Cara Mendispersikan Nanotabung Karbon Berdinding Tunggal secara Individual

Nanotabung Karbon Berdinding Tunggal (SWNT atau SWCNT) memiliki karakteristik unik, tetapi untuk menampilkan karakteristik tersebut, nanotabung harus didispersikan secara individual. Untuk memanfaatkan sepenuhnya karakteristik luar biasa nanotabung karbon berdinding tunggal, kekusutan nanotabung harus diuraikan sesempurna mungkin. Seperti nanopartikel lainnya, SWNT menunjukkan gaya tarik-menarik yang sangat tinggi, sehingga diperlukan teknik yang kuat dan efisien untuk deaglomerasi dan dispersi yang andal. Sementara teknik pencampuran biasa tidak memberikan intensitas yang diperlukan untuk menguraikan kekusutan SWNT tanpa merusaknya, ultrasonik berdaya tinggi terbukti mampu menguraikan kekusutan dan mendispersikan SWCNT. Gaya geser kavitasi yang dihasilkan secara ultrasonik cukup kuat untuk mengatasi gaya ikatan, sementara intensitas ultrasonik dapat disesuaikan secara akurat untuk menghindari kerusakan SWCNT.

Masalah:

Nanotabung Karbon Berdinding Tunggal (SWCNT) berbeda dari Nanotabung Karbon Berdinding Banyak (MWNT/ MWCNT) dalam sifat listriknya. Celah pita SWCNT dapat bervariasi dari nol hingga 2 eV dan konduktivitas listriknya menunjukkan perilaku logam atau semikonduktor. Karena Nanotabung Karbon Berdinding Tunggal memiliki kohesi yang sangat tinggi, salah satu kendala utama dalam pemrosesan SWCNT adalah sifat dasar nanotabung yang tidak larut dalam pelarut organik atau air. Untuk memanfaatkan seluruh potensi SWCNT, diperlukan proses deaglomerasi nanotabung yang sederhana, andal, dan dapat ditingkatkan skalanya. Khususnya, fungsionalisasi dinding samping atau ujung terbuka CNT untuk menciptakan antarmuka yang sesuai antara SWCNT dan pelarut organik hanya menghasilkan eksfoliasi parsial SWCNT. Oleh karena itu, SWCNT sebagian besar terdispersi sebagai bundel, bukan sebagai untaian individual yang telah mengalami deaglomerasi. Jika kondisi selama dispersi terlalu keras, SWCNT akan memendek hingga panjang antara 80 hingga 200nm. Untuk sebagian besar aplikasi praktis, yaitu SWCNT sebagai semikonduktor atau penguat, panjang ini terlalu pendek.

Solusi:

Sonikasi ultrasonik merupakan metode yang sangat efektif untuk mendispersikan dan mendeaglomerasi Nanotabung Karbon, karena gelombang ultrasonik berintensitas tinggi menghasilkan kavitasi dalam cairan. Gelombang suara yang merambat dalam media cair menghasilkan siklus tekanan tinggi (kompresi) dan tekanan rendah (rarefaksi) secara bergantian, dengan laju yang bergantung pada frekuensi. Selama siklus tekanan rendah, gelombang ultrasonik berintensitas tinggi menciptakan gelembung vakum kecil atau rongga dalam cairan. Ketika gelembung mencapai volume yang membuatnya tidak dapat lagi menyerap energi, gelembung tersebut runtuh dengan hebat selama siklus tekanan tinggi. Fenomena ini disebut kavitasi. Selama implosi, suhu yang sangat tinggi (sekitar 5.000K) dan tekanan yang sangat tinggi (sekitar 2.000atm) tercapai secara lokal. Implosi gelembung kavitasi juga menghasilkan semburan cairan dengan kecepatan hingga 280m/s. Aliran semburan cairan yang dihasilkan oleh kavitasi ultrasonik, mengatasi gaya ikatan antara Nanotabung Karbon sehingga nanotabung mengalami deaglomerasi. Perlakuan ultrasonik yang ringan dan terkontrol merupakan metode yang tepat untuk membuat suspensi SWCNT panjang yang terdispersi dan distabilkan oleh surfaktan. Untuk produksi SWCNT yang terkontrol, prosesor ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian dengan beragam kombinasi parameter ultrasonik. Amplitudo ultrasonik, tekanan cairan, dan komposisi cairan dapat divariasikan sesuai dengan bahan dan proses tertentu. Hal ini menawarkan berbagai kemungkinan penyesuaian, seperti

• amplitudo sonotrode hingga 170 mikron
• tekanan cairan hingga 10 bars
• laju alir cairan hingga 15L/min (bergantung pada proses)
• suhu cairan hingga 80 degC (suhu lain berdasarkan permintaan)
• viskositas bahan hingga 100.000cp

 

Selain itu, sonikasi ultrasonik sebagai metode pemurnian berbantuan polimer memungkinkan penghilangan pengotor dari SWCNT hasil pertumbuhan secara efektif. Modifikasi kimia SWCNT sulit dipelajari pada tingkat molekuler karena SWNT murni sulit diperoleh. SWCNT hasil pertumbuhan mengandung banyak pengotor, seperti partikel logam dan karbon amorf. Sonikasi ultrasonik SWCNT dalam larutan poli(metil metakrilat) PMMA dengan pelarut monoklorobenzena (MCB), yang diikuti dengan filtrasi, merupakan cara efektif untuk memurnikan SWCNT. Metode pemurnian berbantuan polimer ini memungkinkan penghilangan pengotor dari SWCNT hasil pertumbuhan secara efektif. Pengendalian amplitudo sonikasi ultrasonik secara akurat memungkinkan pencegahan atau pembatasan kerusakan SWCNT.

Peralatan Ultrasonik

Hielscher menawarkan prosesor ultrasonik berkinerja tinggi untuk sonikasi pada setiap volume. Perangkat ultrasonik dari 50 watt hingga 16.000 watt, yang dapat disusun dalam kelompok, memungkinkan pemilihan perangkat ultrasonik yang sesuai untuk setiap aplikasi, baik di laboratorium maupun di industri. Untuk dispersi nanotabung yang membutuhkan tingkat kecanggihan tinggi, sonikasi kontinu direkomendasikan. Dengan menggunakan sel alir Hielscher, CNT dapat didispersikan ke dalam cairan berviskositas tinggi seperti polimer, lelehan berviskositas tinggi, dan termoplastik.

Klik di sini untuk membaca lebih lanjut tentang dispersi dan modifikasi nanotabung menggunakan ultrasonik berdaya tinggi!