3D印刷可能なインク中のカーボンナノチューブの分散

3D印刷可能なインク中のCNTの均一な分散は、インクの特性を高め、さまざまな分野での新しいアプリケーションを可能にします。プローブ型超音波は、ポリマー中のCNTの安定したナノ懸濁液を生成するための信頼性の高い分散技術です。

超音波処理によるポリマー中の効率的で安定したCNT分散

カーボンナノチューブ(CNT)は、その独特の特性により、さまざまな用途でシリコンオイルに分散されることがよくあります。シリコン油中のCNTの分散は、得られる材料の機械的、熱的、および電気的特性を改善することができる。 そのような用途の1つは、導電性3D印刷可能なインク用のCNTドープポリマーの製造であり、例えば、ウェアラブル触覚センサー、患者特異的組織再生足場、および柔軟なECGおよびEEG電極のバイオベースの積層造形用です。
また、シリコンオイルに分散したCNTは、フレキシブルディスプレイやセンサーなどの電子デバイスの導電性インクとして使用できます。CNTは伝導経路として機能し、電流の流れを可能にします。

ポリマー中のカーボンナノチューブ(CNT)の分散は、UIP1000hdTなどの超音波プローブの典型的な用途です。超音波分散機は、例えば3D印刷可能なインクの製造のために、溶媒およびポリマー中のCNTの均一な分布を保証する。

ポリエチレングリコール(PEG)中のCNTの分散 - ヒールシャー超音波

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高性能超音波処理器は、ナノ分散液、例えば、積層造形のための導電性3D印刷可能なナノインクの製造のための信頼性の高い高効率インライン混合システムです。

産業用インライン分散のための産業用パワー超音波システム:高性能超音波処理器は、ポリマー中のCNTなどのナノ分散液の生産のための信頼性の高い高効率インライン混合システムです。

超音波CNT /ポリマー分散の利点

超音波は非常に効率的な分散技術であり、いくつかの利点があります。ポリマー中のカーボンナノチューブ(CNT)の超音波分散の利点は次のとおりです。

  • 分散の改善: 超音波エネルギーは、効果的にCNTの凝集体を分解し、ポリマー中のそれらの均一な分散を促進することができます。これにより、機械的特性、電気伝導率、および熱伝導率が改善された均質な混合物が得られます。
  • 正確な制御: 超音波エネルギーは、分散の程度やCNTのサイズなど、分散プロセスをよりよく制御することができます。これは、得られるナノコンポジット材料の所望の特性を達成するのに役立つ。
  • 処理時間の短縮: 超音波分散は、熱なしで磁気攪拌や超音波処理などの他の分散方法と比較して処理時間を大幅に短縮することができます。これにより、プロセスの効率とスケーラビリティを向上させることができます。
  • 万芸: 超音波分散機は、ナノスフィア(例えば、ナノシリカ)、ナノチューブ(SWNT、MWNT)、グラフェンまたはボルフェンなどのナノシート、官能化ナノ材料、ならびにコアシェルナノ粒子を含むあらゆる種類のナノ粒子を処理することができる。もちろん、ヒールシャー超音波処理器は、高い固体負荷を処理することができ、任意の溶媒や液体と互換性があります。
  • コスト効率: 超音波分散機は、ミルおよび他のディスペシング技術と比較した場合、比較的安価な混合装置である。さらに、超音波プロセッサは非常に堅牢で、メンテナンスはほとんど必要とせず、エネルギー効率が高いです。
  • バッチ処理とインライン処理: 超音波分散は、バッチまたは連続フローモードで実行することができます。
  • 簡単な操作: 超音波プローブは操作が簡単で安全です。ヒールシャーデジタル超音波処理器はプログラム可能で、リモートで制御することができます。自動データ記録は、品質基準を維持するのに役立ちます。
  • 線形スケーラビリティ: 超音波分散プロセスは、超音波処理を非常に効率的であるだけでなく、工業生産のための実用的な製造方法にもする任意のサイズに完全に線形スケーリングすることができます。
  • グリーン: 超音波分散は、有害な溶剤や化学物質の使用を回避または削減することを可能にするグリーンで環境に優しい方法であり、産業用途にとってより安全で持続可能な選択肢となります。
  • インライン溶解プロセスのための超音波工業システム。

    インライン溶解プロセスのための超音波産業システム、例えばポリマー製剤へのカーボンナノチューブの均一な分散。

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    このビデオでは、パージ可能なキャビネットでのインライン操作のための2キロワットの超音波システムを紹介します。ヒールシャーは、化学工業、製薬、化粧品、石油化学プロセスだけでなく、溶媒ベースの抽出プロセスなど、ほぼすべての産業に超音波装置を供給します。このパージ可能なステンレス製キャビネットは、危険場所での操作用に設計されています。この目的のために、密閉されたキャビネットは、可燃性ガスや蒸気がキャビネットに入るのを防ぐために、窒素または新鮮な空気でお客様がパージすることができます。

    危険区域に取付けるためのパージ可能なキャビネットの2x 1000ワットの超音波装置

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    CNT / PDMS複合材料の超音波生産のための一般的なプロトコル

    超音波は、ポリマー中の多数のナノサイズの材料の分散に使用されます。具体的かつ一般的に使用されるアプリケーションは、プローブ型超音波処理を用いたジメチルポリシロキサン(PDMS)中のカーボンナノチューブ(CNT)の分散である。CNTをPDMSマトリックスに分散させるために、パワー超音波および音響キャビテーションの結果として生じる効果を使用して、ナノチューブを解きほぐし、ナノ懸濁液に均一に混合する。プローブ型超音波処理は、凝集したCNTを効果的に破壊して分散させることができる強烈なキャビテーション力を生成する能力のためにCNTを分散させるための強力な方法です。
    超音波分散は、特定の前処理または後処理を必要としない簡単な処理ステップです。超音波装置自体は安全で操作が簡単です。
    プローブ型超音波処理を使用した分散のプロセスは、典型的には以下のステップを含む。

    1. CNT-PDMS混合物の調製: 所定量のCNTをPDMSマトリックスに添加し、メカニカルスターラーを用いて予め混合する。 興味深いことに、CNTを溶媒に予め分散させることによって、電気伝導率を高めることができた。最良の結果は、テトラヒドロフラン(THF)、アセトンまたはクロロホルム(最良の結果でソート)によって達成されます。
    2. プローブ型超音波処理: 混合物は、典型的に約20kHzの周波数を有する超音波を生成する高強度超音波プローブを用いてプローブ型超音波処理を受ける。容量および製剤に応じて、超音波処理は、典型的には、CNTsの完全な分散を確実にするために数分間行われる。
    3. 分散の監視: CNTの分散は、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)、またはUV-Vis分光法などの技術を使用してモニターされます。これらの手法を使用して、PDMSマトリックス内のCNTの分布を視覚化し、CNTが均一に分散されるようにすることができます。

    要約すると、プローブ型超音波処理は、凝集したCNTを効果的に破壊して分散させることができる強烈なキャビテーション力を生成する能力のために、PDMSなどのポリマーにCNTを分散させるための強力な方法です。

    CNT/ポリマー複合材料の超音波加工に関する事例研究

    プローブ型超音波を用いたナノチューブおよび他の炭素ベースのナノ材料の分散は広く研究されており、その後工業生産に実施されている。以下に、超音波ナノチューブ分散の並外れた効率を実証するいくつかの調査研究を紹介します。

    ウェアラブルセンサ用PDMSにおけるCNTの超音波分散

    ナノコンポジットの分散と合成のための超音波プローブ型ホモジナイザーUP400St。Del Bosqueら(2022)は、CNT分散の有効性について3ロールミリングと超音波処理を比較しました。ポリマーマトリックスへのナノ粒子の分散手順の分析は、超音波技術がキャビテーション力によって誘発されるCNT分布のより高い均質性のために3ロール粉砕と比較してより高い電気感度を提供することを示している。種々のCNT負荷を試験したところ、CNT−PDMSシステムのパーコレーション閾値、すなわち導電性となる臨界CNT含有量は、0.4重量%CNTであることが判明した。多層カーボンナノチューブ(MWCNT)は、ヒールシャー超音波装置UP400ST(左の写真を参照)を使用して超音波処理によって0.5パルスサイクルと2時間の50%振幅で分散されました。超音波処理時間の過程で超音波分散の効果は、下の写真に示されています。
    この分析に基づいて、ウェアラブルセンサの製造に最適な条件を、超音波プロセスによって0.4重量%CNTとして選択した。この点で、連続した負荷サイクル下での電気的応答の分析は、開発されたセンサーの高い堅牢性を示し、2%、5%、および10%のひずみで損傷の存在がなく、これらのセンサーは中程度のひずみを監視するのに信頼性があります。

    カーボンナノチューブの超音波分散は、ジメチルポリシロキサン(PDMS)などのポリマーマトリックス中にナノチューブを均一に分布させるのに非常に効率的です。

    様々な超音波処理時間で超音波処理器UP400Stを使用してPDMSのMWCNTの超音波分散。
    (研究と画像:©デルボスケら、2022年)

    CNT/ポリマーナノコンポジットのための高性能超音波分散装置

    超音波装置UIP2000hdTは、多数の液体および固液アプリケーションのためのモバイルオーバーヘッドホモジナイザーです。ヒールシャー超音波メーカーラボ、ベンチトップおよび業界での要求の厳しい分散アプリケーションのための高出力超音波プローブ。ヒールシャー超音波分散機は、溶媒、ポリマーおよび複合材料中のナノ材料の効率的かつ正確な均質化および分散を提供する。
    高度な超音波技術により、これらの分散機は、均一な粒度分布、安定した分散液、および/またはナノ粒子の機能化を達成するための迅速かつ簡単なソリューションを提供します。
    処理時間を短縮し、エネルギー消費を最小限に抑えることにより、超音波プローブ分散機は、生産性を向上させ、さまざまな業界の企業の運用コストを削減することができます。
    ヒールシャー超音波処理器はまた、プローブサイズ、ブースターホーン、電力レベル、およびフローセルの範囲のオプションを使用して、特定の要件に合わせてカスタマイズすることができ、汎用性があり、様々なナノ製剤およびボリュームに適応可能になります。
    全体として、超音波プローブ分散機は、ナノ材料処理ワークフローを最適化し、一貫した信頼性の高い結果を達成しようとしている研究所や産業にとって優れた投資です。

    設計・製造・コンサルティング – ドイツ製の品質

    ヒールシャー超音波処理器は、その最高の品質と設計基準でよく知られています。堅牢性と簡単な操作により、当社の超音波装置を産業施設にスムーズに統合できます。過酷な条件と要求の厳しい環境は、ヒールシャー超音波処理器によって確実に処理されます。

    ヒールシャー超音波はISO認定企業であり、最先端の技術と使いやすさを備えた高性能超音波装置に特に重点を置いています。もちろん、ヒールシャー超音波処理器はCEに準拠しており、UL、CSAおよびRoHsの要件を満たしています。

    下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます:

    バッチ容量 流量 推奨デバイス
    01.5mlの0.5へ N.A。 VialTweeter
    500mLの1〜 200mL /分で10 UP100H
    2000mlの10〜 20 400mLの/分 Uf200ःトンUP400St
    00.1 20Lへ 04L /分の0.2 UIP2000hdT
    100Lへ10 10L /分で2 UIP4000hdT
    15から150L 3から15リットル/分 UIP6000hdT
    N.A。 10 100L /分 UIP16000
    N.A。 大きな のクラスタ UIP16000

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    超音波プロセッサ、アプリケーション、価格に関する追加情報を要求するには、以下のフォームを使用してください。私たちはあなたとあなたのプロセスを議論し、あなたの要件を満たす超音波システムを提供するために喜んでいるでしょう!









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    カーボンナノチューブの超音波分散:ヒールシャー超音波式UP400S(400W)は、単一のナノチューブに高速かつ効率的にCNTを分散させ、デタングルします。

    UP400Sを用いた水へのカーボンナノチューブの分散

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    超音波高剪断ホモジナイザーは、実験室、ベンチトップ、パイロット、産業加工で使用されます。

    ヒールシャー超音波は、ラボ、パイロット、工業規模でアプリケーション、分散、乳化および抽出を混合するための高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。



    高出力超音波プローブを使用したナノ分散用の工業用混合反応器。

    工業処理のための超音波バッチ反応器、例えばCNTおよび他のナノフィラーを添加剤製造のための3D印刷可能なインクのためのポリマーに組み込む。


    文献 / 参考文献


    高性能超音波!ヒールシャーの製品範囲は、完全工業用超音波システムにベンチトップユニット上のコンパクトラボ超音波装置から完全なスペクトルをカバーしています。

    ヒールシャー超音波は、から高性能超音波ホモジナイザーを製造しています ラボ産業サイズ。


    私たちはあなたのプロセスを議論して喜んでいるでしょう。

    連絡を取りましょう。