Ուլտրաձայնային մշակմամբ հավասարաչափ դիսպերսված CNT-ներ
Ածխածնային նանոխողովակների (CNT) բացառիկ գործառական հնարավորություններն օգտագործելու համար դրանք պետք է համասեռ դիսպերսվեն։
Ուլտրաձայնային դիսպերսատորները ջրային և լուծիչների հիմքով սուսպենզիաներում CNT-ների բաշխման ամենատարածված գործիքն են։
Ուլտրաձայնային դիսպերսման տեխնոլոգիան ստեղծում է սահքի բավականաչափ բարձր էներգիա՝ CNT-ների լիակատար տարանջատման հասնելու համար՝ առանց դրանք վնասելու։
Ածխածնային նանոխողովակների ուլտրաձայնային դիսպերսում
Ածխածնային նանոխողովակները (CNT) ունեն երկարության և տրամագծի շատ բարձր հարաբերակցություն և աչքի են ընկնում ցածր խտությամբ, ինչպես նաև հսկայական տեսակարար մակերեսով (մի քանի հարյուր m2/g), ինչը դրանց տալիս է եզակի հատկություններ, օրինակ՝ ձգման նկատմամբ շատ բարձր ամրություն, կոշտություն ու ճլություն և շատ բարձր էլեկտրահաղորդականություն ու ջերմահաղորդականություն։ Վան դեր Վաալսի ուժերի պատճառով, որոնք առանձին ածխածնային նանոխողովակները (CNT) ձգում են միմյանց, CNT-ները սովորաբար դասավորվում են փնջերով կամ կծիկներով։ Այս միջմոլեկուլային ձգողական ուժերը հիմնված են հարակից նանոխողովակների միջև π-կապերի շերտադասավորման երևույթի վրա, որը հայտնի է որպես π-շերտադասավորում։ Ածխածնային նանոխողովակների առավելություններից լիարժեք օգտվելու համար այս ագլոմերատները պետք է ապախճճվեն, իսկ CNT-ները պետք է հավասարաչափ բաշխվեն համասեռ դիսպերսիայում։ Ինտենսիվ ուլտրաձայնային մշակումը հեղուկներում առաջացնում է ակուստիկ կավիտացիա։ Դրա հետևանքով առաջացած տեղային սահքի լարումը քայքայում է CNT-ների ագրեգատները և դրանք հավասարաչափ դիսպերսում համասեռ սուսպենզիայում։ Ուլտրաձայնային դիսպերսման տեխնոլոգիան ստեղծում է սահքի բավականաչափ բարձր էներգիա՝ CNT-ների լիակատար տարանջատման հասնելու համար՝ առանց դրանք վնասելու։ Նույնիսկ զգայուն SWNT-ների դեպքում ուլտրաձայնային մշակումը հաջողությամբ կիրառվում է՝ դրանք առանձին-առանձին ապախճճելու համար։ Ուլտրաձայնային մշակումն ապահովում է հենց այնքան լարում, որքան անհրաժեշտ է SWNT-ների ագրեգատները տարանջատելու համար՝ առանց առանձին նանոխողովակներում բազմաթիվ կոտրվածքներ առաջացնելու (Huang, Terentjev 2012)։
- Առանձին-առանձին դիսպերսված CNT-ներ
- Համասեռ բաշխում
- Դիսպերսման բարձր արդյունավետություն
- CNT-ների բարձր պարունակություն
- CNT-ների քայքայման բացակայություն
- Արագ մշակում
- Գործընթացի ճշգրիտ կառավարում
UIP2000hdT – 2kW հզորությամբ հզոր ուլտրաձայնային սարք՝ CNT-ների դիսպերսիաների համար
Բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային համակարգեր՝ CNT-ների դիսպերսիաների համար
Hielscher Ultrasonics ընկերությունը մատակարարում է հզոր և հուսալի ուլտրաձայնային սարքավորումներ՝ CNT-ների արդյունավետ դիսպերսման համար։ Անկախ նրանից՝ ձեզ անհրաժեշտ է պատրաստել CNT-ների փոքր նմուշներ վերլուծության ու հետազոտական և մշակման աշխատանքների համար, թե արտադրել մեծածավալ դիսպերսիաների խոշոր արդյունաբերական խմբաքանակներ, Hielscher ընկերության արտադրատեսականին առաջարկում է ձեր պահանջներին իդեալականորեն համապատասխանող ուլտրաձայնային համակարգ։ Սկսած լաբորատոր կիրառությունների համար նախատեսված 50W ուլտրաձայնային սարքերից մինչև առևտրային արտադրության համար նախատեսված 16kW արդյունաբերական ուլտրաձայնային կայանքներ՝ Hielscher Ultrasonics ընկերությունը բավարարում է ձեր կարիքները։
Բարձրորակ ածխածնային նանոխողովակների դիսպերսիաներ արտադրելու համար գործընթացի պարամետրերը պետք է պատշաճ վերահսկվեն։ Ամպլիտուդը, ջերմաստիճանը, ճնշումը և պահման ժամանակը CNT-ների հավասարաչափ բաշխման ամենակարևոր պարամետրերն են։ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերը ոչ միայն թույլ են տալիս ճշգրիտ կառավարել յուրաքանչյուր պարամետր, այլև գործընթացի բոլոր պարամետրերն ինքնաբերաբար գրանցվում են Hielscher ընկերության թվային ուլտրաձայնային համակարգերում ներկառուցված SD քարտի վրա։ Յուրաքանչյուր ուլտրաձայնային մշակման գործընթացի արձանագրությունն օգնում է ապահովել վերարտադրելի արդյունքներ և կայուն որակ։ Զննարկիչով հեռավար կառավարման միջոցով օգտագործողը կարող է գործարկել և վերահսկել ուլտրաձայնային սարքը՝ առանց ուլտրաձայնային համակարգի գտնվելու վայրում լինելու։
Քանի որ միապատ ածխածնային նանոխողովակները (SWNT) և բազմապատ ածխածնային նանոխողովակները (MWNT), ինչպես նաև ընտրված ջրային կամ լուծիչային միջավայրը պահանջում են մշակման որոշակի ինտենսիվություններ, ուլտրաձայնային ամպլիտուդը վերջնական արտադրանքի համար առանցքային գործոն է։ Hielscher Ultrasonics ընկերության արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել ինչպես շատ բարձր, այնպես էլ շատ ցածր ամպլիտուդներ։ Սահմանեք ձեր գործընթացի պահանջների համար իդեալական ամպլիտուդը։ Նույնիսկ մինչև 200µm ամպլիտուդներով կարելի է հեշտությամբ աշխատել անընդհատ՝ 24/7 ռեժիմով։ Էլ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար հասանելի են հատուկ պատվերով պատրաստվող ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ։ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունը թույլ է տալիս աշխատել 24/7 ռեժիմով՝ մեծ բեռնվածության և խիստ պայմաններում։
Մեր հաճախորդները գոհ են Hielscher Ultrasonic ընկերության համակարգերի բացառիկ ամրությունից և հուսալիությունից։ Մեծ բեռնվածությամբ կիրառությունների ոլորտներում, խիստ պայմաններում և 24/7 աշխատանքային ռեժիմով տեղակայումը ապահովում է արդյունավետ և տնտեսապես շահավետ մշակում։ Ուլտրաձայնով գործընթացի ինտենսիվացումը կրճատում է մշակման ժամանակը և ապահովում ավելի լավ արդյունքներ, այսինքն՝ ավելի բարձր որակ, ավելի բարձր ելքեր և նորարարական արտադրանքներ։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մշակման մոտավոր արտադրողականության մասին․
| Խմբաքանակի ծավալ | Ծավալային հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 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 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | ավելի մեծ | սարքերի համախումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Բարձր հզորության ուլտրաձայնային պրոցեսորներ՝ լաբորատորից մինչև փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներ։
Գրականություն / Հղումներ
- SOP — Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator — Hielscher Ultrasonics
- 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.
