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3Dプリント可能なインクへのカーボンナノチューブの分散

3Dプリント可能なインクにCNTを均一に分散させることで、インクの特性を向上させ、さまざまな分野での新たな応用が可能になります。プローブ型超音波処理は、ポリマー中のCNTの安定な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、そのユニークな特性により、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。シリコンオイルにCNTを分散させることで、得られる材料の機械的、熱的、電気的特性を向上させることができます。 そのようなアプリケーションの1つは、ウェアラブル触覚センサー、患者固有の組織再生足場、柔軟なECGおよびEEG電極のバイオベースの積層造形など、導電性3Dプリント可能なインク用のCNTドープポリマーの製造です。
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への導電性インクとして利用することができます。CNTは導電性経路として機能し、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プリント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の均一な分布を確保する。

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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高性能超音波装置は、ナノ分散液、例えば、積層造形用の導電性3Dプリント可能なナノインクを製造するための信頼性が高く高効率のインライン混合システムです。

工業用インライン分散のための工業用パワー超音波システム:高性能超音波装置は、ポリマー中のCNTなどのナノ分散物を製造するための信頼性と高効率の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

超音波処理は非常に効率的な分散技術であり、これには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。

  • 改良された散布界: 超音波エネルギーは、CNTの凝集体を効果的に分解し、ポリマー中でのそれらの均一な分散を促進することができる。これにより、機械的特性、電気伝導性、および熱伝導性が改善された均質な混合物が得られます。
  • 正確な制御: 超音波エネルギーにより、分散度やCNTのサイズなど、分散プロセスをより適切に制御できます。これは、得られるナノ複合材料の望ましい特性を達成するのに役立ちます。
  • 処理時間の短縮: 超音波分散は、磁気攪拌または熱なしの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る。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扱うことができ、あらゆる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、ミルや他のディスページング技術と比較すると、比較的安価な混合装置です。さらに、超音波プロセッサは非常に堅牢で、メンテナンスをほとんど必要とせず、非常に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: 超音波分散液は、バッチまたは連続フローモードで実行できます。
  • 簡単な操作: 超音波プローブはシンプルで安全に操作できます。ヒールシャーデジタル超音波装置はプログラム可能で、遠隔操作することができます。自動データ記録は、品質基準の維持に役立ちます。
  • 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、工業製造のための実用的な製造方法にする、任意のサイズに完全に線形に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、環境に優しく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っています。
  • インライン溶解プロセス用の超音波産業用システム。

    インライン溶解プロセス、例えばカーボンナノチューブのポリマー配合物への均一分散のための超音波工業用システム。

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    このビデオでは、パージ可能なキャビネット内でインライン操作を行うための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、溶媒ベースの抽出プロセスなど、ほぼすべての業界に超音波装置を供給しています。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、お客様が窒素または新鮮な空気でパージすることができます。

    2x 1000ワット 超音波装置 危険区域に設置するためのパージ可能なキャビネットに

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    CNT/PDMS複合材料の超音波製造のための一般的なプロトコル

    超音波処理は、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。特異的で一般的に使用される用途は、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、パワー超音波とそれに伴う音響キャビテーションの効果を使用して、ナノチューブを解絡し、ナノ懸濁液に均一に混合します。プローブ型超音波処理は、凝集したCNTを効果的に分解および分散させることができる強力なキャビテーション力を生成する能力があるため、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単純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には、通常、次の手順が含まれます。

    1. CNT-PDMS混合物の調製: 所定の量のCNTをPDMSマトリックスに添加し、機械式攪拌機を使用して予め混合します。 興味深いことに、CNTを溶媒にあらかじめ分散させることにより、電気伝導率を高めることができます。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、典型的には約20kHzの周波数の超音波を発生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。容量および配合に応じて、CNTの完全な分散を確実にするために、通常、超音波処理を数分間行う。
    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)、UV-Vis分光法などの技術を使用して監視されます。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が均一に分散していることを確認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を効果的に分解して分散させることができる強力なキャビテーション力を生成する能力があるため、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作製に関するケーススタディ

    プローブ型超音波処理を用いたナノチューブおよび他の炭素系ナノ材料の分散は、広く研究され、その後工業生産に実施されてきた。以下に、超音波ナノチューブ分散の優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ー用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 et al. (2022) は、CNT 分散の有効性について、3 ロールフライス加工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、超音波処理技術が、キャビテーション力によって誘発されるCNT分布のより高い均一性のために、三本ロールフライス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。さまざまなCNT負荷を試験したところ、CNT-PDMSシステムの浸透閾値、つまり導電性になる臨界CNT含有量は0.4wt%CNTであることがわかりました。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パルスサイクルおよび50%の振幅で2時間分散させた。超音波処理時間の過程での超音波分散の効果は、下の図に示されています。
    この分析に基づいて、ウェアラブルセンサーの製造に最適な条件を、超音波処理プロセスによって0.4重量%CNTとして選択した。この点で、連続的な負荷サイクル下での電気的応答の解析では、開発されたセンサの高い堅牢性が示され、2%、5%、10%のひずみで損傷が見られず、これらのセンサ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液は、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

    超音波装置を使用したPDMS中のMWCNTの超音波分散 UP400St 様々な超音波処理時間で。(研究と画像:©del Bosque et al., 2022)

    CNT/高分子ナノコンポジット用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体 - 液体アプリケーション用の移動式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は、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向けの高出力超音波プローブを製造しています。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、これらの分散器は、均一な粒度分布、安定した分散、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容易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で、超音波プローブ分散器は、さまざまな業界の企業の生産性を向上させ、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装置はまた、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もでき、それらを汎用性が高く、さまざまなナノ製剤やボリュームに適応可能にします。
    全体として、超音波プローブ分散器は、ナノ材料処理ワークフローを最適化し、一貫性のある信頼性の高い結果を達成しようとしている研究所や業界にとって優れた投資です。

    設計・製造・コンサルティング – 品質はドイツ製

    ヒールシャー超音波装置は、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装置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特徴とする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装置は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。

    以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。

    バッチボリューム 流量 推奨デバイス
    0.5〜1.5mL N.A. バイアルツイーター
    1〜500mL 10〜200mL/分 UP100Hの
    10〜2000mL 20〜400mL/分 UP200HTの, UP400セント
    0.1〜20L 0.2 から 4L/min UIP2000hdT
    10〜100L 2〜10L/分 UIP4000hdTの
    15〜150L 3〜15L?分 UIP6000hdT
    N.A. 10〜100L/min UIP16000
    N.A. 大きい クラスタ UIP16000

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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装置UP400S(400W)は、CNTを迅速かつ効率的に単一のナノチューブに分散させ、もつれを解く。

    UP400Sによるカーボンナノチューブの水中分散

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    超音波高せん断ホモジナイザーは、実験室、ベンチトップ、パイロット、工業加工で使用されています。

    ヒールシャー超音波は、実験室、パイロットおよび工業規模での混合アプリケーション、分散、乳化および抽出の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。

    工業処理用の超音波バッチリアクター、例えば、CNTや他のナノフィラーをポリマーに組み込むことで、添加剤製造用の3Dプリント可能なインクを使用することができます。


    文献/参考文献


    高性能超音波!ヒールシャーの製品範囲は、コンパクトなラボ用超音波装置からベンチトップユニットまでの全スペクトルをカバーしています 卓上型超音波システム フルインダストリアル超音波システムまで。

    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 宛先 工業用サイズ。

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