CNT yang Terdispersi Merata melalui Ultrasonikasi

Untuk memanfaatkan fungsi luar biasa nanotabung karbon (CNT), CNT harus didispersikan secara homogen.
Disperser ultrasonik merupakan alat yang paling umum digunakan untuk mendistribusikan CNT dalam suspensi berbasis air dan pelarut.
Teknologi pendispersian ultrasonik menghasilkan energi geser yang cukup tinggi untuk memisahkan CNT sepenuhnya tanpa merusaknya.

Pendispersian Ultrasonik Nanotabung Karbon

Nanotabung karbon (CNT) memiliki rasio aspek yang sangat tinggi serta densitas rendah dan luas permukaan yang sangat besar (beberapa ratus m2/g), yang memberikan sifat unik seperti kekuatan tarik, kekakuan, dan ketangguhan yang sangat tinggi serta konduktivitas listrik dan termal yang sangat tinggi. Karena gaya Van der Waals, yang menyebabkan masing-masing nanotabung karbon (CNT) saling tarik-menarik, CNT biasanya tersusun dalam berkas atau untaian kusut. Gaya tarik antarmolekul ini didasarkan pada fenomena penumpukan ikatan π antara nanotabung yang berdekatan, yang dikenal sebagai penumpukan π. Untuk memperoleh manfaat penuh nanotabung karbon, aglomerat ini harus diurai dan CNT harus didistribusikan secara merata dalam dispersi homogen. Ultrasonikasi intens menghasilkan kavitasi akustik dalam cairan. Tegangan geser lokal yang dihasilkan memecah agregat CNT dan mendispersikannya secara merata dalam suspensi homogen. Teknologi pendispersian ultrasonik menghasilkan energi geser yang cukup tinggi untuk memisahkan CNT sepenuhnya tanpa merusaknya. Bahkan pada SWNT yang sensitif, sonikasi berhasil diterapkan untuk mengurainya menjadi nanotabung individual. Ultrasonikasi memberikan tingkat tegangan yang cukup untuk memisahkan agregat SWNT tanpa menyebabkan banyak patahan pada nanotabung individual (Huang, Terentjev 2012).

Keunggulan Dispersi CNT Ultrasonik

CNT terdispersi secara individual
Distribusi homogen
Efisiensi dispersi tinggi
Kadar CNT tinggi
Tanpa degradasi CNT
Pemrosesan cepat
Kontrol proses yang presisi

Nanofluida yang disintesis secara ultrasonik merupakan cairan pendingin dan cairan penukar panas yang efisien. Nanomaterial penghantar panas meningkatkan perpindahan panas dan kapasitas pelepasan panas secara signifikan. Sonikasi telah digunakan secara luas dalam sintesis dan fungsionalisasi nanopartikel penghantar panas serta produksi nanofluida yang stabil dan berkinerja tinggi untuk aplikasi pendinginan.

