Dispersi Nanotube Karbon dalam Tinta yang Dapat Dicetak 3D

Dispersi CNT yang seragam dalam tinta yang dapat dicetak 3D dapat meningkatkan sifat tinta dan memungkinkan aplikasi baru di berbagai bidang. Ultrasonikasi tipe probe merupakan teknik pendispersian yang sangat andal untuk menghasilkan nanosuspensi CNT yang stabil dalam polimer.

Dispersi CNT yang Efisien dan Stabil dalam Polimer melalui Sonikasi

Nanotube karbon (CNT) sering didispersikan dalam minyak silikon untuk berbagai aplikasi karena sifatnya yang unik. Dispersi CNT dalam minyak silikon dapat meningkatkan sifat mekanis, termal, dan listrik material yang dihasilkan. Salah satu aplikasinya adalah pembuatan polimer yang didoping CNT untuk tinta konduktif yang dapat dicetak 3D, misalnya untuk manufaktur aditif berbasis hayati bagi sensor taktil yang dapat dikenakan, perancah regenerasi jaringan khusus pasien, serta elektroda ECG dan EEG fleksibel.
Selain itu, CNT yang didispersikan dalam minyak silikon dapat digunakan sebagai tinta konduktif dalam perangkat elektronik, seperti layar fleksibel dan sensor. CNT bertindak sebagai jalur konduktif yang memungkinkan arus listrik mengalir.

Keunggulan Dispersi CNT/Polimer secara Ultrasonik

Ultrasonikasi merupakan teknik pendispersian yang sangat efisien dengan beberapa manfaat. Keunggulan pendispersian nanotube karbon (CNT) dalam polimer secara ultrasonik meliputi:

Protokol Umum untuk Produksi Komposit CNT/PDMS secara Ultrasonik

Ultrasonikasi digunakan untuk mendispersikan berbagai material berukuran nano dalam polimer. Salah satu aplikasi spesifik yang umum digunakan adalah dispersi nanotube karbon (CNT) dalam dimetilpolisiloksana (PDMS) menggunakan sonikasi tipe probe. Untuk mendispersikan CNT ke dalam matriks PDMS, ultrasonik daya tinggi dan efek kavitasi akustik yang dihasilkannya digunakan untuk mengurai nanotube yang saling terbelit dan mencampurnya secara seragam menjadi nanosuspensi. Sonikasi tipe probe merupakan metode yang kuat untuk mendispersikan CNT karena kemampuannya menghasilkan gaya kavitasi intens yang dapat secara efektif memecah dan mendispersikan CNT yang teraglomerasi.
Pendispersian ultrasonik merupakan langkah pemrosesan sederhana yang tidak memerlukan perlakuan awal atau akhir khusus. Peralatan ultrasonik itu sendiri aman dan mudah dioperasikan.
Proses dispersi menggunakan sonikasi tipe probe biasanya melibatkan langkah-langkah berikut:

1. Penyiapan campuran CNT-PDMS: CNT dalam jumlah yang telah ditentukan ditambahkan ke matriks PDMS dan dicampur terlebih dahulu menggunakan pengaduk mekanis. Menariknya, konduktivitas listrik dapat ditingkatkan dengan mendispersikan CNT terlebih dahulu dalam pelarut. Hasil terbaik dicapai menggunakan tetrahidrofuran (THF), aseton, atau kloroform (diurutkan berdasarkan hasil terbaik).
2. Sonikasi tipe probe: Campuran dikenai sonikasi tipe probe menggunakan probe ultrasonik berintensitas tinggi yang menghasilkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi biasanya sekitar 20 kHz. Bergantung pada volume dan formulasi, sonikasi biasanya dilakukan selama beberapa menit untuk memastikan dispersi CNT secara menyeluruh.
3. Pemantauan dispersi: Dispersi CNT dipantau menggunakan teknik seperti mikroskopi elektron pemindaian (SEM), mikroskopi elektron transmisi (TEM), atau spektroskopi UV-Vis. Teknik-teknik ini dapat digunakan untuk memvisualisasikan distribusi CNT dalam matriks PDMS dan memastikan CNT terdispersi secara seragam.

Secara ringkas, sonikasi tipe probe merupakan metode yang kuat untuk mendispersikan CNT dalam polimer seperti PDMS karena kemampuannya menghasilkan gaya kavitasi intens yang dapat secara efektif memecah dan mendispersikan CNT yang teraglomerasi.

Studi Kasus Fabrikasi Komposit CNT/Polimer secara Ultrasonik

Dispersi nanotube dan nanomaterial berbasis karbon lainnya menggunakan ultrasonikasi tipe probe telah diteliti secara luas dan kemudian diterapkan dalam produksi industri. Di bawah ini, kami menyajikan beberapa studi penelitian yang menunjukkan efisiensi luar biasa dari dispersi nanotube secara ultrasonik.

Dispersi CNT dalam PDMS secara ultrasonik untuk sensor yang dapat dikenakan

Del Bosque et al. (2022) membandingkan efektivitas penggilingan tiga rol dan sonikasi dalam mendispersikan CNT. Analisis prosedur dispersi nanopartikel ke dalam matriks polimer menunjukkan bahwa teknik ultrasonikasi memberikan sensitivitas listrik yang lebih tinggi dibandingkan penggilingan tiga rol karena distribusi CNT yang lebih homogen akibat gaya kavitasi. Melalui pengujian berbagai muatan CNT, ambang perkolasi sistem CNT-PDMS, yaitu kandungan CNT kritis ketika sistem menjadi konduktif secara listrik, ditemukan sebesar 0,4 wt% CNT. Nanotube karbon berdinding banyak (MWCNT) didispersikan melalui ultrasonikasi menggunakan sonikator Hielscher UP400ST (lihat gambar di sebelah kiri) pada siklus pulsa 0,5 dan amplitudo 50 % selama 2h. Efek pendispersian ultrasonik seiring waktu sonikasi ditunjukkan pada gambar di bawah.
Berdasarkan analisis ini, kondisi optimum untuk pembuatan sensor yang dapat dikenakan dipilih sebesar 0,4 wt.% CNT melalui proses ultrasonikasi. Dalam hal ini, analisis respons listrik selama siklus pembebanan berturut-turut menunjukkan ketangguhan tinggi pada sensor yang dikembangkan, tanpa kerusakan pada regangan 2%, 5%, dan 10%, sehingga sensor ini andal untuk memantau regangan sedang.

Dispersi MWCNT dalam PDMS secara ultrasonik menggunakan sonikator UP400St pada berbagai waktu sonikasi.
(Studi dan gambar: ©del Bosque et al., 2022)

Peralatan Pendispersian Ultrasonik Berkinerja Tinggi untuk Nanokomposit CNT/Polimer

Hielscher Ultrasonics memproduksi probe ultrasonik daya tinggi untuk aplikasi pendispersian yang menuntut di laboratorium, pada skala meja, dan di industri. Alat pendispersi Hielscher Ultrasonics memberikan homogenisasi dan dispersi nanomaterial yang efisien dan presisi dalam pelarut, polimer, dan komposit.
Dengan teknologi ultrasonik canggih, alat pendispersi ini menawarkan solusi cepat dan mudah untuk mencapai distribusi ukuran partikel yang seragam, dispersi yang stabil, dan/atau fungsionalisasi nanopartikel.
Dengan mengurangi waktu pemrosesan dan meminimalkan konsumsi energi, alat pendispersi probe ultrasonik dapat meningkatkan produktivitas dan mengurangi biaya operasional perusahaan di berbagai industri.
Sonikator Hielscher juga dapat disesuaikan dengan kebutuhan spesifik, dengan pilihan berbagai ukuran probe, horn penguat, tingkat daya, dan sel alir, sehingga serbaguna dan dapat disesuaikan dengan berbagai formulasi nano dan volume.
Secara keseluruhan, alat pendispersi probe ultrasonik merupakan investasi yang sangat baik bagi laboratorium dan industri yang ingin mengoptimalkan alur kerja pemrosesan nanomaterial dan mencapai hasil yang konsisten serta andal.

Desain, Manufaktur, dan Konsultasi – Kualitas Buatan Jerman

Sonikator Hielscher dikenal dengan standar mutu dan desain tertinggi. Ketangguhan dan kemudahan pengoperasian memungkinkan integrasi sonikator kami secara lancar ke dalam fasilitas industri. Sonikator Hielscher dapat menangani kondisi berat dan lingkungan yang menuntut secara andal.

Hielscher Ultrasonics merupakan perusahaan bersertifikasi ISO dan memberikan perhatian khusus pada sonikator berkinerja tinggi yang dilengkapi teknologi mutakhir serta mudah digunakan. Tentu saja, sonikator Hielscher mematuhi CE dan memenuhi persyaratan UL, CSA, dan RoHs.

Tabel di bawah memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami: