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。

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。

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

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。

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

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：