超音波処理による均一に分散したCNT
カーボンナノチューブ(CNT)の優れた機能を活用するには、カーボンナノチューブを均一に分散させる必要があります。
超音波分散器は、CNTを水性および溶媒ベースの懸濁液に分配するための最も一般的なツールです。
超音波分散技術は、CNTを損傷することなくCNTの完全な分離を達成するために十分に高いせん断エネルギーを生成します。
カーボンナノチューブの超音波分散
カーボンナノチューブ(CNT)は、アスペクト比が非常に高く、密度が低く、表面積が数百m2/gと大きいため、非常に高い引張強度、剛性、靭性、非常に高い電気伝導率、熱伝導率などのユニークな特性が得られます。単一のカーボンナノチューブ(CNT)を互いに引き付けるファンデルワールス力により、CNTは通常、束またはかせに配列されます。これらの分子間引力は、πスタッキングとして知られる隣接するナノチューブ間のπ結合スタッキング現象に基づいています。カーボンナノチューブの利点を最大限に引き出すには、これらの凝集体を解きほぐし、CNTを均質な分散液に均一に分布させる必要があります。強烈な超音波処理は、液体中に音響キャビテーションを作り出す。これにより発生する局所的なせん断応力により、CNT凝集体が破壊され、均質な懸濁液中に均一に分散します。超音波分散技術は、CNTを損傷することなくCNTの完全な分離を達成するために十分に高いせん断エネルギーを生成します。敏感なSWNTに対しても、超音波処理は、それらを個々に解きほぐすためにうまく適用されます。超音波処理は、個々のナノチューブに大きな破壊を引き起こすことなく、SWNT凝集体を分離するのに十分な応力レベルを提供します(Huang、Terentjev 2012)。
- 単分散CNT
- 均質な分布
- 高い分散効率
- 高いCNT負荷
- CNTの劣化なし
- 迅速な処理
- 精密なプロセス制御
UIP2000hdT – CNT分散液用の2kWの強力な超音波装置
CNT分散液用の高性能超音波システム
ヒールシャー超音波は、CNTの効率的な分散のための強力で信頼性の高い超音波装置を提供しています。分析およびRのために小さなCNTサンプルを調製する必要があるかどうか&Dまたはあなたはバルク分散液の大規模な工業用ロットを製造する必要があります、ヒールシャーの製品範囲はあなたの要件のための理想的な超音波システムを提供します。差出人 50W超音波装置 ラボ向け 16kWの工業用超音波ユニット 商業製造のために、ヒールシャー超音波はあなたをカバーしています。
高品質のカーボンナノチューブ分散液を製造するには、プロセスパラメータを適切に制御する必要があります。振幅、温度、圧力、保持時間は、均一なCNT分布にとって最も重要なパラメータです。ヒールシャーの超音波装置は、各パラメータの正確な制御を可能にするだけでなく、すべてのプロセスパラメータは、ヒールシャーのデジタル超音波システムの統合されたSDカードに自動的に記録されます。各超音波処理プロセスのプロトコルは、再現性のある結果と一貫した品質を確保するのに役立ちます。リモートブラウザ制御を介して、ユーザーは超音波システムの位置にいなくても超音波デバイスを操作および監視できます。
単層カーボンナノチューブ(SWNT)および多層カーボンナノチューブ(MWNT)、および選択した水性または溶媒媒体には特定の処理強度が必要であるため、最終製品に関しては超音波振幅が重要な要素となります。ヒールシャー超音波’ 工業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅だけでなく、非常に穏やかな振幅も提供できます。お客様のプロセス要件に最適な振幅を確立します。最大200μmの振幅でも、24/7操作で簡単に連続運転できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソノトロードが利用可能です。ヒールシャーの超音波装置の堅牢性は、ヘビーデューティと要求の厳しい環境での24 / 7操作を可能にします。
お客様は、ヒールシャー超音波のシステムの優れた堅牢性と信頼性に満足しています。ヘビーデューティアプリケーション、要求の厳しい環境、24/7操作の分野での設置により、効率的で経済的な処理が保証されます。超音波プロセス強化は、処理時間を短縮し、より良い結果、すなわち高品質、高収率、革新的な製品を達成します。
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 |
| N.A. | 10〜100L/min | UIP16000 |
| N.A. | 大きい | クラスタ UIP16000 |
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ラボからパイロット、工業規模までの高出力超音波プロセッサ。
文献/参考文献
- Biver T.; Criscitiello F.; Di Francesco F.; Minichino M.; Swager T.; Pucci A. (2015): MWCNT/Perylene bisimide Water Dispersions for Miniaturized Temperature Sensors. RSC Advances 5: 2015. 65023–65029.
- Chiou K.; Byun S.; Kim J.; Huang J. (2018): Additive-free carbon nanotube dispersions, pastes, gels, and doughs in cresols. PNAS Vol. 115, No. 22, 2018. 5703–5708.
- Huang, Y.Y:; Terentjev E.M. (2012): Dispersion of Carbon Nanotubes: Mixing, Sonication, Stabilization, and Composite Properties. Polymers 2012, 4, 275-295.
- Krause B.; Mende M.; Petzold G.; Pötschke P. (2010): Characterization on carbon nanotubes’ dispersability using centrifugal sedimentation analysis in aqueous surfactant dispersions. Conference paper ANTEC 2010, Orlando, USA, May 16-20 2010.
- Paredes J.I.; Burghard M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length. Langmuir 2004, 20, 5149-5152.
- Santos A.; Amorim L.; Nunes J.P.; Rocha L.A.; Ferreira Silva A.; Viana J.C. (2019): A Comparative Study between Knocked-Down Aligned Carbon Nanotubes and Buckypaper-Based Strain Sensors. Materials 2019, 12, 2013.
- Szelag M. (2017): Mechano-Physical Properties and Microstructure of Carbon Nanotube Reinforced Cement Paste after Thermal Load. Nanomaterials 7(9), 2017. 267.
知っておく価値のある事実
カーボンナノチューブ
カーボンナノチューブ(CNT)は、特殊なクラスの一次元カーボン材料の一部であり、優れた機械的、電気的、熱的、光学的特性を示します。これらは、ナノ複合材料、強化ポリマーなどの高度なナノ材料の開発と製造に使用される主要なコンポーネントであるため、最先端の技術に使用されています。CNTは、非常に高い引張強度、優れた熱伝達特性、低バンドギャップ、最適な化学的および物理的安定性を示すため、ナノチューブはマニホールド材料の添加剤として有望です。
CNTSは、その構造によって、単層カーボンナノチューブ(SWNT)、二重層カーボンナノチューブ(DWCNT)、多層カーボンナノチューブ(MWNT)に区別されます。
SWNTは、原子1個分の厚さの炭素壁から作られた中空の長い円筒形のチューブです。炭素の原子シートはハニカム格子に配置されています。多くの場合、それらは概念的に単層グラファイトまたはグラフェンのロールアップシートと比較されます。
DWCNTは、2つの単層ナノチューブで構成されており、一方が他方のナノチューブにネストされています。
MWNTはCNT型で、複数の単層カーボンナノチューブが互いにネストされています。直径は3〜30 nmで、長さは数cmに成長するため、アスペクト比は1,000万〜1,000万の間で変動する可能性があります。MWNTはカーボンナノファイバーと比較して、壁構造が異なり、外径が小さく、内部が中空です。一般的に使用されている工業的に入手可能なMWNTのタイプは、Baytubes® C150P、Nanocyl® NC7000、Arkema Graphistrength® C100、FutureCarbon CNT-MWなどです。
CNTの合成:CNTは、プラズマベースの合成法またはアーク放電蒸着法、レーザーアブレーション法、熱合成プロセス、化学気相成長(CVD)、またはプラズマ増強化学気相成長法によって製造できます。
CNTの機能化:カーボンナノチューブの特性を改善し、特定の用途により適したものにするために、CNTは、例えばカルボン酸(-COOH)またはヒドロキシル(-OH)基を付加するなどして官能基化されることがよくあります。
CNT分散剤
超酸、イオン液体、N-シクロヘキシル-2-ピロリドンなどの少数の溶媒は、CNTの比較的高濃度の分散液を調製することができますが、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、1,2-ジクロロベンゼンなどのナノチューブ用の最も一般的な溶媒は、ナノチューブを非常に低濃度(例えば、100μm未満)でしか分散させることができません。 <0単層CNTの0.02 wt%)。最も一般的な分散剤は、ポリビニルピロリドン(PVP)、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(SDBS)、トリトン100、またはドデシルスルホン酸ナトリウム(SDS)です。
クレゾールは、CNTの負荷が増加するにつれて、希薄な分散液、厚いペースト、および自立型ゲルから前例のない遊び生地のような状態に連続的に移行するために、数十重量パーセントまでの濃度でCNTを処理できる工業用化学物質のグループです。これらの状態は、他の一般的な溶媒では達成できないポリマー様のレオロジー特性および粘弾性特性を示し、ナノチューブが実際にクレゾール中に分解され、微細に分散していることを示唆しています。クレゾールは、CNTの表面を変えることなく、加熱または洗浄によって処理後に除去できます。
CNT分散液の応用
CNTの利点を利用するには、ポリマーなどの液体に分散させる必要があります、均一に分散したCNTは、導電性プラスチック、液晶ディスプレイ、有機発光ダイオード、タッチスクリーン、フレキシブルディスプレイ、太陽電池、導電性インク、フィルム、フォーム、繊維、布地、ポリマーコーティングおよび接着剤、優れた機械的強度と靭性を備えた高性能ポリマー複合材料などの静電気制御材料の製造に使用されます。 ポリマー/CNT複合繊維、軽量・帯電防止素材。