Hogyan lehet eloszlatni az egyfalú szén nanocsöveket egyenként

Az egyfalú szén nanocsövek (SWNT-k vagy SWCNT-k) egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek, de kifejezésükhöz egyenként diszpergálni kell őket. Az egyfalú szén nanocsövek kivételes tulajdonságainak teljes kihasználása érdekében a csöveket a lehető legteljesebben ki kell bontani. Az SWNT-k, mint más nanorészecskék, nagyon nagy vonzerőt mutatnak, ezért erőteljes és hatékony technikára van szükség a megbízható deagglomerációhoz és diszperzióhoz. Míg a közös keverési technikák nem biztosítják az SWNT-k kibontásához szükséges intenzitást anélkül, hogy károsítanák őket, a nagy teljesítményű ultrahang bizonyítottan kibontja és szétszórja az SWCNT-ket. Az ultrahanggal generált kavitációs nyíróerők elég erősek ahhoz, hogy leküzdjék a kötőerőket, míg az ultrahang intenzitása pontosan beállítható az SWCNT-k károsodásának elkerülése érdekében.

Probléma:

Az egyfalú szén nanocsövek (SWCNT-k) elektromos tulajdonságaikban különböznek a többfalú szén nanocsövektől (MWNTs / MWCNT). Az SWCNT-k sávrése nulla és 2 eV között változhat, elektromos vezetőképességük fémes vagy félvezető viselkedést mutat. Mivel az egyfalú szén nanocsövek rendkívül összetartóak, az SWCNT-k feldolgozásának egyik fő akadálya a csövek szerves oldószerekben vagy vízben való oldhatatlansága. Az SWCNT-k teljes potenciáljának kihasználásához a csövek egyszerű, megbízható és méretezhető deagglomerációs folyamatára van szükség. Különösen a CNT oldalfalainak vagy nyitott végeinek funkcionalizálása, hogy megfelelő interfészt hozzanak létre az SWCNT-k és a szerves oldószer között, csak az SWCNT-k részleges hámlasztását eredményezi. Ezért az SWCNT-k többnyire kötegekként vannak szétszórva, nem pedig különálló deagglomerált kötelekként. Ha a diszperzió során a körülmények túl kemények, az SWCNT-k 80 és 200 nm közötti hosszúságra rövidülnek. A gyakorlati alkalmazások többségénél, azaz a félvezető vagy megerősítő SWCNT-knél ez a hossz túl kicsi.

Megoldás:

Az ultrahangos kezelés nagyon hatékony módszer a szén nanocsövek diszpergálására és deagglomerációjára, mivel a nagy intenzitású ultrahang ultrahangos hullámai kavitációt generálnak folyadékokban. A folyékony közegben terjedő hanghullámok váltakozó nagynyomású (kompressziós) és alacsony nyomású (ritkaság) ciklusokat eredményeznek, amelyek sebessége a frekvenciától függ. Az alacsony nyomású ciklus alatt a nagy intenzitású ultrahangos hullámok kis vákuumbuborékokat vagy üregeket hoznak létre a folyadékban. Amikor a buborékok elérik azt a térfogatot, amelyen már nem képesek energiát elnyelni, hevesen összeomlanak egy nagynyomású ciklus során. Ezt a jelenséget kavitációnak nevezik. Az implózió során nagyon magas hőmérsékletet (kb. 5000K) és nyomást (kb. 2000 atm) érnek el helyben. A kavitációs buborék implóziója akár 280 m / s sebességű folyékony fúvókákat is eredményez. Ezek a folyékony sugáráramok, amelyek a következőkből származnak: ultrahangos kavitáció, legyőzi a szén nanocsövek közötti kötőerőket, és így a nanocsövek deagglomerálódnak. Az enyhe, ellenőrzött ultrahangos kezelés megfelelő módszer a nagy hosszúságú diszpergált SWCNT-k felületaktív anyaggal stabilizált szuszpenzióinak létrehozására. Az SWCNT-k ellenőrzött gyártásához a Hielscher ultrahangos processzorai lehetővé teszik az ultrahangos paraméterkészletek széles skálájának futtatását. Az ultrahangos amplitúdó, a folyadéknyomás és a folyadékösszetétel az adott anyaghoz és folyamathoz változtatható. Ez változó beállítási lehetőségeket kínál, mint például

• Sonotrode amplitúdók legfeljebb 170 mikron
• akár 10 bar folyadéknyomás
• akár 15 l/perc folyadékáramlási sebesség (a folyamattól függően)
• folyékony hőmérséklet 80 °C-ig (más hőmérsékletek kérésre)
• Anyagviszkozitás akár 100.000cp-ig

 

Továbbá, ultrahangos kezelés, mint polimerrel segített tisztítási módszer lehetővé teszi a szennyeződések eltávolítását a termesztett SWCNT-kből, hatékonyan. Nehéz molekuláris szinten tanulmányozni az SWCNT-k kémiai módosulását, mert nehéz tiszta SWNT-ket előállítani. A termesztett SWCNT-k sok szennyeződést tartalmaznak, például fémrészecskéket és amorf szénatomokat. Az SWCNT-k ultrahangos kezelése poli(metil-metakrilát) PMMA monoklórbenzol (MCB) oldatában, amelyet szűrés követ, hatékony módja az SWCNT-k tisztításának. Ez a polimerrel segített tisztítási módszer lehetővé teszi a szennyeződések hatékony eltávolítását a termesztett SWCNT-kből. Az ultrahangos amplitúdó pontos szabályozása lehetővé teszi az SWCNT-k károsodásának elkerülését vagy korlátozását.

Ultrahangos berendezések

A Hielscher nagy teljesítményt nyújt ultrahangos processzorok minden kötet szonikálására. Ultrahangos készülékek 50 watt-tól 16.000 wattig, amelyek klaszterekben állíthatók fel, lehetővé teszik a megfelelő ultrahangos megtalálását minden alkalmazáshoz, a laboratóriumban és az iparban is. A nanocsövek kifinomult diszperziójához folyamatos szonikálás ajánlott. A Hielscher áramlási celláinak felhasználásával lehetővé válik a CNT-k diszpergálása magas viszkozitású folyadékokba, például polimerekbe, nagy viszkozitású olvadékokba és hőre lágyuló műanyagokba.

Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a nanocsövek diszperziójáról és módosításáról nagy teljesítményű ultrahanggal!