नियंत्रण सामग्री, बहुलक कोटिंग और आसंजक, असाधारण यांत्रिक सामर्थ्य और चर्मलता वाले उच्च प्रदर्शन बहुलक कंपोज़िट, बहुलक/CNT कंपोज़िट रेशे तथा हल्की और प्रतिस्थैतिक सामग्रियों के निर्माण में किया जाता है।
कार्बन के कौन-कौन से रूप हैं?
कार्बन कई अपररूपों में पाया जाता है, जिनमें शामिल हैं:
- क्रिस्टलीय रूप: हीरा, ग्रेफाइट, ग्राफीन, कार्बन नैनोट्यूब (CNTs), फुलरीन (उदाहरण के लिए, C₆₀).
- अक्रिस्टलीय रूप: चारकोल, कालिख, कार्बन ब्लैक, काचाभ कार्बन, हीरे जैसा कार्बन (DLC), एकल-परत अक्रिस्टलीय कार्बन (MAC).
- संकर नैनोसंरचनाएँ: नैनोहीरे, कार्बन अनियन, कार्बन एरोजेल और नैनोकार्बन-धातु संकर जैसे कंपोज़िट।
प्रत्येक रूप विशिष्ट भौतिक-रासायनिक गुण प्रदर्शित करता है, जो पदार्थ विज्ञान, इलेक्ट्रॉनिक्स और ऊर्जा भंडारण के अनुप्रयोगों के लिए प्रासंगिक हैं।