Ածխածնային նանոխողովակների դիսպերգումը 3D տպագրության համար պիտանի թանաքներում
Ածխածնային նանոխողովակների (CNT) համասեռ դիսպերգումը 3D տպագրության համար պիտանի թանաքներում կարող է բարելավել թանաքի հատկությունները և տարբեր ոլորտներում հնարավոր դարձնել նոր կիրառություններ։ Զոնդային ուլտրաձայնային մշակումը խիստ հուսալի դիսպերգման մեթոդ է՝ պոլիմերներում ածխածնային նանոխողովակների կայուն նանոսուսպենզիաներ ստանալու համար։
Ուլտրաձայնային մշակման շնորհիվ ածխածնային նանոխողովակների արդյունավետ և կայուն դիսպերգում պոլիմերներում
Ածխածնային նանոխողովակները (CNT), իրենց յուրահատուկ հատկությունների շնորհիվ, հաճախ դիսպերգվում են սիլիցիումի յուղերում՝ տարբեր կիրառությունների համար։ Ածխածնային նանոխողովակների դիսպերգումը սիլիցիումի յուղերում կարող է բարելավել ստացվող նյութերի մեխանիկական, ջերմային և էլեկտրական հատկությունները։ Նման կիրառություններից է ածխածնային նանոխողովակներով լեգիրված պոլիմերների պատրաստումը՝ 3D տպագրության համար պիտանի հաղորդիչ թանաքներ ստանալու նպատակով, օրինակ՝ կենսահիմքով հավելական արտադրության միջոցով կրելի շոշափելիքային տվիչներ, կոնկրետ պացիենտին համապատասխանեցված հյուսվածքների վերականգնման հենակառուցվածքներ և ճկուն ԷՍԳ ու ԷԷԳ էլեկտրոդներ պատրաստելու համար։
Բացի այդ, սիլիցիումի յուղերում դիսպերգված ածխածնային նանոխողովակները կարող են օգտագործվել որպես հաղորդիչ թանաքներ էլեկտրոնային սարքերում, օրինակ՝ ճկուն էկրաններում և տվիչներում։ Ածխածնային նանոխողովակները ծառայում են որպես հաղորդիչ ուղիներ՝ հնարավորություն տալով էլեկտրական հոսանքի անցմանը։
Հզոր ուլտրաձայնի արդյունաբերական համակարգ՝ արդյունաբերական հոսքագծային դիսպերգման համար․ բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային սարքերը հուսալի և բարձր արդյունավետությամբ հոսքագծային խառնման համակարգեր են՝ նանոդիսպերսիաների, օրինակ՝ պոլիմերներում ածխածնային նանոխողովակների դիսպերսիաների արտադրության համար։
Ածխածնային նանոխողովակների ուլտրաձայնային դիսպերգման առավելությունները պոլիմերներում
Ուլտրաձայնային մշակումը շատ արդյունավետ դիսպերգման մեթոդ է, որն ունի մի շարք առավելություններ։ Պոլիմերներում ածխածնային նանոխողովակների (CNT) ուլտրաձայնային դիսպերգման առավելություններն են՝
Արդյունաբերական ուլտրաձայնային համակարգ՝ հոսքագծային լուծման գործընթացների, օրինակ՝ պոլիմերային բաղադրություններում ածխածնային նանոխողովակների համասեռ դիսպերգման համար։
CNT/PDMS կոմպոզիտների ուլտրաձայնային ստացման ընդհանուր ընթացակարգ
Ուլտրաձայնային մշակումն օգտագործվում է պոլիմերներում բազմաթիվ նանոչափային նյութերի դիսպերսման համար։ Կոնկրետ և լայնորեն կիրառվող կիրառություն է ածխածնային նանոխողովակների (CNTs) դիսպերսումը դիմեթիլպոլիսիլօքսանում (PDMS)՝ զոնդային տիպի ուլտրաձայնային մշակմամբ։ CNT նանոխողովակները PDMS մատրիցում դիսպերսելու համար օգտագործվում են հզոր ուլտրաձայնը և դրանից առաջացող ակուստիկ կավիտացիայի ազդեցությունները՝ նանոխողովակների խճճվածքը քանդելու և դրանք հավասարաչափ խառնելով նանոսուսպենզիա ստանալու նպատակով։ Զոնդային տիպի ուլտրաձայնային մշակումը CNT նանոխողովակների դիսպերսման հզոր մեթոդ է՝ ինտենսիվ կավիտացիոն ուժեր առաջացնելու իր ունակության շնորհիվ, որոնք կարող են արդյունավետորեն քայքայել ագլոմերատները և դիսպերսել ագլոմերացված CNT նանոխողովակները։
Ուլտրաձայնային դիսպերսումը մշակման պարզ փուլ է, որը չի պահանջում հատուկ նախնական կամ հետագա մշակում։ Ուլտրաձայնային սարքավորումն ինքնին անվտանգ է և հեշտ է շահագործել։
Զոնդային տիպի ուլտրաձայնային մշակմամբ դիսպերսման գործընթացը սովորաբար ներառում է հետևյալ քայլերը.
- CNT-PDMS խառնուրդի պատրաստում. CNT նանոխողովակների նախապես որոշված քանակություն ավելացվում է PDMS մատրիցին, և խառնուրդը նախապես խառնվում է մեխանիկական խառնիչով։ Հետաքրքիր է, որ CNT նանոխողովակները լուծիչում նախապես դիսպերսելով՝ հնարավոր կլիներ բարձրացնել էլեկտրահաղորդականությունը։ Լավագույն արդյունքները ձեռք են բերվում տետրահիդրոֆուրանի (THF), ացետոնի կամ քլորոֆորմի կիրառմամբ (դասավորված ըստ լավագույն արդյունքների)։
- Զոնդային տիպի ուլտրաձայնային մշակում. Խառնուրդը ենթարկվում է զոնդային տիպի ուլտրաձայնային մշակման՝ բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային զոնդի միջոցով, որն առաջացնում է սովորաբար մոտ 20 kHz հաճախականությամբ ուլտրաձայնային ալիքներ։ Կախված ծավալից և բաղադրակազմից՝ ուլտրաձայնային մշակումը սովորաբար իրականացվում է մի քանի րոպե՝ CNT նանոխողովակների ամբողջական դիսպերսումն ապահովելու համար։
- Դիսպերսման վերահսկում. CNT նանոխողովակների դիսպերսումը վերահսկվում է այնպիսի մեթոդներով, ինչպիսիք են սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակումը (SEM), տրանսմիսիոն էլեկտրոնային մանրադիտակումը (TEM) կամ ուլտրամանուշակագույն և տեսանելի տիրույթների սպեկտրոսկոպիան (UV-Vis)։ Այս մեթոդները կարող են օգտագործվել PDMS մատրիցում CNT նանոխողովակների բաշխումը տեսանելի դարձնելու և դրանց հավասարաչափ դիսպերսված լինելն ապահովելու համար։
Ամփոփելով՝ զոնդային տիպի ուլտրաձայնային մշակումը CNT նանոխողովակները այնպիսի պոլիմերներում դիսպերսելու հզոր մեթոդ է, ինչպիսին է PDMS պոլիմերը՝ ինտենսիվ կավիտացիոն ուժեր առաջացնելու իր ունակության շնորհիվ, որոնք կարող են արդյունավետորեն քայքայել ագլոմերատները և դիսպերսել ագլոմերացված CNT նանոխողովակները։
CNT/պոլիմեր կոմպոզիտների ուլտրաձայնային ստացման ուսումնասիրությունների օրինակներ
Նանոխողովակների և ածխածնի հիմքով այլ նանոնյութերի դիսպերսումը զոնդային տիպի ուլտրաձայնային մշակմամբ լայնորեն ուսումնասիրվել է և հետագայում ներդրվել արդյունաբերական արտադրության մեջ։ Ստորև ներկայացնում ենք մի քանի հետազոտություն, որոնք ցույց են տալիս նանոխողովակների ուլտրաձայնային դիսպերսման բացառիկ արդյունավետությունը։
CNT նանոխողովակների ուլտրաձայնային դիսպերսումը PDMS պոլիմերում՝ կրելի սենսորների համար
Del Bosque et al. (2022) համեմատել են եռագլան աղացով մշակումը և ուլտրաձայնային մշակումը՝ CNT նանոխողովակների դիսպերսման արդյունավետության առումով։ Պոլիմերային մատրիցում նանոմասնիկների դիսպերսման ընթացակարգի վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ ուլտրաձայնային մշակման մեթոդն ապահովում է ավելի բարձր էլեկտրական զգայունություն՝ եռագլան աղացով մշակման համեմատ, ինչը պայմանավորված է կավիտացիոն ուժերի ազդեցությամբ CNT նանոխողովակների բաշխման ավելի բարձր համասեռությամբ։ CNT նանոխողովակների տարբեր պարունակություններ փորձարկելիս պարզվել է, որ CNT-PDMS համակարգի պերկոլյացիայի շեմը, այսինքն՝ CNT նանոխողովակների այն կրիտիկական պարունակությունը, որի դեպքում համակարգը դառնում է էլեկտրահաղորդիչ, կազմում է 0,4 wt% CNT։ Բազմապատ ածխածնային նանոխողովակները (MWCNTs) դիսպերսվել են ուլտրաձայնային մշակմամբ՝ Hielscher ընկերության UP400ST ուլտրաձայնային սարքի միջոցով (տես ձախ կողմի նկարը)՝ 0,5 իմպուլսային ցիկլերի և 50 % ամպլիտուդի պայմաններում՝ 2h տևողությամբ։ Ուլտրաձայնային դիսպերսման ազդեցությունները մշակման ժամանակի ընթացքում ներկայացված են ստորև բերված նկարում։
Այս վերլուծության հիման վրա կրելի սենսորների արտադրության օպտիմալ պայմաններ են ընտրվել 0,4 wt.% CNT պարունակությունը և ուլտրաձայնային մշակման գործընթացի կիրառումը։ Այս առումով հաջորդական բեռնավորման ցիկլերի ընթացքում էլեկտրական արձագանքի վերլուծությունը ցույց է տվել մշակված սենսորների բարձր դիմացկունությունը՝ առանց որևէ վնասման առկայության 2%, 5% և 10% հարաբերական դեֆորմացիաների դեպքում, ինչը այս սենսորները հուսալի է դարձնում միջին հարաբերական դեֆորմացիաների վերահսկման համար։
MWCNT նանոխողովակների ուլտրաձայնային դիսպերսումը PDMS պոլիմերում՝ UP400St ուլտրաձայնային սարքի միջոցով՝ ուլտրաձայնային մշակման տարբեր տևողությունների դեպքում։
(Հետազոտությունը և պատկերը՝ ©del Bosque et al., 2022)
Բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային դիսպերգացման սարքավորումներ՝ CNT/պոլիմերային նանոկոմպոզիտների համար
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր հզորության ուլտրաձայնային զոնդեր՝ լաբորատոր, սեղանային և արդյունաբերական պայմաններում դիսպերգացման պահանջկոտ կիրառությունների համար։ Hielscher Ultrasonics ընկերության դիսպերգատորներն ապահովում են նանոնյութերի արդյունավետ և ճշգրիտ հոմոգենացում ու դիսպերգացում լուծիչներում, պոլիմերներում և կոմպոզիտներում։
Իրենց առաջադեմ ուլտրաձայնային տեխնոլոգիայի շնորհիվ այս դիսպերգատորներն առաջարկում են արագ և պարզ լուծում՝ մասնիկների չափերի համաչափ բաշխում, կայուն դիսպերսիաներ և/կամ նանոմասնիկների ֆունկցիոնալացում ապահովելու համար։
Կրճատելով մշակման ժամանակը և նվազագույնի հասցնելով էներգիայի սպառումը՝ ուլտրաձայնային զոնդային դիսպերգատորները կարող են բարձրացնել արտադրողականությունը և նվազեցնել շահագործման ծախսերը տարբեր ոլորտների ձեռնարկություններում։
Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերը կարող են նաև հարմարեցվել հատուկ պահանջներին՝ զոնդերի տարբեր չափերի, ուժեղացնող ալիքատարների, հզորության մակարդակների և հոսքային բջիջների ընտրության հնարավորությամբ, ինչն ապահովում է դրանց բազմակողմանիությունն ու հարմարեցումը տարբեր նանոբաղադրությունների և ծավալների։
Ընդհանուր առմամբ, ուլտրաձայնային զոնդային դիսպերգատորները հիանալի ներդրում են այն լաբորատորիաների և արդյունաբերական ձեռնարկությունների համար, որոնք ձգտում են օպտիմալացնել նանոնյութերի մշակման իրենց աշխատանքային գործընթացները և ստանալ կայուն, հուսալի արդյունքներ։
Նախագծում, արտադրություն և խորհրդատվություն – Գերմանիայում ստեղծված որակ
Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերը հայտնի են իրենց որակի և նախագծման ամենաբարձր չափանիշներով։ Ամրությունն ու շահագործման պարզությունը թույլ են տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերն անխափան ինտեգրել արդյունաբերական օբյեկտներում։ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերը հուսալիորեն աշխատում են ծանր պայմաններում և պահանջկոտ միջավայրերում։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն ունի ISO հավաստագրում և հատուկ ուշադրություն է դարձնում բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային սարքերին, որոնք առանձնանում են գերժամանակակից տեխնոլոգիայով և օգտագործման հարմարավետությամբ։ Իհարկե, Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերը համապատասխանում են CE նորմերին և բավարարում են UL, CSA և RoHs պահանջները։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման կարողության մասին․
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի ծավալային արագությունը | Առաջարկվող սարքերը |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | Կիրառելի չէ | 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 |
| Կիրառելի չէ | 10–100L/min | UIP16000 |
| Կիրառելի չէ | Ավելի մեծ | Սարքերի կլաստեր՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներով խառնման, դիսպերգացման, էմուլգացման և էքստրակցիայի կիրառությունների համար։
Ուլտրաձայնային խմբաքանակային ռեակտոր՝ արդյունաբերական մշակման համար, օրինակ՝ CNT և այլ նանոլցանյութեր պոլիմերների մեջ ներառելու համար՝ հավելանյութային արտադրության համար նախատեսված 3D տպագրելի թանաքներ ստանալու նպատակով։
Գրականություն / Հղումներ
- 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 ընկերությունն արտադրում է բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափեր։