カーボンナノチューブの超音波分散(CNT)

カーボンナノチューブは強くて柔軟ですが、非常に凝集性があります。それらは、水、エタノール、油、ポリマーまたはエポキシ樹脂などの液体に分散させることは困難である。超音波は離散性を得るための効果的な方法です – 単一分散 – カーボンナノチューブ。

カーボンナノチューブ(CNT)は、接着剤、コーティング剤、ポリマー、プラスチック中の導電性フィラーとして使用され、電気機器や静電塗装可能な自動車ボディパネルの静電荷を放散します。ナノチューブを使用することにより、ポリマーは、温度、過酷な化学物質、腐食性環境、極端な圧力および摩耗に対してより耐性を高めることができる。カーボンナノチューブには、単層ナノチューブ(SWNT)と多層ナノチューブ(MWNT)の2つのカテゴリがあります。

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水または溶媒中のCNTの均一な分布のための工業用超音波分散機。

工業用超音波ホモジナイザーUIP1500hdT カーボンナノチューブ(CNT)および他のナノ材料を分散させるため。

超音波ホモジナイザーは、水または有機溶媒中のカーボンナノチューブの分散のために効率的かつ信頼性が高いです。カーボンナノチューブは、一般に、乾燥材料として、例えば、 SESの研究 株式会社CNTナノチューブを最大限に活用するためには、簡単で信頼性が高くスケーラブルな脱凝集プロセスが必要です。最大100,000cPの液体の場合、超音波は、水、油またはポリマー中のナノチューブを低濃度または高濃度で分散するための非常に効果的な技術です。から生じる液体ジェット流れ 超音波キャビテーション、ナノチューブ間の結合力を克服し、そしてチューブを分離。なぜなら、超音波発生せん断力及びマイクロ乱流の超音波も、他の材料とナノチューブの表面コーティングと化学反応を助けることができます。

超音波処理は、水または有機溶媒中のカーボンナノチューブを解くための反復可能な結果を有する効果的な手順である。一般に、粗いナノチューブ分散液は、最初に標準的な攪拌機によって予備混合され、次いで超音波フローセル反応器中で均質化される。以下のビデオは、ラボトライアル(バッチ超音波処理を使用して)を示しています UP400S)多層カーボンナノチューブを低濃度で水中に分散させる。炭素の化学的性質のために、水中でのナノチューブの分散挙動はかなり困難である。ビデオに示すように、超音波処理がナノチューブを効果的に分散させることができることは容易に実証することができる。

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

超音波分散は、ナノフィラーをポリマーやエポキシ樹脂に分散させる効率が高い。

プローブ型超音波を用いて硬化剤に分散した異なるナノフィラーの比較:(a)0.5重量%カーボンナノファイバー(CNF);(b) 0.5重量% CNトキシド;(c) 0.5重量%カーボンナノチューブ(CNT);(d) 0.5重量%CNT半分散。
研究と絵: ©ザンゲリーニら, 2021

ハイ長さの個々の単層カーボンナノチューブの分散

SWNTの処理及び操作のための主要な問題は、一般的な有機溶媒と水とでチューブの固有の不溶性です。大部分だけ、SWNTロープの部分的な剥離につながる単層カーボンナノチューブと溶媒との間の適切なインタフェースを作成するためにナノチューブの側壁または開放端の官能。
その結果、単層カーボンナノチューブは、典型的には、バンドルではなく、完全に孤立し、個々のオブジェクトとして分散されています。あまりに過酷な条件は、分散中に使用される場合、SWNTは80と200nmの間の長さに短縮されます。これは、特定のテストのために有用であるが、この長さは、半導体又は補強性SWNTとして最も実用的な用途には小さすぎます。制御された、穏やかな超音波処理(例えばによる UP200Htと40ミリメートルのソノトロード)長い個々の単層カーボンナノチューブの水性分散液を調製するのに有効な方法です。軽度の超音波の配列は、短縮を最小化し、構造的および電子的特性の最大の保存を可能にします。

ポリマー支援超音波によるSWNTの精製

超音波処理を使用して有機材料と単層カーボンナノチューブを化学的に反応させる簡単な方法。コシオ他, 2001年純粋な単層カーボンナノチューブを得ることが困難であるので、分子レベルでの単層カーボンナノチューブの化学修飾を研究することは困難です。アズグロウンSWNTは、金属粒子及び無定形炭素のような多くの不純物を含みます。ポリモノクロロベンゼン中のSWNTの超音波(MCB)溶液(メタクリル酸メチル)、濾過したPMMAは、単層カーボンナノチューブを精製する有効な方法です。このポリマー支援精製方法は、効果的に成長した単層カーボンナノチューブから不純物を除去することを可能にします。 (Yudasakaら。)超音波振幅の正確な制御は、単層カーボンナノチューブの損傷を制限することを可能にします。

ヒールシャーさん 超音波装置の広い範囲 ナノチューブの効率的な分散のためのアクセサリー。

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