Ածխածնային նանոխողովակների (CNT) ուլտրաձայնային դիսպերսում
Ածխածնային նանոխողովակներն ամուր և ճկուն են, սակայն միմյանց նկատմամբ ունեն շատ ուժեղ կոհեզիա։ Դրանք դժվար է դիսպերսել հեղուկներում, օրինակ՝ ջրում, էթանոլում, յուղում, պոլիմերում կամ էպօքսիդային խեժում։ Ուլտրաձայնը արդյունավետ մեթոդ է առանձին՝ անհատապես դիսպերսված ածխածնային նանոխողովակներ ստանալու համար։
Ածխածնային նանոխողովակները (CNT) օգտագործվում են սոսինձներում, ծածկույթներում և պոլիմերներում, ինչպես նաև որպես էլեկտրահաղորդիչ լցանյութեր պլաստմասսաներում՝ էլեկտրական սարքավորումներում և էլեկտրաստատիկ եղանակով ներկվող ավտոմեքենաների թափքի վահանակներում ստատիկ լիցքերը ցրելու համար։ Նանոխողովակների օգտագործմամբ պոլիմերները կարելի է դարձնել ավելի դիմացկուն ջերմաստիճանների, քիմիապես ագրեսիվ նյութերի, կոռոզիոն միջավայրերի, ծայրահեղ ճնշումների և մաշման նկատմամբ։ Ածխածնային նանոխողովակները բաժանվում են երկու կատեգորիայի՝ միապատ նանոխողովակներ (SWNT) և բազմապատ նանոխողովակներ (MWNT)։
Արդյունաբերական ուլտրաձայնային հոմոգենիզատոր UIP1500hdT՝ ածխածնային նանոխողովակների (CNT) և այլ նանոնյութերի դիսպերսման համար։
Ածխածնային նանոխողովակները սովորաբար հասանելի են չոր նյութի տեսքով, օրինակ՝ այնպիսի ընկերություններից, ինչպիսիք են SES Research կամ CNT Co., Ltd.։ Նանոխողովակների ներուժն առավելագույնս օգտագործելու համար անհրաժեշտ է ապաագլոմերացման պարզ, հուսալի և մասշտաբավորվող գործընթաց։ Մինչև 100 000cP մածուցիկությամբ հեղուկների դեպքում ուլտրաձայնը շատ արդյունավետ տեխնոլոգիա է ջրում, յուղում կամ պոլիմերներում ցածր կամ բարձր կոնցենտրացիաներով նանոխողովակների դիսպերսման համար։ Հեղուկի շիթային հոսքերը, որոնք առաջանում են ուլտրաձայնային կավիտացիայի հետևանքով, հաղթահարում են նանոխողովակների միջև կապակցման ուժերը և առանձնացնում խողովակները։ Ուլտրաձայնով առաջացող սահքի ուժերի և միկրոտուրբուլենտության շնորհիվ ուլտրաձայնը կարող է նաև նպաստել նանոխողովակների մակերեսային ծածկապատմանը և այլ նյութերի հետ դրանց քիմիական ռեակցիային։
Սովորաբար նանոխողովակների կոպիտ դիսպերսիան նախ նախախառնվում է ստանդարտ խառնիչով, ապա հոմոգենացվում ուլտրաձայնային հոսքային բջջային ռեակտորում։ Ստորև ներկայացված տեսանյութը ցույց է տալիս լաբորատոր փորձ, որի ժամանակ ջրում ցածր կոնցենտրացիայով բազմապատ ածխածնային նանոխողովակները դիսպերսվում են (պարբերական ուլտրաձայնային մշակում՝ UP400S սարքի օգտագործմամբ)։ Ածխածնի քիմիական բնույթի պատճառով ջրում նանոխողովակների դիսպերսումը բավական դժվար է։ Ինչպես ցույց է տրված տեսանյութում, հեշտությամբ կարելի է ցուցադրել, որ ուլտրաձայնային մշակումն ունակ է արդյունավետորեն դիսպերսելու նանոխողովակները։
Զոնդային ուլտրաձայնային մշակմամբ կարծրացուցիչում դիսպերսված տարբեր նանոլցանյութերի համեմատություն)՝ (a) 0,5 wt% ածխածնային նանոմանրաթել (CNF)․ (b) 0,5 wt% CNToxid․ (c) 0,5 wt% ածխածնային նանոխողովակ (CNT)․ (d) 0,5 wt% մասամբ դիսպերսված CNT։
Հետազոտություն և պատկեր՝ ©Zanghellini et al., 2021
Մեծ երկարությամբ առանձին SWNT-ների դիսպերսում
SWNT-ների մշակման և դրանց հետ աշխատանքների հիմնական խնդիրներից մեկը սովորական օրգանական լուծիչներում և ջրում խողովակների բնորոշ անլուծելիությունն է։ Նանոխողովակների կողային պատի կամ բաց ծայրերի ֆունկցիոնալացումը՝ SWNT-ների և լուծիչի միջև համապատասխան միջերես ստեղծելու նպատակով, հիմնականում հանգեցնում է միայն SWNT-ների պարանանման փնջերի մասնակի տարանջատման։
Արդյունքում SWNT-ները սովորաբար դիսպերսվում են փնջերի, այլ ոչ թե լիովին մեկուսացված առանձին օբյեկտների տեսքով։ Երբ դիսպերսման ընթացքում կիրառվում են չափազանց խիստ պայմաններ, SWNT-ները կարճանում են՝ հասնելով 80-ից 200nm երկարության։ Թեև սա օգտակար է որոշ փորձարկումների համար, այդ երկարությունը չափազանց փոքր է գործնական կիրառությունների մեծ մասի համար, օրինակ՝ որպես կիսահաղորդիչ կամ ամրանավորող SWNT-ներ օգտագործելու դեպքում։ Վերահսկվող, մեղմ ուլտրաձայնային մշակումը (օրինակ՝ 40mm սոնոտրոդով UP200Ht սարքով) արդյունավետ ընթացակարգ է երկար առանձին SWNT-ների ջրային դիսպերսիաներ պատրաստելու համար։ Մեղմ ուլտրաձայնային մշակման հաջորդական փուլերը նվազագույնի են հասցնում կարճացումը և թույլ են տալիս առավելագույնս պահպանել կառուցվածքային և էլեկտրոնային հատկությունները։
SWNT-ների մաքրում պոլիմերի օժանդակությամբ ուլտրաձայնային մշակմամբ
SWNT-ների քիմիական մոդիֆիկացիան մոլեկուլային մակարդակում ուսումնասիրելը դժվար է, քանի որ դժվար է ստանալ մաքուր SWNT-ներ։ Աճեցումից անմիջապես հետո ստացված SWNT-ները պարունակում են բազմաթիվ խառնուրդներ, օրինակ՝ մետաղական մասնիկներ և ամորֆ ածխածիններ։ SWNT-ների ուլտրաձայնային մշակումը պոլի(մեթիլ մետակրիլատի)՝ PMMA-ի մոնոքլորբենզոլային (MCB) լուծույթում՝ հետագա ֆիլտրմամբ, SWNT-ների մաքրման արդյունավետ եղանակ է։ Պոլիմերի օժանդակությամբ մաքրման այս մեթոդը թույլ է տալիս արդյունավետորեն հեռացնել խառնուրդներն աճեցումից անմիջապես հետո ստացված SWNT-ներից։ (Yudasaka et al.) Ուլտրաձայնային մշակման ամպլիտուդի ճշգրիտ վերահսկումը թույլ է տալիս սահմանափակել SWNT-ների վնասումը։
Hielscher-ի ուլտրաձայնային սարքերի լայն տեսականին և պարագաները՝ նանոխողովակների արդյունավետ դիսպերսման համար։
- Կոմպակտ լաբորատոր սարքեր՝ մինչև 400 վատտ ուլտրաձայնային հզորությամբ ՝ մինչև 2 լիտր փոքր ծավալներում դիսպերսման համար
- UIP500hdT, UIP1000hdT և UIP1500hdT ուլտրաձայնային պրոցեսորներ են, որոնք կարող են մշակել ավելի մեծ ծավալներ։
- Ուլտրաձայնային համակարգերը՝ 2kW (UIP2000hdT) և 4kW (UIP4000hdT) հզորությամբ, կարող են օգտագործվել ածխածնային նանոխողովակների արտադրական մասշտաբով դիսպերսման համար։ UIP10000 (10 կիլովատտ) և UIP16000 (16 կիլովատտ) սարքերը կարող են օգտագործվել մի քանի առանձին միավորներից կազմված խմբերում՝ ածխածնային նանոխողովակների մեծամասշտաբ մշակման համար։”
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Գրականություն
- Koshio, A., Yudasaka, M., Zhang, M., Iijima, S. (2001): A Simple Way to Chemically React Single-Wall Crabon Nanotubes with Organic Materials Using Ultrasonication; in Nano Letters, Vol. 1, No. 7, 2001, p. 361-363.
- Yudasaka, M., Zhang, M., Jabs, C. et al. (2000): Effect of an organic polymer in purification and cutting of single-wall carbon nanotubes. Appl Phys A 71, 449–451 (2000).
- Paredes, J. I., Burghard, M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length, in: Langmuir, Vol. 20, No. 12, 2004, 5149-5152, American Chemical Society.
Hielscher Ultrasonics-ն արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափեր։