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 adalah teknik dispersi yang sangat andal untuk menghasilkan nanosuspensi CNT yang stabil dalam polimer.

Dispersi CNT yang Efisien dan Stabil dalam Polimer karena Sonikasi

Tabung nano karbon (CNT) sering tersebar dalam minyak silikon untuk berbagai aplikasi karena sifatnya yang unik. Dispersi CNT dalam minyak silikon dapat meningkatkan sifat mekanik, termal, dan listrik dari bahan yang dihasilkan. Salah satu aplikasi tersebut adalah fabrikasi polimer doping CNT untuk tinta yang dapat dicetak 3D konduktif, misalnya, untuk manufaktur aditif berbasis bio dari sensor taktil yang dapat dikenakan, perancah regenerasi jaringan khusus pasien, dan elektroda EKG dan EEG yang fleksibel.
Selain itu, CNT yang tersebar dalam minyak silikon dapat digunakan sebagai tinta konduktif dalam perangkat elektronik, seperti layar dan sensor fleksibel. CNT bertindak sebagai jalur konduktif, memungkinkan aliran arus listrik.

Keuntungan dari Dispersi CNT / Polimer Ultrasonik

Ultrasonikasi adalah teknik pendispersian yang sangat efisien, yang hadir dengan beberapa manfaat. Keuntungan dari dispersi ultrasonik tabung nano karbon (CNT) dalam polimer meliputi:

Protokol Umum untuk Produksi Ultrasonik Komposit CNT/PDMS

Ultrasonikasi digunakan untuk dispersi berbagai bahan berukuran nano dalam polimer. Aplikasi khusus dan umum digunakan adalah dispersi tabung nano karbon (CNT) dalam dimethylpolysiloxane (PDMS) menggunakan sonikasi tipe probe. Untuk menyebarkan CNT ke dalam matriks PDMS, ultrasound daya dan efek kavitasi akustik yang dihasilkan digunakan untuk menguraikan tabung nano dan mencampurnya secara seragam menjadi nanosuspensi. Sonikasi tipe probe adalah metode yang ampuh untuk menyebarkan CNT karena kemampuannya untuk menghasilkan gaya kavitasi yang intens yang secara efektif dapat memecah dan membubarkan CNT yang diaglomerasi.
Dispersi ultrasonik adalah langkah pemrosesan sederhana yang tidak memerlukan pra atau pasca-perawatan khusus. Peralatan ultrasonik itu sendiri aman dan mudah dioperasikan.
Proses dispersi menggunakan sonikasi tipe probe biasanya melibatkan langkah-langkah berikut:

1. Persiapan campuran CNT-PDMS: Jumlah CNT yang telah ditentukan ditambahkan ke matriks PDMS dan dicampur sebelumnya menggunakan pengaduk mekanis. Menariknya, dengan pra-dispersi CNT dalam pelarut, konduktivitas listrik dapat ditingkatkan. Hasil terbaik dicapai dengan tetrahydrofuran (THF), aseton atau kloroform (diurutkan berdasarkan hasil terbaik).
2. Sonikasi tipe probe: Campuran ini mengalami sonikasi tipe probe menggunakan probe ultrasonik intensitas tinggi yang menghasilkan gelombang ultrasound dengan frekuensi biasanya sekitar 20 kHz. Tergantung pada volume dan formulasi, sonikasi biasanya dilakukan selama beberapa menit untuk memastikan dispersi lengkap CNT.
3. Memantau dispersi: Dispersi CNT dipantau menggunakan teknik seperti mikroskop elektron pemindaian (SEM), mikroskop elektron transmisi (TEM), atau spektroskopi UV-Vis. Teknik-teknik ini dapat digunakan untuk memvisualisasikan distribusi CNT dalam matriks PDMS dan untuk memastikan bahwa CNT tersebar secara merata.

Singkatnya, sonikasi tipe probe adalah metode yang ampuh untuk menyebarkan CNT dalam polimer seperti PDMS karena kemampuannya untuk menghasilkan gaya kavitasi yang intens yang secara efektif dapat memecah dan membubarkan CNT yang diaglomerasi.