Օգտակար փաստեր
Ի՞նչ են ածխածնային նանոխողովակները
Ածխածնային նանոխողովակները (CNT) պատկանում են միաչափ ածխածնային նյութերի հատուկ դասի և ցուցաբերում են բացառիկ մեխանիկական, էլեկտրական, ջերմային և օպտիկական հատկություններ։ Դրանք առաջադեմ նանոնյութերի, օրինակ՝ նանոկոմպոզիտների, ամրանավորված պոլիմերների և այլ նյութերի մշակման ու արտադրության մեջ օգտագործվող հիմնական բաղադրիչներից են և հետևաբար կիրառվում են գերժամանակակից տեխնոլոգիաներում։ CNT-ներն ունեն ձգման նկատմամբ շատ բարձր ամրություն, ջերմափոխանցման գերազանց հատկություններ, նեղ արգելված գոտիներ և օպտիմալ քիմիական ու ֆիզիկական կայունություն, ինչը նանոխողովակները դարձնում է խոստումնալից հավելանյութ բազմատեսակ նյութերի համար։
Կախված կառուցվածքից՝ CNTS նշումով նանոխողովակները բաժանվում են միապատ ածխածնային նանոխողովակների (SWNT), երկպատ ածխածնային նանոխողովակների (DWCNT) և բազմապատ ածխածնային նանոխողովակների (MWNT)։
SWNT-ները սնամեջ, երկար գլանաձև խողովակներ են՝ կազմված մեկ ատոմի հաստությամբ ածխածնային պատից։ Ածխածնի ատոմային շերտը դասավորված է մեղրախորիսխի կառուցվածքով ցանցում։ Դրանք հաճախ պատկերավոր համեմատվում են միաշերտ գրաֆիտի կամ գրաֆենի գլորված թերթերի հետ։
DWCNT-ները բաղկացած են երկու միապատ նանոխողովակից, որոնցից մեկը տեղադրված է մյուսի ներսում։
MWNT-ները CNT-ների ձև են, որում բազմաթիվ միապատ ածխածնային նանոխողովակներ տեղադրված են մեկը մյուսի ներսում։ Քանի որ դրանց տրամագիծը տատանվում է 3–30 nm սահմաններում, և դրանք կարող են աճել մինչև մի քանի cm երկարությամբ, դրանց երկարության և տրամագծի հարաբերակցությունը կարող է տատանվել 10-ից մինչև տասը միլիոն։ Ածխածնային նանոմանրաթելերի համեմատ՝ MWNT-ներն ունեն պատի այլ կառուցվածք, ավելի փոքր արտաքին տրամագիծ և սնամեջ ներքին տարածք։ Արդյունաբերական շուկայում հասանելի և լայնորեն օգտագործվող MWNT տեսակներից են, օրինակ, Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 և FutureCarbon CNT-MW։
CNT-ների սինթեզ․ CNT-ները կարող են արտադրվել պլազմայի վրա հիմնված սինթեզի մեթոդով կամ աղեղային պարպմամբ գոլորշիացման մեթոդով, լազերային աբլյացիայի մեթոդով, ջերմային սինթեզի գործընթացով, քիմիական գոլորշային նստեցմամբ (CVD) կամ պլազմայով խթանված քիմիական գոլորշային նստեցմամբ։
CNT-ների ֆունկցիոնալացում․ ածխածնային նանոխողովակների բնութագրերը բարելավելու և դրանով դրանք որոշակի կիրառության համար ավելի հարմար դարձնելու նպատակով CNT-ները հաճախ ֆունկցիոնալացվում են, օրինակ՝ կարբոնաթթվային (-COOH) կամ հիդրօքսիլային (-OH) խմբերի ավելացմամբ։
CNT-ների դիսպերսման հավելանյութեր