Sistem Ultrasonik Berkinerja Tinggi untuk Dispersi CNT

Hielscher Ultrasonics menyediakan peralatan ultrasonik yang berdaya tinggi dan andal untuk mendispersikan CNT secara efisien. Baik Anda perlu menyiapkan sampel CNT kecil untuk analisis serta penelitian dan pengembangan maupun memproduksi dispersi dalam jumlah besar pada skala industri, rangkaian produk Hielscher menawarkan sistem ultrasonik yang ideal untuk kebutuhan Anda. Mulai dari ultrasonikator 50W untuk laboratorium hingga unit ultrasonik industri 16kW untuk produksi komersial, Hielscher Ultrasonics memenuhi kebutuhan Anda.
Untuk menghasilkan dispersi nanotabung karbon berkualitas tinggi, parameter proses harus dikendalikan dengan baik. Amplitudo, suhu, tekanan, dan waktu tinggal merupakan parameter paling penting untuk distribusi CNT yang merata. Ultrasonikator Hielscher tidak hanya memungkinkan kontrol presisi atas setiap parameter, tetapi semua parameter proses juga dicatat secara otomatis pada kartu SD terintegrasi dalam sistem ultrasonik digital Hielscher. Catatan setiap proses sonikasi membantu memastikan hasil yang dapat direproduksi dan kualitas yang konsisten. Melalui kontrol jarak jauh berbasis peramban, pengguna dapat mengoperasikan dan memantau perangkat ultrasonik tanpa berada di lokasi sistem ultrasonik.
Karena nanotabung karbon berdinding tunggal (SWNT) dan nanotabung karbon berdinding banyak (MWNT), serta medium air atau pelarut yang dipilih, memerlukan intensitas pemrosesan tertentu, amplitudo ultrasonik merupakan faktor utama yang menentukan produk akhir. Prosesor ultrasonik industri Hielscher Ultrasonics dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi maupun sangat rendah. Tentukan amplitudo ideal untuk kebutuhan proses Anda. Bahkan amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dijalankan secara terus-menerus dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, tersedia sonotrode ultrasonik yang dibuat sesuai kebutuhan. Ketangguhan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan operasi 24/7 dengan beban berat dan dalam lingkungan yang menuntut.
Pelanggan kami puas dengan ketangguhan dan keandalan sistem Hielscher Ultrasonics yang luar biasa. Pemasangan untuk aplikasi dengan beban berat, lingkungan yang menuntut, dan operasi 24/7 memastikan pemrosesan yang efisien dan ekonomis. Intensifikasi proses ultrasonik mengurangi waktu pemrosesan dan memberikan hasil yang lebih baik, yaitu kualitas lebih tinggi, rendemen lebih tinggi, dan produk inovatif.
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Volume Batch	Laju Alir	Perangkat yang Direkomendasikan
0,5 hingga 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 hingga 500mL	10 hingga 200mL/min	UP100H
10 hingga 2000mL	20 hingga 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 hingga 20L	0,2 hingga 4L/min	UIP2000hdT
10 hingga 100L	2 hingga 10L/min	UIP4000hdT
n.a.	10 hingga 100L/min	UIP16000
n.a.	lebih besar	gabungan beberapa unit UIP16000

Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!

Dispersi ultrasonik nanotube karbon: Sonikator Hielscher UP400S (400W) mendispersikan dan mengurai kekusutan CNTs secara cepat dan efisien menjadi nanotube individual.

Topik Terkait

Literatur / Referensi

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.

Fakta yang Perlu Diketahui

Apa Itu Nanotabung Karbon

Nanotabung karbon (CNT) termasuk dalam kelas khusus material karbon satu dimensi yang memiliki sifat mekanis, listrik, termal, dan optik yang luar biasa. CNT merupakan komponen utama yang digunakan dalam pengembangan dan produksi nanomaterial canggih seperti nanokomposit, polimer yang diperkuat, dan sebagainya, sehingga digunakan dalam teknologi mutakhir. CNT memiliki kekuatan tarik yang sangat tinggi, sifat perpindahan panas yang unggul, celah pita energi yang rendah, serta stabilitas kimia dan fisika yang optimal, sehingga nanotabung menjadi aditif yang menjanjikan untuk beragam material.
Berdasarkan strukturnya, CNTS dibedakan menjadi nanotabung karbon berdinding tunggal (SWNT), nanotabung karbon berdinding ganda (DWCNT), dan nanotabung karbon berdinding banyak (MWNT).
SWNT merupakan tabung silindris panjang berongga dengan dinding karbon setebal satu atom. Lembaran atom karbon tersebut tersusun dalam kisi sarang lebah. Secara konseptual, SWNT sering dibandingkan dengan lembaran grafit satu lapis atau grafena yang digulung.
DWCNT terdiri atas dua nanotabung berdinding tunggal, dengan satu tabung berada di dalam tabung lainnya.
MWNT merupakan bentuk CNT dengan beberapa nanotabung karbon berdinding tunggal yang tersusun saling melingkupi. Karena diameternya berkisar antara 3–30 nm dan panjangnya dapat mencapai beberapa cm, rasio aspeknya dapat bervariasi antara 10 dan sepuluh juta. Dibandingkan dengan nanoserat karbon, MWNT memiliki struktur dinding yang berbeda, diameter luar yang lebih kecil, dan bagian dalam berongga. Jenis MWNT yang tersedia secara industri dan umum digunakan antara lain Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100, dan FutureCarbon CNT-MW.
Sintesis CNT: CNT dapat diproduksi dengan metode sintesis berbasis plasma atau metode penguapan lucutan busur, metode ablasi laser, proses sintesis termal, deposisi uap kimia (CVD), atau deposisi uap kimia berbantuan plasma.
Fungsionalisasi CNT: Untuk meningkatkan karakteristik nanotabung karbon sehingga lebih sesuai untuk aplikasi tertentu, CNT sering difungsionalisasi, misalnya dengan menambahkan gugus asam karboksilat (-COOH) atau hidroksil (-OH).

