カーボンナノチューブ（CNT）の超音波分散
カーボンナノチューブは強靭で柔軟だが、非常に凝集性が高い。水、エタノール、油、ポリマー、エポキシ樹脂などの液体に分散させるのは難しい。超音波は、カーボンナノチューブを分散させるのに有効な方法である。 – 単分散 – 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、ポリマーに使用されるほか、電気機器や静電塗装可能な自動車ボディパネルの静電気を逃がすために、プラスチック中の導電性フィラーとして使用されている。ナノチューブを使用することで、ポリマーは温度、過酷な化学薬品、腐食環境、極度の圧力、摩耗に対する耐性を高めることができる。カーボンナノチューブには2つのカテゴリーがある：単層ナノチューブ（SWNT）と多層ナノチューブ（MWNT）である。
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)やその他のナノ材料を分散させる。
カーボンナノチューブは、一般に乾燥材料として、例えば以下のような会社から入手できる。 SESリサーチ またはCNT Co.ナノチューブを最大限に活用するためには、シンプルで信頼性が高く、スケーラブルな脱凝集プロセスが必要である。100,000cPまでの液体に対して、超音波は、低濃度または高濃度の水、油、ポリマー中にナノチューブを分散させるのに非常に効果的な技術である。液体ジェットストリーム 超音波キャビテーション超音波は、ナノチューブ間の結合力を克服し、チューブを分離する。超音波により発生するせん断力と微小乱流により、超音波はナノチューブの表面コーティングや他の材料との化学反応も助けることができる。
一般的に、粗いナノチューブ分散液は、まず標準的な攪拌機で予備混合され、次に超音波フローセルリアクターで均質化される。下のビデオは、実験室での試み（超音波分散器を用いたバッチ式超音波処理）を示している。 UP400S)を低濃度で水中に分散させた。炭素の化学的性質のため、ナノチューブの水中での分散挙動はかなり難しい。ビデオに示されているように、超音波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を簡単に実証することができる。
硬化剤中に分散させた異なるナノフィラーのプローブ型超音波処理による比較）：(a)0.5wt%カーボンナノファイバー(CNF);(b)0.5wt%CNToxid;(c)0.5wt%カーボンナノチューブ(CNT);(d)0.5wt%CNT半分散。
研究と写真：©Zanghellini et al, 2021
長さの長い個々のSWNTの分散
SWNTの加工や操作における大きな問題は、一般的な有機溶媒や水に対してSWNTチューブが本質的に不溶性であることである。SWNTと溶媒の間に適切な界面を作るために、ナノチューブの側壁や開口端を官能基化すると、ほとんどの場合、SWNTロープの部分的な剥離にしかつながらない。
その結果、SWNTは通常、完全に孤立した個々の物体ではなく、束として分散される。分散に過酷な条件を用いると、SWNT は 80nm から 200nm の長さまで短くなってしまう。これは、ある種の試験には有用であるが、この長さは、SWNTの半導体化や補強など、ほとんどの実用的な用途には小さすぎる。制御されたマイルドな超音波処理（例えば UP200Ht、40mmソノトロード付き)は、長い個々のSWNTの水分散液を調製するための効果的な手順である。マイルドな超音波処理を繰り返すことで、 短縮を最小限に抑え、構造的・電子的特性を最大限に維持することができる。
ポリマー支援超音波処理によるSWNTの精製
純粋な SWNT を得ることが難しいため、SWNT の化学修飾を分子レベルで研究することは困難である。成長したままの SWNT は、金属粒子やアモルファスカーボンのような多くの不純物を含んでいる。ポリメタクリル酸メチル（PMMA）のモノクロロベンゼン（MCB）溶液中でSWNTを超音波処理した後、ろ過する方法は、SWNTを精製する効果的な方法である。このポリマーアシスト精製法は、成長したままの SWNT から不純物を効果的に除去することができる。(湯田坂ら)超音波の振幅を正確に制御することで、SWNTへのダメージを抑えることができる。
ヒルシャー 幅広い超音波デバイス およびナノチューブを効率的に分散させるための付属品。
- 小型実験装置 最大 400ワットの超音波パワー 最大2リットルまでの小容量への分散用
- UIP500hdT, UIP1000hdT そして UIP1500hdT は、より大量の処理が可能な超音波処理機である。
- 超音波システム 2kW (UIP2000hdT) そして 4kW (UIP4000hdT) は、カーボンナノチューブの生産規模の分散に使用できる。 UIP10000（10キロワット） そして UIP16000（16キロワット） は、カーボンナノチューブの大規模処理のために、いくつかの個別のユニットからなるクラスターで使用することができる。”
お問い合わせ/ お問い合わせ
文学
- Koshio, A., Yudasaka, M., Zhang, M., Iijima, S. (2001): A Simple Way to Chemically React Single-Wall Crabon Nanotubes with Organic Materials Using Ultrasonication; in Nano Letters, Vol. 1, No. 7, 2001, p. 361-363.
- Yudasaka, M., Zhang, M., Jabs, C. et al. (2000): Effect of an organic polymer in purification and cutting of single-wall carbon nanotubes. Appl Phys A 71, 449–451 (2000).
- Paredes, J. I., Burghard, M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length, in: Langmuir, Vol. 20, No. 12, 2004, 5149-5152, American Chemical Society.
