Szénnanocsövek diszpergálása 3D-nyomtatható tintákban
A CNT-k egyenletes diszpergálása a 3D-nyomtatható tintákban javíthatja a tinta tulajdonságait, és különböző területeken új alkalmazásokat tehet lehetővé. A szondás ultrahangos kezelés rendkívül megbízható diszpergálási technika a CNT-k stabil nanoszuszpenzióinak előállítására polimerekben.
Hatékony és stabil CNT-diszpergálás polimerekben ultrahangos kezeléssel
A szénnanocsöveket (CNT-ket) egyedi tulajdonságaik miatt gyakran diszpergálják szilíciumolajokban különböző alkalmazásokhoz. A CNT-k szilíciumolajokban történő diszpergálása javíthatja az így létrejövő anyagok mechanikai, termikus és elektromos tulajdonságait. Az egyik ilyen alkalmazás a CNT-kkel adalékolt polimerek előállítása vezetőképes, 3D-nyomtatható tintákhoz, például viselhető tapintásérzékelők, páciensspecifikus szövetregenerációs vázak, valamint hajlékony ECG- és EEG-elektródák bioalapú additív gyártásához.
Emellett a szilíciumolajokban diszpergált CNT-k vezetőképes tintaként használhatók elektronikus eszközökben, például hajlékony kijelzőkben és érzékelőkben. A CNT-k vezetőképes útvonalakként működnek, lehetővé téve az elektromos áram áramlását.
Ipari teljesítményultrahang-rendszer ipari, átfolyásos diszpergáláshoz: a nagy teljesítményű ultrahangos készülékek megbízható és rendkívül hatékony, átfolyásos keverőrendszerek nanodiszperziók, például polimerekben diszpergált CNT-k előállításához.
Az ultrahangos CNT/polimer-diszpergálás előnyei
Az ultrahangos kezelés nagyon hatékony diszpergálási technika, amely számos előnnyel jár. A szénnanocsövek (CNT-k) polimerekben történő ultrahangos diszpergálásának előnyei közé tartoznak az alábbiak:
Ipari ultrahangos rendszer átfolyásos oldási folyamatokhoz, például szénnanocsövek egyenletes diszpergálásához polimerkészítményekben.
Általános protokoll CNT/PDMS-kompozitok ultrahangos előállításához
Az ultrahangos kezelést számos nanoméretű anyag polimerekben történő diszpergálására használják. Egy konkrét és gyakran alkalmazott eljárás a szénnanocsövek (CNT-k) diszpergálása dimetil-polisziloxánban (PDMS) szondás ultrahangos kezeléssel. A CNT-k PDMS-mátrixban történő diszpergálásához teljesítményultrahangot és az ennek hatására létrejövő akusztikus kavitáció hatásait használják a nanocsövek szétválasztására és nanoszuszpenzióvá történő egyenletes elkeverésére. A szondás ultrahangos kezelés hatékony módszer a CNT-k diszpergálására, mivel intenzív kavitációs erőket képes létrehozni, amelyek hatékonyan felbonthatják és diszpergálhatják az agglomerálódott CNT-ket.
Az ultrahangos diszpergálás egyszerű feldolgozási lépés, amely nem igényel különleges elő- vagy utókezelést. Maga az ultrahangos berendezés biztonságos és könnyen kezelhető.
A szondás ultrahangos kezeléssel végzett diszpergálás folyamata jellemzően a következő lépésekből áll:
- A CNT-PDMS-keverék előkészítése: Előre meghatározott mennyiségű CNT-t adnak a PDMS-mátrixhoz, és mechanikus keverővel előkeverik. Érdekes módon a CNT-k oldószerben történő elődiszpergálásával növelhető lenne az elektromos vezetőképesség. A legjobb eredmények tetrahidrofuránnal (THF), acetonnal vagy kloroformmal érhetők el (a legjobb eredmények szerinti sorrendben).
- Szondás ultrahangos kezelés: A keveréket szondás ultrahangos kezelésnek vetik alá egy nagy intenzitású ultrahangos szondával, amely jellemzően körülbelül 20 kHz frekvenciájú ultrahanghullámokat hoz létre. A térfogattól és az összetételtől függően az ultrahangos kezelést jellemzően több percig végzik a CNT-k teljes diszpergálásának biztosítására.
- A diszpergálás nyomon követése: A CNT-k diszpergálását olyan technikákkal követik nyomon, 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 legyenek diszpergálva.
Összefoglalva, a szondás ultrahangos kezelés hatékony módszer a CNT-k polimerekben, például PDMS-ben történő diszpergálására, mivel intenzív kavitációs erőket képes létrehozni, amelyek hatékonyan felbonthatják és diszpergálhatják az agglomerálódott CNT-ket.
Esettanulmányok CNT/polimer-kompozitok ultrahangos előállításáról
A nanocsövek és más szénalapú nanoanyagok szondás ultrahangos kezeléssel történő diszpergálását széles körben kutatták, majd az ipari termelésben is bevezették. Az alábbiakban néhány olyan kutatást mutatunk be, amelyek igazolják a nanocsövek ultrahangos diszpergálásának kivételes hatékonyságát.
CNT-k ultrahangos diszpergálása PDMS-ben viselhető érzékelőkhöz
Del Bosque és munkatársai (2022) összehasonlították a háromhengeres őrlés és az ultrahangos kezelés hatékonyságát a CNT-k diszpergálásában. A nanorészecskék polimermátrixba történő diszpergálási eljárásának elemzése azt mutatja, hogy az ultrahangos kezelési technika a háromhengeres őrléshez képest nagyobb elektromos érzékenységet biztosít, mivel a kavitációs erők homogénebb CNT-eloszlást hoznak létre. Különböző CNT-tartalmak vizsgálatával a CNT-PDMS-rendszer perkolációs küszöbét, vagyis azt a kritikus CNT-tartalmat, amelynél a rendszer elektromosan vezetővé válik, 0,4 wt% CNT értékben határozták meg. A többfalú szénnanocsöveket (MWCNT-ket) ultrahangos kezeléssel, a Hielscher UP400ST ultrahangos készülékével (lásd a bal oldali képet), 0,5 impulzusciklus-beállítás és 50 % amplitúdó mellett diszpergálták 2h időtartamon át. Az ultrahangos diszpergálás hatásai a kezelési idő függvényében az alábbi képen láthatók.
Ezen elemzés alapján a viselhető érzékelők gyártásának optimális feltételeként 0,4 wt.% CNT-tartalmat és ultrahangos kezelési eljárást választottak. E tekintetben az egymást követő terhelési ciklusok alatti elektromos válasz elemzése a kifejlesztett érzékelők nagy ellenálló képességét mutatta: 2%, 5% és 10% alakváltozásnál sem jelentkezett károsodás, ami megbízhatóvá teszi ezeket az érzékelőket a közepes mértékű alakváltozás nyomon követésére.
MWCNT-k ultrahangos diszpergálása PDMS-ben az UP400St ultrahangos készülékkel, különböző ultrahangos kezelési időkkel.
(Tanulmány és kép: ©del Bosque et al., 2022)
Nagy teljesítményű ultrahangos diszpergálóberendezések CNT/polimer-nanokompozitokhoz
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos szondákat gyárt igényes laboratóriumi, asztali és ipari diszpergálási alkalmazásokhoz. A Hielscher Ultrasonics diszpergálóberendezései a nanoanyagok hatékony és pontos homogenizálását és diszpergálását biztosítják oldószerekben, polimerekben és kompozitokban.
Fejlett ultrahangos technológiájukkal ezek a diszpergálóberendezések 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 szondás diszpergálóberendezések különböző iparágak vállalkozásainál javíthatják a termelékenységet és csökkenthetik az üzemeltetési költségeket.
A Hielscher ultrahangos készülékek egyedi követelményekhez is testre szabhatók: különböző szondaméretek, amplitúdóerősítő kürtök, teljesítményszintek és átfolyó cellák választhatók, így a készülékek sokoldalúak, és különböző nanokészítményekhez és térfogatokhoz igazíthatók.
Összességében az ultrahangos szondás diszpergálóberendezések kiváló befektetést jelentenek azoknak a laboratóriumoknak és ipari vállalatoknak, amelyek optimalizálni kívánják nanoanyag-feldolgozási munkafolyamataikat, és következetes, megbízható eredményeket szeretnének elérni.
Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban készült minőség
A Hielscher ultrahangos készülékek a legmagasabb minőségi és tervezési színvonalukról ismertek. Strapabíróságuk és egyszerű kezelésük lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását ipari létesítményekbe. A Hielscher ultrahangos készülékek zord körülmények és igényes környezetek között is megbízhatóan működnek.
A Hielscher Ultrasonics ISO-tanúsítvánnyal rendelkező vállalat, amely különös hangsúlyt helyez a legkorszerűbb technológiát és felhasználóbarát kezelést kínáló, nagy teljesítményű ultrahangos készülékekre. Természetesen a Hielscher ultrahangos készülékek megfelelnek a CE-előírásoknak, és teljesítik az UL, CSA és RoHs követelményeit.
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:
| Adagtérfogat | Térfogatáram | Ajánlott készülékek |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | n.a. | VialTweeter | 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | nagyobb | csoportba kapcsolt UIP16000 |
Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezzen tőlünk!
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt keverési alkalmazásokhoz, diszpergáláshoz, emulgeáláshoz és extrakcióhoz laboratóriumi, kísérleti üzemi és ipari léptékben.
Ultrahangos szakaszos reaktor ipari feldolgozáshoz, például CNT-k és más nanotöltőanyagok polimerekbe történő bekeveréséhez, additív gyártásra szánt, 3D-nyomtatható tinták előállítására.
Szakirodalom / Hivatkozások
- 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.
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt a laboratóriumi mérettől az ipari méretig.