Disperzija ugljikovih nanocijevi u tintama za 3D ispis
Ujednačena disperzija CNT-a u tintama za 3D ispis može poboljšati svojstva tinte i omogućiti nove primjene u raznim područjima. Ultrasonication tipa sonde vrlo je pouzdana tehnika raspršivanja za proizvodnju stabilnih nanosuspenzija CNT-a u polimerima.
Učinkovita i stabilna CNT disperzija u polimerima uslijed sonikacije
Ugljikove nanocijevi (CNT) često se raspršuju u silikonskim uljima za različite primjene zbog svojih jedinstvenih svojstava. Disperzija CNT-a u silicijevim uljima može poboljšati mehanička, toplinska i električna svojstva dobivenih materijala. Jedna takva primjena je izrada CNT-dopiranih polimera za vodljive tinte za 3D ispis, npr. za bio-baziranu aditivnu proizvodnju nosivih taktilnih senzora, skela za regeneraciju tkiva specifičnih za pacijenta i fleksibilnih EKG i EEG elektroda.
Osim toga, CNT raspršeni u silikonskim uljima mogu se koristiti kao vodljive tinte u elektroničkim uređajima, kao što su fleksibilni zasloni i senzori. CNT djeluju kao vodljivi putevi, omogućujući protok električne struje.
Industrijski energetski ultrazvučni sustav za industrijsku inline disperziju: Ultrasonicators visokih performansi su pouzdani i visoko učinkoviti inline sustavi miješanja za proizvodnju nanodisperzija kao što su CNT u polimerima.
Prednosti ultrazvučne CNT/polimerne disperzije
Ultrasonication je vrlo učinkovita tehnika raspršivanja, koja dolazi s nekoliko prednosti. Prednosti ultrazvučnog raspršivanja ugljikovih nanocijevi (CNT) u polimerima uključuju:
Ultrazvučni industrijski sustav za inline procese otapanja, npr. jednolika disperzija ugljikovih nanocijevi u polimerne formulacije.
Opći protokol za ultrazvučnu proizvodnju CNT/PDMS kompozita
Ultrasonication se koristi za disperziju brojnih nano-veličine materijala u polimerima. Specifična i često korištena primjena je disperzija ugljikovih nanocijevi (CNT) u dimetilpolisiloksanu (PDMS) pomoću sonikacije. Kako bi se CNT raspršili u PDMS matricu, snažni ultrazvuk i rezultirajući učinci akustične kavitacije koriste se za raspetljavanje nanocijevi i njihovo ravnomjerno miješanje u nanosuspenziju. Sonikacija tipa sonde moćna je metoda za raspršivanje CNT-a zbog njegove sposobnosti generiranja intenzivnih kavitacijskih sila koje mogu učinkovito razbiti i raspršiti aglomerirane CNT-ove.
Ultrazvučno raspršivanje je jednostavan korak obrade koji ne zahtijeva posebnu prethodnu ili naknadnu obradu. Sama ultrazvučna oprema je sigurna i jednostavna za rukovanje.
Proces disperzije korištenjem sonikacije tipično uključuje sljedeće korake:
- Priprema smjese CNT-PDMS: Unaprijed određena količina CNT-a dodaje se u PDMS matricu i prethodno se miješa pomoću mehaničke miješalice. Zanimljivo, pred-dispergiranjem CNT-a u otapalu električna vodljivost bi se mogla povećati. Najbolji rezultati postižu se tetrahidrofuranom (THF), acetonom ili kloroformom (razvrstani po najboljim rezultatima).
- Sonikacija tipa sonde: Smjesa se podvrgava ultrazvučnoj obradi tipa sonde pomoću ultrazvučne sonde visokog intenziteta koja generira ultrazvučne valove s tipičnom frekvencijom od cca. 20 kHz. Ovisno o volumenu i formulaciji, sonikacija se obično provodi nekoliko minuta kako bi se osigurala potpuna disperzija CNT-a.
- Praćenje disperzije: Disperzija CNT-a prati se pomoću tehnika kao što su skenirajuća elektronska mikroskopija (SEM), transmisijska elektronska mikroskopija (TEM) ili UV-Vis spektroskopija. Ove se tehnike mogu koristiti za vizualizaciju distribucije CNT-a unutar PDMS matrice i za osiguranje da su CNT-ovi ravnomjerno raspršeni.
Ukratko, sonikacija je moćna metoda za raspršivanje CNT-a u polimerima kao što je PDMS zbog svoje sposobnosti stvaranja intenzivnih kavitacijskih sila koje mogu učinkovito razbiti i raspršiti aglomerirane CNT-ove.
Studije slučaja ultrazvučne izrade CNT/polimernih kompozita
Disperzija nanocijevi i drugih nanomaterijala na bazi ugljika korištenjem ultrazvučne sonde opsežno je istražena i naknadno implementirana u industrijsku proizvodnju. U nastavku predstavljamo nekoliko istraživačkih studija, koje pokazuju iznimnu učinkovitost ultrazvučne disperzije nanocijevi.
Ultrazvučna disperzija CNT u PDMS za nosive senzore
Del Bosque i dr. (2022.) usporedili su mljevenje s tri valjka i ultrazvuk za njihovu učinkovitost CNT disperzije. Analiza postupka disperzije nanočestica u polimernu matricu pokazuje da tehnika ultrazvučne obrade daje veću električnu osjetljivost u usporedbi s mljevenjem s tri valjka zbog veće homogenosti distribucije CNT inducirane kavitacijskim silama. Ispitivanjem različitih punjenja CNT-a, utvrđeno je da je prag perkolacije CNT-PDMS sustava, odnosno kritični sadržaj CNT-a u kojem postaje električno vodljiv, 0,4 wt% CNT. Ugljikove nanocijevi s više stijenki (MWCNT) raspršene su ultrazvučnom obradom pomoću Hielscher ultrasonicatora UP400ST (vidi sliku lijevo) pri 0,5 ciklusa impulsa i 50 % amplitude tijekom 2 sata. Učinci ultrazvučnog raspršivanja tijekom vremena sonikacije prikazani su na slici ispod.
Na temelju ove analize, odabrani su optimalni uvjeti za proizvodnju nosivih senzora kao 0,4 wt.% CNT pomoću procesa ultrazvučne obrade. S tim u vezi, analiza električnog odziva pri uzastopnim ciklusima opterećenja pokazala je visoku robusnost razvijenih senzora, bez prisutnosti oštećenja pri naprezanju od 2%, 5% i 10%, što ove senzore čini pouzdanim za praćenje srednjih naprezanja.
Ultrazvučna disperzija MWCNT u PDMS pomoću ultrazvučnog uređaja UP400St u različitim vremenima sonikacije.
(Studija i slika: ©del Bosque et al., 2022.)
Visokoučinkovita ultrazvučna oprema za raspršivanje CNT/polimernih nanokompozita
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne sonde velike snage za zahtjevne aplikacije raspršivanja u laboratorijima, stolnim uređajima i industriji. Hielscher Ultrasonics raspršivači pružaju učinkovitu i preciznu homogenizaciju i disperziju nanomaterijala u otapalima, polimerima i kompozitima.
Sa svojom naprednom ultrazvučnom tehnologijom, ovi raspršivači nude brzo i jednostavno rješenje za postizanje jednolike raspodjele veličine čestica, stabilnih disperzija i/ili funkcionalizacije nanočestica.
Smanjenjem vremena obrade i minimiziranjem potrošnje energije, raspršivači ultrazvučne sonde mogu poboljšati produktivnost i smanjiti operativne troškove za poduzeća u raznim industrijama.
Hielscher ultrasonicators također se mogu prilagoditi kako bi odgovarali specifičnim zahtjevima, s opcijama za niz veličina sondi, booster rogova, razina snage i protočnih ćelija, što ih čini svestranim i prilagodljivim različitim nano-formulacijama i volumenima.
Općenito, raspršivači ultrazvučne sonde izvrsna su investicija za laboratorije i industrije koje žele optimizirati svoje radne procese obrade nanomaterijala i postići dosljedne, pouzdane rezultate.
Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – Kvaliteta Proizvedeno u Njemačkoj
Hielscher ultrasonicators su poznati po svojim najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućuju glatku integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijske objekte. Teški uvjeti i zahtjevna okruženja pouzdano se nose s Hielscher ultrasonicators.
Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana tvrtka i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji sadrže najsuvremeniju tehnologiju i jednostavnu su za korištenje. Naravno, Hielscher ultrasonicators sukladni su CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0.5 do 1,5 ml | na | VialTweeter | 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za aplikacije miješanja, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Ultrazvučni šaržni reaktor za industrijsku obradu, npr. ugradnju CNT-a i drugih nanopunila u polimere za tinte za 3D ispis za dodatnu proizvodnju.
Literatura / Reference
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Kim, J., Hwang, JY., Hwang, H. et al. (2018): Simple and cost-effective method of highly conductive and elastic carbon nanotube/polydimethylsiloxane composite for wearable electronics. Scientific Reports 8, 1375 (2018).
- Lima, Márcio; Andrade, Mônica; Skákalová, Viera; Bergmann, Carlos; Roth, Siegmar (2007): Dynamic percolation of carbon nanotubes in liquid medium. Journal of Materials Chemistry 17, 2007. 4846-4853.
- Shar, A., Glass, P., Park, S. H., Joung, D. (2023): 3D Printable One-Part Carbon Nanotube-Elastomer Ink for Health Monitoring Applications. Advanced Functional Materials 33, 2023.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.