Egyenletesen diszpergált CNT-k ultrahangos kezeléssel
A szén nanocsövek (CNT-k) kivételes funkcióinak kihasználásához homogén módon kell diszpergálni őket.
Az ultrahangos diszpergálószerek a leggyakoribb eszköz a CNT-k vizes és oldószer alapú szuszpenziókba történő elosztására.
Az ultrahangos diszpergáló technológia elég nagy nyíróenergiát hoz létre a CNT-k teljes szétválasztásához anélkül, hogy károsítaná őket.
Szén nanocsövek ultrahangos diszpergálása
A szén nanocsövek (CNT-k) nagyon magas képaránnyal rendelkeznek, alacsony sűrűséggel és hatalmas felülettel (több száz m2/g) rendelkeznek, ami olyan egyedi tulajdonságokat kölcsönöz nekik, mint a nagyon nagy szakítószilárdság, merevség és szívósság, valamint a nagyon magas elektromos és hővezető képesség. A Van der Waals erők miatt, amelyek egymáshoz vonzzák az egyes szén nanocsöveket (CNT), a CNT-k normálisan kötegekbe vagy motringokba rendeződnek. Ezek az intermolekuláris vonzerő a szomszédos nanocsövek közötti π-kötés halmozódási jelenségén alapul, amelyet π-stackingnek neveznek. A szén nanocsövek előnyeinek teljes kihasználása érdekében ezeket az agglomerátumokat szét kell választani, és a CNT-ket egyenletesen kell elosztani homogén diszperzióban. Az intenzív ultrahangos kezelés akusztikus kavitációt hoz létre folyadékokban. Az így keletkező lokális nyírófeszültség megtöri a CNT aggregátumokat, és homogén szuszpenzióban egyenletesen diszpergálja őket. Az ultrahangos diszpergáló technológia elég nagy nyíróenergiát hoz létre a CNT-k teljes szétválasztásához anélkül, hogy károsítaná őket. Még az érzékeny SWNT-k esetében is sikeresen alkalmazzák az ultrahangos kezelést, hogy külön-külön szétválasztják őket. Az ultrahangos kezelés csak elegendő stresszszintet biztosít az SWNT aggregátumok elválasztásához anélkül, hogy sok törést okozna az egyes nanocsövekben (Huang, Terentjev 2012).
- Egyszeresen diszpergált CNT-k
- Homogén eloszlás
- Nagy diszperziós hatékonyság
- Nagy CNT terhelés
- Nincs CNT lebomlás
- Gyors feldolgozás
- precíz folyamatvezérlés
UIP2000hdT – 2kW erős ultrahangos készülék CNT diszperziókhoz
Nagy teljesítményű ultrahangos rendszerek CNT diszperziókhoz
A Hielscher Ultrasonics erőteljes és megbízható ultrahangos berendezéseket szállít a CNT-k hatékony diszperziójához. Elő kell-e készítenie kis CNT-mintákat elemzésre és R&D vagy nagy ipari sok ömlesztett diszperziót kell gyártania, a Hielscher termékcsaládja ideális ultrahangos rendszert kínál az Ön igényeihez. Tól 50W ultrahangos készülékek laborhoz akár 16kW ipari ultrahangos egységek kereskedelmi gyártáshoz, Hielscher Ultrasonics fedezi Önt.
Kiváló minőségű szén nanocső diszperziók előállításához a folyamat paramétereit jól ellenőrizni kell. Az amplitúdó, a hőmérséklet, a nyomás és a retenciós idő a legkritikusabb paraméterek az egyenletes CNT-eloszláshoz. A Hielscher ultrahangos készülékei nemcsak lehetővé teszik az egyes paraméterek pontos szabályozását, hanem az összes folyamatparamétert automatikusan rögzítik a Hielscher digitális ultrahangos rendszereinek integrált SD-kártyáján. Az egyes ultrahangos folyamatok protokollja segít biztosítani a reprodukálható eredményeket és az állandó minőséget. A távoli böngészővezérlésen keresztül a felhasználó működtetheti és felügyelheti az ultrahangos készüléket anélkül, hogy az ultrahangos rendszer helyén lenne.
Mivel az egyfalú szén nanocsövek (SWNT) és a többfalú szén nanocsövek (MWNT), valamint a kiválasztott vizes vagy oldószeres közeg specifikus feldolgozási intenzitást igényelnek, az ultrahangos amplitúdó kulcsfontosságú tényező a végtermék szempontjából. Hielscher Ultrasonics’ Az ipari ultrahangos processzorok nagyon magas és nagyon enyhe amplitúdókat tudnak biztosítani. Állítsa be az ideális amplitúdót a folyamat követelményeinek megfelelően. Akár 200 μm-es amplitúdók is könnyedén működtethetők folyamatosan 24/7 üzemben. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre. A Hielscher ultrahangos berendezésének robusztussága lehetővé teszi az 24/7 működést nagy teherbírású és igényes környezetben.
Ügyfeleink elégedettek a Hielscher Ultrasonic rendszereinek kiemelkedő robusztusságával és megbízhatóságával. A nagy igénybevételt jelentő alkalmazásokban, nagy igénybevételt jelentő környezetben történő telepítés és a 24/7 működés biztosítja a hatékony és gazdaságos feldolgozást. Az ultrahangos folyamat intenzívebbé tétele csökkenti a feldolgozási időt és jobb eredményeket ér el, azaz jobb minőséget, magasabb hozamot, innovatív termékeket.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 0.5-től 1,5 ml-ig | n.a. | VialMagassugárzó |
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
Nagy teljesítményű ultrahangos processzorok laboratóriumtól kísérleti és ipari méretekig.
Irodalom / Hivatkozások
- 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.
Tények, amelyeket érdemes tudni
Szén nanocsövek
A szén nanocsövek (CNT-k) az egydimenziós szénanyagok speciális osztályának részét képezik, amelyek kivételes mechanikai, elektromos, termikus és optikai tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezek a fejlett nanoanyagok, például nanokompozitok, megerősített polimerek stb. fejlesztése és gyártása során használt fő alkotóelemek, ezért a legkorszerűbb technológiákban használják őket. A CNT-k nagyon nagy szakítószilárdságot, kiváló hőátadási tulajdonságokat, alacsony sávú réseket és optimális kémiai és fizikai stabilitást tesznek ki, ami a nanocsöveket ígéretes adalékanyaggá teszi sokféle anyag számára.
Szerkezetüktől függően a CNTS-t megkülönböztetik egyfalú szén nanocsövekre (SWNT), kettős falú szén nanocsövekre (DWCNT) és többfalú szén nanocsövekre (MWNT).
Az SWNT-k üreges, hosszú, hengeres csövek, amelyek egy atom vastagságú szénfalból készülnek. A szénatom lemeze méhsejtrácsban van elrendezve. Gyakran fogalmilag összehasonlítják őket az egyrétegű grafit vagy grafén hengerelt lapjaival.
A DWCNT-k két egyfalú nanocsőből állnak, amelyek közül az egyik a másikba van beágyazva.
Az MWNT-k egy CNT forma, ahol több egyfalú szén nanocső van egymásba ágyazva. Mivel átmérőjük 3–30 nm között mozog, és több cm hosszúra is megnőhetnek, oldalarányuk 10 és tízmillió között változhat. A szén nanoszálakhoz képest az MWNT-k eltérő falszerkezettel, kisebb külső átmérővel és üreges belsővel rendelkeznek. Az iparilag általánosan használt MWNT-k például a Baytubes® C150P , a Nanocyl® NC7000, az Arkema Graphistrength® C100 és a FutureCarbon CNT-MW.
CNT-k szintézise: A CNT-k plazma alapú szintézis módszerrel vagy ívkisülési párologtatási módszerrel, lézeres ablációs módszerrel, termikus szintézissel, kémiai gőzlerakódással (CVD) vagy plazmával fokozott kémiai gőzlerakódással állíthatók elő.
CNT-k funkcionalizálása: A szén nanocsövek jellemzőinek javítása és ezáltal egy adott alkalmazáshoz való alkalmasabbá tétele érdekében a CNT-ket gyakran funkcalizálják, például karbonsav (-COOH) vagy hidroxil (-OH) csoportok hozzáadásával.
CNT diszpergáló adalékanyagok
Néhány oldószer, például szupersavak, ionos folyadékok és N-ciklohexil-2-pirrolidnon képesek viszonylag nagy koncentrációjú CNT-diszperziók előállítására, míg a nanocsövek leggyakoribb oldószerei, például az N-metil-2-pirrolidon (NMP), a dimetil-formamiddal (DMF) és az 1,2-diklórbenzol csak nagyon alacsony koncentrációban (pl. jellemzően <00,02 tömegszázalék egyfalú CNT). A leggyakoribb diszperziós szerek a polivinil-pirrolidon (PVP), a nátrium-dodecil-benzol-szulfonát (SDBS), a triton 100 vagy a nátrium-dodecil-szulfonát (SDS).
A krezolok olyan ipari vegyi anyagok csoportja, amelyek akár tíz tömegszázalékos koncentrációban is képesek feldolgozni a CNT-ket, ami folyamatos átmenetet eredményez a híg diszperziókról, vastag pasztákról és szabadon álló gélekről egy példátlan játéktészta-szerű állapotba, ahogy a CNT-terhelés növekszik. Ezek az állapotok polimerszerű reológiai és viszkoelasztikus tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek más közönséges oldószerekkel nem érhetők el, ami arra utal, hogy a nanocsövek valóban szétbontottak és krezolokban finoman diszpergálódnak. A krezolok feldolgozás után melegítéssel vagy mosással eltávolíthatók anélkül, hogy megváltoztatnák a CNT-k felületét. [Chiou et al. 2018]
CNT diszperziók alkalmazása
A CNT-k előnyeinek kihasználásához azokat folyadékba, például polimerekbe kell diszpergálni, Az egyenletesen diszpergált CNT-ket vezetőképes műanyagok, folyadékkristályos kijelzők, szerves fénykibocsátó diódák, érintőképernyők, rugalmas kijelzők, napelemek, vezetőképes tinták, statikus vezérlőanyagok, beleértve a filmeket, habokat, szálakat és szöveteket, polimer bevonatokat és ragasztókat, nagy teljesítményű polimer kompozitokat használnak kivételes mechanikai szilárdsággal és szívóssággal, polimer/CNT kompozit szálak, valamint könnyű és antisztatikus anyagok.