超音波によるCNTの均一な分散
カーボンナノチューブ(CNT)の優れた機能を利用するには、均質に分散する必要があります。
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最も一般的なツールです。
超音波分散技術は、それら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作成します。
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)は非常に高いアスペクト比を持ち、低密度と巨大な表面積(数百m2/g)を示し、非常に高い引張強度、剛性、靭性、非常に高い電気および熱伝導率などのユニークな特性を提供します。ファンデルワールス力のために、単一のカーボンナノチューブ(CNT)を互いに引き付ける、CNTsは通常、バンドルまたはスケインで配置します。これらの分子間の誘致力は、π積層として知られる隣接するナノチューブ間のπ結合積層現象に基づいている。カーボンナノチューブから完全な利益を得るためには、これらの凝集体が異なる必要があり、CNTは均質な分散液中に均等に分散する必要があります。激しい超音波は、液体中の音響キャビテーションを作成します。それにより発生した局所剪断応力はCNT凝集体を破壊し、均質な懸濁液中に均一に分散する。超音波分散技術は、それら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剪断エネルギーを作成します。敏感なSWNTs超音波処理のためにも、個別にそれらを解き放つために正常に適用されます。超音波は、個々のナノチューブ(Huang,Terentjev 2012)に多くの骨折を引き起こすことなく、SWNT凝集体を分離するのに十分なストレスレベルを提供します。
- 単一分散 CNT
- 均質分布
- 高い分散効率
- 高 CNT ローディング
- CNT の劣化なし
- 迅速な処理
- 精密なプロセス制御
UIP2000hdT – CNT分散のための2kW強力な超音波装置
CNT分散用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機器を供給します。解析および R 用に小さな CNT サンプルを準備する必要があるかどうか&Dまたはあなたはバルク分散の大規模な工業用ロットを製造する必要があり、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ています。差出人 50W超音波装置 ラボ用 16kW産業超音波ユニット 商業製造のために、ヒールシャー超音波は、あなたがカバーしています。
高品質のカーボンナノチューブ分散液を生成するには、プロセスパラメータを十分に制御する必要があります。振幅、温度、圧力、保持時間は、CNT分布の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。リモートブラウザコントロールを介して、ユーザーは、超音波システムの場所になくても、超音波装置を操作し、監視することができます。
単層カーボンナノチューブ(SWNT)と多層カーボンナノチューブ(MWNT)、選択された水性または溶媒媒体は特定の処理強度を必要とするため、超音波振幅は最終製品に関して重要な要素です。ヒールシャー超音波’ 産業超音波プロセッサは非常に高いだけでなく、非常に穏やかな振幅を提供することができます。工程要件に最適な振幅を設定します。最大200μmの振幅でも、24/7動作で簡単に連続的に実行できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソトローデが利用可能です。ヒールシャーの超音波装置の強さは頑丈で、要求の厳しい環境で24/7操作を可能にする。
当社のお客様は、ヒールシャー超音波システムの優れた堅牢性と信頼性に満足しています。頑丈な適用、要求の厳しい環境および24/7操作の分野での取付けは有効で、経済的な処理を保障する。超音波プロセスの強化は、処理時間を短縮し、より良い結果、すなわち、より高い品質、より高い収率、革新的な製品を達成します。
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：
| バッチ容量 | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 01.5mlの0.5へ | N.A。 | VialTweeter |
| 500mLの1〜 | 200mL /分で10 | UP100H |
| 2000mlの10〜 | 20 400mLの/分 | Uf200ःトン、 UP400St |
| 00.1 20Lへ | 04L /分の0.2 | UIP2000hdT |
| 100Lへ10 | 10L /分で2 | UIP4000hdT |
| N.A。 | 10 100L /分 | UIP16000 |
| N.A。 | 大きな | のクラスタ UIP16000 |
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ラボからパイロットおよび工業規模に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.
知る価値のある事実
カーボンナノチューブ
カーボンナノチューブ(CNT)は、1次元炭素材料の特別なクラスの一部であり、優れた機械的、電気的、熱的、光学的特性を示しています。ナノ複合材料、強化ポリマー等の高度なナノ材料の開発・生産に使用される主要な部品であり、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露呈し、ナノチューブを多様な材料の有望な添加剤にします。
その構造に応じて、CNTSは単層カーボンナノチューブ(SWNT)、二重壁カーボンナノチューブ(DWCNT)、および多層カーボンナノチューブ(MWNT)に区別されます。
SWNTは、1つの原子厚い炭素壁から作られた中空、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る。
DWCNT は、2 つの単一壁ナノチューブで構成され、一方は他方の中にネストされています。
MWNTはCNT形態であり、複数の単一壁カーボンナノチューブが互いに内部にネストされている。直径は3〜30nmの間の範囲であり、数cmの長さに成長することができるので、その縦横比は10と1000万の間で変化することができる。カーボンナノファイバーと比較して、MWNTは異なる壁構造、より小さな外径、中空内部を有する。一般的に使用されるMWNTのタイプは、例えばベイチューブ®C150P、ナノシル®NC7000、アルケマグラフィ強度®C100、およびFutureCarbon CNT-MW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発法、レーザーアブレーション法、熱合成プロセス、化学蒸着(CVD)またはプラズマ強化化学蒸着によって製造することができる。
CNTの機能化:カーボンナノチューブの特性を改善し、それによって特定の用途に適したものにするために、CNTは、例えばカルボキシリン酸(-COOH)またはヒドロキシル(-OH)基を添加することによって、しばしば機能化される。
CNT分散添加剤
スーパー酸、イオン液体、N-シクロヘキシル-2-ピロリドンなどのいくつかの溶媒は、CNTsの比較的高濃度分散液を調製することができ、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などのナノチューブに最も一般的な溶媒を調製することができます。ジメチルホルムアミド(DMF)、および1,2-ジクロロベンゼンは、ナノチューブを極めて低い濃度でのみ分散させることができる(例えば、典型的には <0単一壁CNTの0.02重量%)。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を最大数十重量%の濃度で処理できる工業用化学物質のグループであり、その結果、希薄分散液、厚いペースト、自立型ゲルから前例のないプレイドーのような状態への継続的な移行が可能です。CNT の読み込みが増加します。これらの状態はポリマー様レオロジーおよび粘弾性特性を示し、他の一般的な溶媒では達成できないものであり、ナノチューブは実際に分解され、クレゾールに細かく分散していることを示唆している。クレゾールは、CNTの表面を変えることなく、加熱または洗浄することによって処理後に除去することができる。[Chiou et al. 2018]
CNT分散の応用
CNTの利点を使用するには、それらはポリマーなどの液体に分散する必要があり、均等に分散された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、太陽電池の製造に使用されます。、導電性インク、静電性制御材料、フィルム、発泡体、繊維、および生地、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有する高性能ポリマー複合材料、ポリマー/CNT複合繊維、ならびに軽量および帯電防止材料。