Aditif Pendispersi CNT

Beberapa pelarut seperti superasam, cairan ionik, dan N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone dapat digunakan untuk menyiapkan dispersi CNT dengan konsentrasi relatif tinggi, sedangkan pelarut nanotabung yang paling umum, seperti N-metil-2-pirolidon (NMP), dimetilformamida (DMF), dan 1,2-dichrolobenzene, hanya dapat mendispersikan nanotabung pada konsentrasi sangat rendah (misalnya, biasanya <0,02 wt% CNT berdinding tunggal). Bahan pendispersi yang paling umum adalah polivinilpirolidon (PVP), natrium dodesilbenzena sulfonat (SDBS), Triton 100, atau natrium dodesil sulfonat (SDS).
Kresol merupakan kelompok bahan kimia industri yang dapat memproses CNT pada konsentrasi hingga puluhan persen berat, menghasilkan transisi berkelanjutan dari dispersi encer, pasta kental, dan gel yang dapat mempertahankan bentuknya sendiri hingga keadaan menyerupai adonan mainan yang belum pernah dicapai sebelumnya, seiring meningkatnya kadar CNT. Keadaan-keadaan ini menunjukkan sifat reologi dan viskoelastis menyerupai polimer yang tidak dapat dicapai dengan pelarut umum lainnya, yang mengindikasikan bahwa nanotabung memang terurai dari agregatnya dan terdispersi secara halus dalam kresol. Kresol dapat dihilangkan setelah pemrosesan melalui pemanasan atau pencucian, tanpa mengubah permukaan CNT. [Chiou et al. 2018]

Aplikasi Dispersi CNT

Untuk memanfaatkan keunggulan CNT, CNT harus didispersikan dalam cairan seperti polimer. CNT yang terdispersi merata digunakan untuk pembuatan plastik konduktif, layar kristal cair, dioda pemancar cahaya organik, layar sentuh, layar fleksibel, sel surya, tinta konduktif, material pengendali listrik statis, termasuk film, busa, serat, dan kain, pelapis dan perekat polimer, komposit polimer berkinerja tinggi dengan kekuatan mekanis dan ketangguhan yang luar biasa, serat komposit polimer/CNT, serta material ringan dan antistatis.

Apa Saja Bentuk Karbon?
Karbon terdapat dalam beberapa alotrop, termasuk:

Bentuk kristalin: Intan, grafit, grafena, nanotabung karbon (CNT), fulerena (misalnya, C₆₀).
Bentuk amorf: Arang, jelaga, karbon hitam, karbon kaca, karbon menyerupai intan (DLC), karbon amorf satu lapis (MAC).
Nanostruktur hibrida: Nanointan, karbon berstruktur bawang, aerogel karbon, dan komposit seperti hibrida nanokarbon-logam.

Setiap bentuk memiliki sifat fisikokimia yang berbeda dan relevan untuk aplikasi dalam ilmu material, elektronika, dan penyimpanan energi.