Studi Kasus Fabrikasi Ultrasonik Komposit CNT/Polimer

Dispersi tabung nano dan bahan nano berbasis karbon lainnya menggunakan ultrasonikasi tipe probe telah diteliti secara ekstensif dan kemudian diimplementasikan ke dalam produksi industri. Di bawah ini, kami menyajikan beberapa studi penelitian, yang menunjukkan efisiensi luar biasa dari dispersi tabung nano ultrasonik.

Dispersi ultrasonik CNT dalam PDMS untuk sensor yang dapat dipakai

Del Bosque et al. (2022) membandingkan penggilingan tiga gulungan dan sonikasi untuk efektivitas dispersi CNT. Analisis prosedur dispersi nanopartikel ke dalam matriks polimer menunjukkan bahwa teknik ultrasonikasi memberikan sensitivitas listrik yang lebih tinggi dibandingkan dengan penggilingan tiga gulungan karena homogenitas distribusi CNT yang lebih tinggi yang disebabkan oleh gaya kavitasi. Menguji berbagai beban CNT, ambang batas perkolasi sistem CNT-PDMS, yaitu kandungan CNT kritis di mana ia menjadi konduktif listrik, ditemukan 0,4% CNT. Multi-Wall Carbon Nanotubes (MWCNT) disebarkan dengan ultrasonikasi menggunakan UP400ST ultrasonicator Hielscher (lihat gambar kiri) pada 0,5 siklus pulsa dan amplitudo 50% selama 2 jam. Efek dispersi ultrasonik selama waktu sonikasi ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Berdasarkan analisis ini, kondisi optimal untuk pembuatan sensor yang dapat dikenakan dipilih sebagai 0,4 wt.% CNT melalui proses ultrasonikasi. Dalam hal ini, analisis respons listrik di bawah siklus beban berturut-turut menunjukkan kekokohan yang tinggi dari sensor yang dikembangkan, tanpa adanya kerusakan pada regangan 2%, 5%, dan 10%, yang membuat sensor ini dapat diandalkan untuk memantau regangan sedang.

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

Peralatan Dispersi Ultrasonik Kinerja Tinggi untuk Nanokomposit CNT/Polimer

Hielscher Ultrasonics memproduksi probe ultrasound berdaya tinggi untuk aplikasi dispersi yang menuntut di laboratorium, bench-top, dan industri. Disperser Hielscher Ultrasonics memberikan homogenisasi dan dispersi bahan nano yang efisien dan tepat dalam pelarut, polimer, dan komposit.
Dengan teknologi ultrasonik canggihnya, disperser 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, disperser probe ultrasonik dapat meningkatkan produktivitas dan mengurangi biaya operasional untuk bisnis di berbagai industri.
Ultrasonicators Hielscher juga dapat disesuaikan agar sesuai dengan kebutuhan khusus, dengan opsi untuk berbagai ukuran probe, tanduk booster, tingkat daya, dan sel aliran, membuatnya serbaguna dan dapat disesuaikan dengan berbagai formulasi dan volume nano.
Secara keseluruhan, disperser probe ultrasonik adalah investasi yang sangat baik untuk laboratorium dan industri yang ingin mengoptimalkan alur kerja pemrosesan nanomaterial mereka dan mencapai hasil yang konsisten dan andal.

Desain, Manufaktur, dan Konsultasi – Kualitas Buatan Jerman

Ultrasonicators Hielscher terkenal dengan kualitas dan standar desainnya yang tertinggi. Ketahanan dan pengoperasian yang mudah memungkinkan integrasi ultrasonicator kami ke dalam fasilitas industri. Kondisi kasar dan lingkungan yang menuntut ditangani dengan andal oleh ultrasonicator Hielscher.

Hielscher Ultrasonics adalah perusahaan bersertifikat ISO dan memberikan penekanan khusus pada ultrasonicators berkinerja tinggi yang menampilkan teknologi canggih dan keramahan pengguna. Tentu saja, ultrasonicators Hielscher sesuai dengan CE dan memenuhi persyaratan UL, CSA dan RoHs.

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: