Pendispersian Nanotabung Karbon (CNT) secara Ultrasonik
Nanotabung karbon kuat dan fleksibel, tetapi memiliki kohesi yang sangat tinggi. Nanotabung ini sulit didispersikan ke dalam cairan, seperti air, etanol, minyak, polimer, atau resin epoksi. Ultrasonik merupakan metode yang efektif untuk memperoleh nanotabung karbon yang terpisah – terdispersi secara individual.
Nanotabung karbon (CNT) digunakan dalam perekat, pelapis, dan polimer serta sebagai bahan pengisi penghantar listrik dalam plastik untuk menghilangkan muatan statis pada peralatan listrik dan pada panel bodi mobil yang dapat dicat secara elektrostatis. Dengan menggunakan nanotabung, polimer dapat dibuat lebih tahan terhadap suhu, bahan kimia agresif, lingkungan korosif, tekanan ekstrem, dan abrasi. Ada dua kategori nanotabung karbon: nanotabung berdinding tunggal (SWNT) dan nanotabung berdinding banyak (MWNT).
Homogenizer ultrasonik industri UIP1500hdT untuk mendispersikan nanotabung karbon (CNT) dan nanomaterial lainnya.
Nanotabung karbon umumnya tersedia sebagai bahan kering, misalnya dari perusahaan seperti SES Research atau CNT Co., Ltd. Proses deaglomerasi yang sederhana, andal, dan dapat ditingkatkan skalanya diperlukan agar potensi nanotabung dapat dimanfaatkan secara maksimal. Untuk cairan dengan viskositas hingga 100.000cP, ultrasonik merupakan teknologi yang sangat efektif untuk mendispersikan nanotabung dalam air, minyak, atau polimer pada konsentrasi rendah maupun tinggi. Aliran jet cairan yang dihasilkan oleh kavitasi ultrasonik, mengatasi gaya ikatan antarnanotabung dan memisahkan tabung-tabung tersebut. Berkat gaya geser dan turbulensi mikro yang dihasilkan secara ultrasonik, ultrasonik juga dapat membantu pelapisan permukaan dan reaksi kimia nanotabung dengan bahan lain.
Umumnya, dispersi nanotabung kasar terlebih dahulu dicampur menggunakan pengaduk standar, lalu dihomogenisasi dalam reaktor sel alir ultrasonik. Video di bawah ini menunjukkan uji laboratorium (sonikasi batch menggunakan UP400S) untuk mendispersikan nanotabung karbon berdinding banyak dalam air pada konsentrasi rendah. Karena sifat kimia karbon, pendispersian nanotabung dalam air cukup sulit. Seperti yang ditunjukkan dalam video, dapat dengan mudah dibuktikan bahwa sonikasi mampu mendispersikan nanotabung secara efektif.
Perbandingan berbagai bahan pengisi nano yang didispersikan dalam pengeras menggunakan sonikasi tipe probe): (a) 0,5 wt% nanoserat karbon (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxid; (c) 0,5 wt% nanotabung karbon (CNT); (d) 0,5 wt% CNT yang terdispersi sebagian.
Studi dan gambar: ©Zanghellini et al., 2021
Dispersi SWNT Individual yang Panjang
Masalah utama dalam pemrosesan dan manipulasi SWNT adalah sifat bawaan tabung yang tidak larut dalam pelarut organik umum dan air. Fungsionalisasi dinding samping atau ujung terbuka nanotabung untuk menciptakan antarmuka yang sesuai antara SWNT dan pelarut umumnya hanya menghasilkan eksfoliasi parsial pada untaian SWNT.
Akibatnya, SWNT biasanya terdispersi sebagai berkas, bukan sebagai objek individual yang sepenuhnya terpisah. Ketika kondisi yang terlalu keras diterapkan selama pendispersian, SWNT memendek hingga panjang antara 80 dan 200nm. Meskipun berguna untuk pengujian tertentu, panjang ini terlalu pendek untuk sebagian besar aplikasi praktis, seperti SWNT semikonduktor atau penguat. Perlakuan ultrasonik ringan yang terkontrol (misalnya dengan UP200Ht dengan sonotrode 40mm) merupakan prosedur yang efektif untuk menyiapkan dispersi SWNT individual yang panjang dalam air. Rangkaian sonikasi ringan meminimalkan pemendekan dan memungkinkan sifat struktural serta elektronik dipertahankan secara maksimal.
Pemurnian SWNT melalui Sonikasi Berbantuan Polimer
Modifikasi kimia SWNT pada tingkat molekuler sulit dipelajari karena SWNT murni sulit diperoleh. SWNT hasil pertumbuhan yang belum dimurnikan mengandung banyak pengotor, seperti partikel logam dan karbon amorf. Sonikasi SWNT dalam larutan poli(metil metakrilat) PMMA dengan pelarut monoklorobenzena (MCB), yang diikuti dengan filtrasi, merupakan cara yang efektif untuk memurnikan SWNT. Metode pemurnian berbantuan polimer ini memungkinkan pengotor dihilangkan secara efektif dari SWNT hasil pertumbuhan yang belum dimurnikan. (Yudasaka et al.) Pengendalian amplitudo sonikasi secara akurat memungkinkan kerusakan pada SWNT dibatasi.
Hielscher menyediakan beragam perangkat ultrasonik dan aksesori untuk pendispersian nanotabung secara efisien.
- Perangkat laboratorium ringkas dengan daya ultrasonik hingga 400 watt untuk pendispersian dalam volume yang lebih kecil hingga 2 liter
- UIP500hdT, UIP1000hdT dan UIP1500hdT merupakan prosesor ultrasonik yang dapat memproses volume lebih besar.
- Sistem ultrasonik berdaya 2kW (UIP2000hdT) dan 4kW (UIP4000hdT) dapat digunakan untuk pendispersian nanotabung karbon pada skala produksi. UIP10000 (10 kilowatt) dan UIP16000 (16 kilowatt) dapat digunakan dalam kelompok yang terdiri atas beberapa unit individual untuk pemrosesan nanotabung karbon dalam skala besar.”
Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!
Referensi
- 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 memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi dari skala laboratorium hingga industri.