Որոշ լուծիչներ, օրինակ՝ գերթթուները, իոնային հեղուկները և N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone անվամբ լուծիչը, հնարավորություն են տալիս պատրաստել CNT-ների համեմատաբար բարձր կոնցենտրացիայով դիսպերսիաներ, մինչդեռ նանոխողովակների համար ամենատարածված լուծիչները, օրինակ՝ N-մեթիլ-2-պիրոլիդոնը (NMP), դիմեթիլֆորմամիդը (DMF) և 1,2-dichrolobenzene անվամբ լուծիչը, կարող են նանոխողովակները դիսպերսել միայն շատ ցածր կոնցենտրացիաներով (օրինակ՝ միապատ CNT-ների դեպքում սովորաբար <0,02 wt%)։ Ամենատարածված դիսպերսող միջոցներն են պոլիվինիլպիրոլիդոնը (PVP), նատրիումի դոդեցիլբենզոլսուլֆոնատը (SDBS), Triton 100 կամ նատրիումի դոդեցիլսուլֆոնատը (SDS)։
Կրեզոլները արդյունաբերական քիմիական նյութերի խումբ են, որոնք կարող են մշակել CNT-ներ մինչև տասնյակ զանգվածային տոկոսների հասնող կոնցենտրացիաներով՝ CNT-ների պարունակության մեծացմանը զուգընթաց ապահովելով շարունակական անցում նոսր դիսպերսիաներից, խիտ մածուկներից և ինքնակիր գելերից դեպի ծեփախմորանման աննախադեպ վիճակ։ Այս վիճակներն ունեն պոլիմերանման ռեոլոգիական և մածուցիկաառաձգական հատկություններ, որոնք հնարավոր չէ ստանալ այլ տարածված լուծիչներով, ինչը վկայում է այն մասին, որ նանոխողովակներն իսկապես ապաագրեգացված են և նուրբ դիսպերսված կրեզոլներում։ Մշակումից հետո կրեզոլները կարելի է հեռացնել տաքացմամբ կամ լվացմամբ՝ առանց CNT-ների մակերեսը փոփոխելու։ [Chiou et al. 2018]
CNT-ների դիսպերսիաների կիրառությունները
CNT-ների առավելություններն օգտագործելու համար դրանք պետք է դիսպերսվեն հեղուկում, օրինակ՝ պոլիմերներում։ Հավասարաչափ դիսպերսված CNT-ներն օգտագործվում են հաղորդիչ պլաստմասսաների, հեղուկբյուրեղային էկրանների, օրգանական լուսարձակող դիոդների, հպազգայուն էկրանների, ճկուն էկրանների, արևային տարրերի, հաղորդիչ թանաքների, ստատիկ լիցքը կարգավորող նյութերի, այդ թվում՝ թաղանթների, փրփուրների, մանրաթելերի և գործվածքների, պոլիմերային ծածկույթների ու սոսինձների, բացառիկ մեխանիկական ամրությամբ և ճլությամբ բարձր արդյունավետության պոլիմերային կոմպոզիտների, պոլիմեր/CNT կոմպոզիտային մանրաթելերի, ինչպես նաև թեթև և հակաստատիկ նյութերի արտադրության համար։
Ի՞նչ ձևեր ունի ածխածինը։
Ածխածինն ունի մի քանի ալոտրոպ ձևեր, այդ թվում՝
- Բյուրեղային ձևեր՝ ադամանդ, գրաֆիտ, գրաֆեն, ածխածնային նանոխողովակներ (CNT), ֆուլերեններ (օրինակ՝ C₆₀).
- Ամորֆ ձևեր՝ փայտածուխ, մուր, տեխնիկական ածխածին, ապակենման ածխածին, ադամանդանման ածխածին (DLC), միաշերտ ամորֆ ածխածին (MAC).
- Հիբրիդային նանոկառուցվածքներ՝ նանոադամանդներ, սոխուկանման ածխածնային կառուցվածքներ, ածխածնային աերոգելեր և կոմպոզիտներ, օրինակ՝ նանոածխածին–մետաղ հիբրիդներ։
Յուրաքանչյուր ձև ունի առանձնահատուկ ֆիզիկաքիմիական հատկություններ, որոնք կարևոր են նյութագիտության, էլեկտրոնիկայի և էներգիայի կուտակման ոլորտներում կիրառությունների համար։