A CNT-k egységes diszperziója a 3D-ben nyomtatható festékekben javíthatja a tinta tulajdonságait, és új alkalmazásokat tehet lehetővé különböző területeken. A szonda típusú ultrahangos kezelés rendkívül megbízható diszpergáló technika a CNT-k stabil nanoszuszpenzióinak előállítására polimerekben.

Hatékony és stabil CNT diszperzió polimerekben szonikálás miatt

A szén nanocsöveket (CNT) egyedi tulajdonságaik miatt gyakran diszpergálják szilíciumolajokban különböző alkalmazásokhoz. A CNT-k diszperziója a szilíciumolajokban javíthatja a kapott anyagok mechanikai, termikus és elektromos tulajdonságait. Az egyik ilyen alkalmazás a CNT-adalékolt polimerek gyártása vezetőképes, 3D-ben nyomtatható tintákhoz, pl. viselhető tapintható érzékelők, betegspecifikus szövetregenerációs állványok, valamint rugalmas EKG- és EEG-elektródák bioalapú additív gyártásához.
Ezenkívül a szilíciumolajokban diszpergált CNT-k vezetőképes festékként használhatók elektronikus eszközökben, például rugalmas kijelzőkben és érzékelőkben. A CNT-k vezetőképes útvonalakként működnek, lehetővé téve az elektromos áram áramlását.

Az ultrahangos CNT / polimer diszperzió előnyei

Az ultrahangos kezelés egy nagyon hatékony diszpergáló technika, amely számos előnnyel jár. A szén nanocsövek (CNT-k) ultrahangos diszpergálásának előnyei a polimerekben a következők:

Általános protokoll a CNT / PDMS kompozitok ultrahangos előállításához

Az ultrahangos kezelést számos nanoméretű anyag diszperziójára használják polimerekben. Egy specifikus és általánosan használt alkalmazás a szén nanocsövek (CNT-k) diszperziója dimetil-polisziloxánban (PDMS) szonda típusú szonda típusú szonikálással. Annak érdekében, hogy a CNT-ket a PDMS mátrixba diszpergálják, a teljesítmény ultrahangot és az akusztikus kavitáció ebből eredő hatásait használják a nanocsövek kibontására és egyenletesen nanoszuszpenzióba keverésére. A szonda típusú szonikálás hatékony módszer a CNT-k diszpergálására, mivel képes intenzív kavitációs erőket generálni, amelyek hatékonyan felbonthatják és szétszórhatják az agglomerált CNT-ket.
Az ultrahangos diszpergálás egy egyszerű feldolgozási lépés, amely nem igényel speciális elő- vagy utókezelést. Maga az ultrahangos berendezés biztonságos és könnyen kezelhető.
A diszperzió folyamata szonda típusú szonda szondával általában a következő lépéseket foglalja magában:

1. A CNT-PDMS keverék elkészítése: Előre meghatározott mennyiségű CNT-t adnak a PDMS-mátrixhoz, és mechanikus keverővel előkeverik. Érdekes módon a CNT-k oldószerben történő előzetes diszpergálásával növelhető az elektromos vezetőképesség. A legjobb eredményeket tetrahidrofuránnal (THF), acetonnal vagy kloroformmal érik el (legjobb eredmények szerint rendezve).
2. Szonda típusú szonikálás: A keveréket szonda típusú szonda szonda szonda szondával végezzük, amely ultrahanghullámokat generál tipikusan kb. 20 kHz. A térfogattól és a formulációtól függően az ultrahangos kezelést általában néhány percig végezzük, hogy biztosítsuk a CNT-k teljes diszperzióját.
3. A diszperzió ellenőrzése: A CNT-k diszperzióját olyan technikákkal figyelik meg, mint a pásztázó elektronmikroszkópia (SEM), a transzmissziós elektronmikroszkópia (TEM) vagy az UV-VIS spektroszkópia. Ezek a technikák felhasználhatók a CNT-k PDMS-mátrixon belüli eloszlásának megjelenítésére és annak biztosítására, hogy a CNT-k egyenletesen oszlanak el.

Összefoglalva, a szonda típusú szonikálás hatékony módszer a CNT-k diszpergálására polimerekben, például PDMS-ben, mivel képes intenzív kavitációs erőket generálni, amelyek hatékonyan lebonthatják és diszpergálhatják az agglomerált CNT-ket.

Esettanulmányok a CNT / polimer kompozitok ultrahangos gyártásáról

A nanocsövek és más szénalapú nanoanyagok diszperzióját szonda típusú ultrahangos kezeléssel széles körben kutatták, majd ezt követően ipari termelésbe vitték. Az alábbiakban bemutatunk néhány kutatási tanulmányt, amelyek bizonyítják az ultrahangos nanocső diszperzió kivételes hatékonyságát.

CNT-k ultrahangos diszperziója PDMS-ben hordható érzékelőkhöz

Del Bosque et al. (2022) összehasonlította a háromhengeres marást és az ultrahangos kezelést a CNT diszperzió hatékonysága érdekében. A nanorészecskék diszperziós eljárásának elemzése a polimer mátrixba azt mutatja, hogy az ultrahangos technika nagyobb elektromos érzékenységet biztosít a háromhengeres maráshoz képest, mivel a kavitációs erők által indukált CNT-eloszlás nagyobb homogenitása miatt. Különböző CNT-terhelések tesztelése során a CNT-PDMS rendszer perkolációs küszöbértéke, azaz a kritikus CNT-tartalom, amelyben elektromosan vezetővé válik, 0,4 tömeg% CNT-nek bizonyult. A többfalú szén nanocsöveket (MWCNT) ultrahanggal diszpergálták a Hielscher ultrasonicator UP400ST (lásd a bal oldali képet) 0,5 impulzusciklusban és 50% amplitúdóban 2 órán keresztül. Az ultrahangos diszpergálás hatásait az ultrahangos idő alatt az alábbi kép mutatja.
Ezen elemzés alapján a hordható érzékelők gyártásának optimális feltételeit ultrahangos eljárással 0,4 tömeg% CNT-ként választottuk ki. Ebben a tekintetben az egymást követő terhelési ciklusok során adott elektromos válasz elemzése a kifejlesztett érzékelők nagy robusztusságát mutatta, 2%, 5% és 10% terhelés nélkül, ami megbízhatóvá teszi ezeket az érzékelőket a közepes terhelés monitorozására.

Az MWCNT-k ultrahangos diszperziója PDMS-ben az ultrahangos készülékkel UP400St különböző ultrahangos időpontokban.
(Tanulmány és kép: ©del Bosque et al., 2022)

Nagy teljesítményű ultrahangos diszpergáló berendezés CNT / polimer nanokompozitokhoz

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos szondákat gyárt igényes diszpergáló alkalmazásokhoz laboratóriumban, asztali és ipari környezetben. A Hielscher ultrahangos diszpergálószerek hatékony és pontos homogenizálást és diszperziót biztosítanak a nanoanyagok oldószerekben, polimerekben és kompozitokban.
Fejlett ultrahangos technológiájukkal ezek a diszpergálók gyors és egyszerű megoldást kínálnak az egyenletes részecskeméret-eloszlás, a stabil diszperziók és / vagy a nanorészecskék funkcionalizálásának elérésére.
A feldolgozási idő csökkentésével és az energiafogyasztás minimalizálásával az ultrahangos szonda diszpergálók javíthatják a termelékenységet és csökkenthetik a vállalkozások működési költségeit a különböző iparágakban.
A Hielscher ultrasonicators testreszabható az adott követelményeknek megfelelően, számos szondamérettel, emlékeztető kürttel, teljesítményszinttel és áramlási cellával, így sokoldalúvá és adaptálhatóvá teszi őket a különböző nano-készítményekhez és mennyiségekhez.
Összességében az ultrahangos szonda diszpergálók kiváló befektetést jelentenek a laboratóriumok és iparágak számára, amelyek optimalizálni kívánják nanoanyag-feldolgozási munkafolyamataikat és következetes, megbízható eredményeket érnek el.

Tervezés, gyártás és tanácsadás – Minőség Németországban

A Hielscher ultrahangos készülékek jól ismertek a legmagasabb minőségi és tervezési szabványokról. A robusztusság és a könnyű kezelhetőség lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását ipari létesítményekbe. A durva körülmények és az igényes környezetek megbízhatóan kezelik a Hielscher ultrasonicators.

A Hielscher Ultrasonics egy ISO tanúsítvánnyal rendelkező vállalat, és különös hangsúlyt fektet a nagy teljesítményű ultrahangos készülékekre, amelyek a legmodernebb technológiával és felhasználóbarátsággal rendelkeznek. Természetesen a Hielscher ultrasonicators CE-kompatibilisek és megfelelnek az UL, CSA és RoHs követelményeinek.

Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi: