CNT yang tersebar secara seragam dengan ultrasonikasi
Untuk mengeksploitasi fungsionalitas luar biasa dari tabung nano karbon (CNT), mereka harus tersebar secara homogen.
Disperser ultrasonik adalah alat yang paling umum untuk mendistribusikan CNT ke dalam suspensi berair dan berbasis pelarut.
Teknologi dispersi ultrasonik menciptakan energi geser yang cukup tinggi untuk mencapai pemisahan lengkap CNT tanpa merusaknya.
Penyebaran Ultrasonik Tabung Nano Karbon
Tabung nano karbon (CNT) memiliki rasio aspek yang sangat tinggi dan menunjukkan kepadatan rendah serta luas permukaan yang sangat besar (beberapa ratus m2 / g), yang memberi mereka sifat unik seperti kekuatan tarik, kekakuan, dan ketangguhan yang sangat tinggi dan konduktivitas listrik dan termal yang sangat tinggi. Karena gaya Van der Waals, yang menarik tabung nano karbon tunggal (CNT) satu sama lain, CNT tersusun secara normal dalam bundel atau gulungan. Gaya tarik-menarik antarmolekul ini didasarkan pada fenomena penumpukan ikatan π antara tabung nano yang berdekatan yang dikenal sebagai penumpukan π. Untuk mendapatkan manfaat penuh dari tabung nano karbon, aglomerat ini harus diuraikan dan dan CNT harus didistribusikan secara merata dalam dispersi homogen. Ultrasonication yang intens menciptakan kavitasi akustik dalam cairan. Tegangan geser lokal yang dihasilkan dengan demikian memecah agregat CNT dan menyebarkannya secara merata dalam suspensi homogen. Teknologi dispersi ultrasonik menciptakan energi geser yang cukup tinggi untuk mencapai pemisahan lengkap CNT tanpa merusaknya. Bahkan untuk sonikasi SWNT yang sensitif berhasil diterapkan untuk menguraikannya secara individual. Ultrasonikasi hanya memberikan tingkat tegangan yang cukup untuk memisahkan agregat SWNT tanpa menyebabkan banyak fraktur pada tabung nano individu (Huang, Terentjev 2012).
- CNT terdispersi tunggal
- Distribusi homogen
- Efisiensi dispersi tinggi
- Beban CNT tinggi
- Tidak ada degradasi CNT
- Pemrosesan cepat
- Kontrol proses yang tepat
UIP2000hdT – Ultrasonicator kuat 2kW untuk dispersi CNT
Sistem Ultrasonik Kinerja Tinggi untuk Dispersi CNT
Hielscher Ultrasonics memasok peralatan ultrasonik yang kuat dan andal untuk dispersi CNT yang efisien. Apakah Anda perlu menyiapkan sampel CNT kecil untuk analisis dan R&D atau Anda harus memproduksi banyak dispersi curah industri besar, rangkaian produk Hielscher menawarkan sistem ultrasonik yang ideal untuk kebutuhan Anda. Dari Ultrasonicator 50W untuk lab hingga Unit ultrasonik industri 16kW untuk manufaktur komersial, Hielscher Ultrasonics siap membantu Anda.
Untuk menghasilkan dispersi nanotube karbon berkualitas tinggi, parameter proses harus dikontrol dengan baik. Amplitudo, suhu, tekanan, dan waktu retensi adalah parameter paling penting untuk distribusi CNT yang merata. Ultrasonicators Hielscher tidak hanya memungkinkan kontrol yang tepat dari setiap parameter, semua parameter proses secara otomatis direkam pada kartu SD terintegrasi dari sistem ultrasonik digital Hielscher. Protokol setiap proses sonikasi membantu memastikan hasil yang dapat direproduksi dan kualitas yang konsisten. Melalui kontrol browser jarak jauh, pengguna dapat mengoperasikan dan memantau perangkat ultrasonik tanpa berada di lokasi sistem ultrasonik.
Karena tabung nano karbon berdinding tunggal (SWNT) dan tabung nano karbon berdinding ganda (MWNT) serta media berair atau pelarut yang dipilih memerlukan intensitas pemrosesan tertentu, amplitudo ultrasonik merupakan faktor kunci dalam hal produk akhir. Ultrasonik Hielscher’ Prosesor ultrasonik industri dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi dan sangat ringan. Tetapkan amplitudo ideal untuk kebutuhan proses Anda. Bahkan amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dijalankan terus menerus dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrode ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Kekokohan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.
Pelanggan kami puas dengan kekokohan dan keandalan yang luar biasa dari sistem Hielscher Ultrasonic. Pemasangan di bidang aplikasi tugas berat, lingkungan yang menuntut, dan operasi 24/7 memastikan pemrosesan yang efisien dan ekonomis. Intensifikasi proses ultrasonik mengurangi waktu pemrosesan dan mencapai hasil yang lebih baik, yaitu kualitas lebih tinggi, hasil yang lebih tinggi, produk inovatif.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:
| Batch Volume | Flow Rate | Direkomendasikan perangkat |
|---|---|---|
| 0.5 untuk 1.5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 hingga 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10-2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 hingga 20L | 0.2 sampai 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 sampai 100L | 2-10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 sampai 100L/menit | UIP16000 |
| n.a. | kristal yang lebbig | cluster UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanya Kami!
Prosesor ultrasonik berdaya tinggi dari laboratorium hingga skala percontohan dan industri.
Literatur / Referensi
- 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-fakta yang Patut Diketahui
nanotubes karbon
Tabung nano karbon (CNT) adalah bagian dari kelas khusus bahan karbon satu dimensi, yang menunjukkan sifat mekanik, listrik, termal, dan optik yang luar biasa. Mereka adalah komponen utama yang digunakan dalam pengembangan dan produksi nanomaterial canggih seperti nano-komposit, polimer yang diperkuat, dll. dan oleh karena itu digunakan dalam teknologi canggih. CNT mengekspos kekuatan tarik yang sangat tinggi, sifat perpindahan termal yang unggul, celah pita rendah, dan stabilitas kimia dan fisik yang optimal, yang menjadikan tabung nano sebagai aditif yang menjanjikan untuk bahan bermacam-macam.
Bergantung pada strukturnya, CNTS dibedakan menjadi tabung nano karbon berdinding tunggal (SWNT), tabung nano karbon berdinding ganda (DWCNT), dan tabung nano karbon berdinding multi-dinding (MWNT).
SWNT adalah tabung silinder panjang berongga yang terbuat dari dinding karbon setebal satu atom. Lembaran atom karbon disusun dalam kisi sarang lebah. Seringkali, mereka secara konseptual dibandingkan dengan lembaran grafit atau graphene satu lapis yang digulung.
DWCNT terdiri dari dua tabung nano berdinding tunggal, dengan satu bersarang di dalam yang lain.
MWNT adalah bentuk CNT, di mana beberapa tabung nano karbon berdinding tunggal bersarang satu sama lain. Karena diameternya berkisar antara 3–30 nm dan karena panjangnya dapat tumbuh beberapa cm, rasio aspeknya dapat bervariasi antara 10 dan sepuluh juta. Dibandingkan dengan serat nano karbon, MWNT memiliki struktur dinding yang berbeda, diameter luar yang lebih kecil, dan interior berongga. Jenis MWNT yang umum digunakan secara industri adalah misalnya Baytubes® C150P , Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100, dan FutureCarbon CNT-MW.
Sintesis CNT: CNT dapat diproduksi dengan metode sintesis berbasis plasma atau metode penguapan pelepasan busur, metode ablasi laser, proses sintesis termal, pengendapan uap kimia (CVD) atau pengendapan uap kimia yang ditingkatkan plasma.
Fungsionalisasi CNT: Untuk meningkatkan karakteristik tabung nano karbon dan membuatnya lebih cocok untuk aplikasi tertentu, CNT sering difungsikan, misalnya dengan menambahkan gugus asam karboksilat (-COOH) atau hidroksil (-OH).
Aditif Pendispersi CNT
Beberapa pelarut seperti asam super, cairan ionik, dan N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone mampu membuat dispersi CNT dengan konsentrasi yang relatif tinggi, sedangkan pelarut yang paling umum untuk tabung nano, seperti N-metil-2-pirolidon (NMP), dimetilformamida (DMF), dan 1,2-dichrolobenzene, dapat membubarkan tabung nano hanya pada konsentrasi yang sangat rendah (misalnya, biasanya <0.02% wt% CNT berdinding tunggal). Agen dispersi yang paling umum adalah polyvinylpyrrolidone (PVP), Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate (SDBS), Triton 100, atau Sodium Dodecyl Sulfonate (SDS).
Cresol adalah sekelompok bahan kimia industri yang dapat memproses CNT pada konsentrasi hingga puluhan persen berat, menghasilkan transisi terus menerus dari dispersi encer, pasta kental, dan gel berdiri bebas ke keadaan seperti playdough yang belum pernah terjadi sebelumnya, saat pemuatan CNT meningkat. Keadaan ini menunjukkan sifat reologi dan viskoelastis seperti polimer, yang tidak dapat dicapai dengan pelarut umum lainnya, menunjukkan bahwa tabung nano memang terpilah dan tersebar halus dalam kresol. Cresol dapat dihilangkan setelah diproses dengan memanaskan atau mencuci, tanpa mengubah permukaan CNT. [Chiou et al. 2018]
Aplikasi Dispersi CNT
Untuk menggunakan manfaat CNT, mereka harus didistribusikan ke dalam cairan seperti polimer, CNT yang tersebar merata digunakan untuk pembuatan plastik konduktif, tampilan kristal cair, dioda pemancar cahaya organik, layar sentuh, tampilan fleksibel, sel surya, tinta konduktif, bahan kontrol statis, termasuk film, busa, serat, dan kain, pelapis polimer dan perekat, komposit polimer berkinerja tinggi dengan kekuatan mekanik dan ketangguhan yang luar biasa, serat komposit polimer/CNT, serta bahan ringan dan antistatis.