ნახშირბადის ნანომილაკების დისპერგირება 3D-საბეჭდ მელნებში
CNT-ების ერთგვაროვანი დისპერგია 3D-საბეჭდ მელნებში შეიძლება გააუმჯობესოს მელნის თვისებები და გახსნას ახალი გამოყენების შესაძლებლობები სხვადასხვა სფეროში. პრობის ტიპის ულტრაბგერითი დამუშავება არის მაღალი სანდოობის მქონე დისპერგიის ტექნიკა, რომელიც გამოიყენება პოლიმერებში CNT-ების სტაბილური ნანოსუსპენზიების წარმოებისთვის.
ეფექტური და სტაბილური CNT დისპერგია პოლიმერებში ულტრაბგერითი დამუშავების გამო
ნახშირბადის ნანომილაკები (CNTs) ხშირად დისპერგირდება სილიკონის ზეთებში სხვადასხვა დანიშნულებით, მათი უნიკალური თვისებების გამო. CNT-ების დისპერგირებამ სილიკონის ზეთებში შეიძლება გააუმჯობესოს მიღებული მასალების მექანიკური, თერმული და ელექტრული თვისებები. ერთ-ერთი ასეთი გამოყენებაა CNT-ებით დოპირებული პოლიმერების დამზადება გამტარი 3D-საბეჭდი მელნებისთვის, მაგალითად, ბიომასალებზე დაფუძნებული ადიტიური წარმოებისას სატარებელი ტაქტილური სენსორების, კონკრეტულ პაციენტზე მორგებული ქსოვილის რეგენერაციის კარკასებისა და მოქნილი ECG და EEG ელექტროდების დასამზადებლად.
გარდა ამისა, სილიკონის ზეთებში დისპერგირებული CNT-ები შეიძლება გამოიყენებოდეს როგორც გამტარი მელნები ელექტრონულ მოწყობილობებში, როგორიცაა მოქნილი დისპლეები და სენსორები. CNT-ები ქმნიან გამტარ გზებს, რომლებიც ელექტრული დენის გავლას უზრუნველყოფს.
სამრეწველო სიმძლავრის ულტრაბგერითი სისტემა სამრეწველო ინლაინ დისპერგიისთვის: მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები არის სანდო და მაღალეფექტური ინლაინ შერევის სისტემები ნანოდისპერსიების წარმოებისთვის, როგორიცაა CNT-ები პოლიმერებში.
ულტრაბგერითი CNT/პოლიმერული დისპერგიის უპირატესობები
ულტრაბგერითი დამუშავება არის ძალიან ეფექტური დისპერგირების ტექნიკა, რომელსაც რამდენიმე უპირატესობა აქვს. პოლიმერებში ნახშირბადის ნანომილაკების (CNTs) ულტრაბგერითი დისპერგირების უპირატესობები მოიცავს:
ულტრაბგერითი სამრეწველო სისტემა ნაკადში გახსნის პროცესებისთვის, მაგ. ნახშირბადის ნანომილაკების ერთგვაროვანი დისპერგირება პოლიმერულ კომპოზიციებში.
CNT/PDMS კომპოზიტების ულტრაბგერითი წარმოების ზოგადი პროტოკოლი
ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება მრავალი ნანოზომის მასალის პოლიმერებში დისპერგირებისთვის. კონკრეტული და ფართოდ გავრცელებული გამოყენებაა ნახშირბადის ნანომილაკების (CNTs) დისპერგირება დიმეთილპოლისილოქსანში (PDMS) ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით. PDMS მატრიცაში CNTs-ის დისპერგირებისთვის გამოიყენება მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა და მის შედეგად წარმოქმნილი აკუსტიკური კავიტაციის ეფექტები, რათა ნანომილაკები ერთმანეთისგან განცალკევდეს და ერთგვაროვნად შეერიოს ნანოსუსპენზიას. ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი დამუშავება CNTs-ის დისპერგირების მძლავრი მეთოდია, რადგან მას შეუძლია წარმოქმნას ინტენსიური კავიტაციური ძალები, რომლებიც ეფექტურად შლის და დისპერგირებს აგლომერირებულ CNTs-ს.
ულტრაბგერითი დისპერსია არის მარტივი დამუშავების ეტაპი, რომელიც არ მოითხოვს სპეციფიკურ წინა ან შემდგომ დამუშავებას. ულტრაბგერითი აღჭურვილობა თავისთავად უსაფრთხოა და მარტივად გამოსაყენებელი.
პრობული ტიპის ულტრაბგერითი დამუშავებით დისპერსიის პროცესი, როგორც წესი, მოიცავს შემდეგ ნაბიჯებს:
- CNT-PDMS ნარევის მომზადება: PDMS მატრიცას ემატება CNTs-ის წინასწარ განსაზღვრული რაოდენობა და მიღებული ნარევი წინასწარ ირევა მექანიკური შემრევით. საინტერესოა, რომ გამხსნელში CNTs-ის წინასწარი დისპერგირებით შესაძლებელია ელექტროგამტარობის გაზრდა. საუკეთესო შედეგები მიიღება ტეტრაჰიდროფურანით (THF), აცეტონით ან ქლოროფორმით (ჩამოთვლილია საუკეთესო შედეგიდან დაწყებული).
- პრობული ტიპის ულტრაბგერითი დამუშავება: ნარევი განიცდის პრობული ტიპის ულტრაბგერით დამუშავებას მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი პრობის გამოყენებით, რომელიც წარმოქმნის ულტრაბგერით ტალღებს, სიხშირით, როგორც წესი, დაახლოებით 20 kHz. მოცულობისა და ფორმულირების მიხედვით, ულტრაბგერითი დამუშავება, როგორც წესი, ხორციელდება რამდენიმე წუთის განმავლობაში CNTs-ის სრული დისპერსიის უზრუნველსაყოფად.
- დისპერსიის მონიტორინგი: CNTs-ის დისპერგირების მონიტორინგი ხორციელდება ისეთი მეთოდებით, როგორიცაა სკანირებადი ელექტრონული მიკროსკოპია (SEM), ტრანსმისიული ელექტრონული მიკროსკოპია (TEM) ან UV-Vis სპექტროსკოპია. ეს მეთოდები შეიძლება გამოყენებულ იქნას PDMS მატრიცაში CNTs-ის განაწილების ვიზუალიზაციისა და მათი ერთგვაროვანი დისპერგირების უზრუნველსაყოფად.
შეჯამების სახით, ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი დამუშავება მძლავრი მეთოდია CNTs-ის დისპერგირებისთვის ისეთ პოლიმერებში, როგორიცაა PDMS, რადგან მას შეუძლია წარმოქმნას ინტენსიური კავიტაციური ძალები, რომლებიც ეფექტურად შლის და დისპერგირებს აგლომერირებულ CNTs-ს.
CNT/პოლიმერ კომპოზიტების ულტრაბგერითი წარმოების კვლევითი მაგალითები
ნანომილაკების და სხვა ნახშირბადზე დაფუძნებული ნანომასალების დისპერსია პრობული ტიპის ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით ფართოდ არის შესწავლილი და შემდგომში დანერგილია სამრეწველო წარმოებაში. ქვემოთ ჩვენ წარმოგიდგენთ რამდენიმე სამეცნიერო კვლევას, რომლებიც აჩვენებენ ულტრაბგერითი ნანომილაკების დისპერსიის გამორჩეულ ეფექტურობას.
CNTs-ის ულტრაბგერითი დისპერგირება PDMS-ში სატარებელი სენსორებისთვის
Del Bosque-მ და თანაავტორებმა (2022) შეადარეს სამლილვიან წისქვილში დამუშავებისა და ულტრაბგერითი დამუშავების ეფექტურობა CNTs-ის დისპერგირებისას. პოლიმერულ მატრიცაში ნანონაწილაკების დისპერგირების პროცედურის ანალიზი აჩვენებს, რომ ულტრაბგერითი დამუშავების ტექნიკა სამლილვიან წისქვილში დამუშავებასთან შედარებით უფრო მაღალ ელექტრულ მგრძნობელობას უზრუნველყოფს, კავიტაციური ძალებით გამოწვეული CNTs-ის განაწილების უფრო მაღალი ერთგვაროვნების გამო. CNTs-ის სხვადასხვა შემცველობის გამოცდისას დადგინდა, რომ CNT-PDMS სისტემის პერკოლაციის ზღვარი, ანუ CNTs-ის კრიტიკული შემცველობა, რომლის დროსაც სისტემა ელექტროგამტარი ხდება, იყო 0,4 wt% CNT. მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილაკები (MWCNTs) დისპერგირებული იქნა ულტრაბგერითი დამუშავებით Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატის UP400ST გამოყენებით (იხ. სურათი მარცხნივ), 0,5 იმპულსური ციკლისა და 50 % ამპლიტუდის პირობებში, 2h განმავლობაში. დამუშავების დროის განმავლობაში ულტრაბგერითი დისპერგირების ეფექტები ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ სურათზე.
ამ ანალიზის საფუძველზე, სატარებელი სენსორების დასამზადებლად ოპტიმალურ პირობად შეირჩა 0,4 wt.% CNT-ის შემცველობა ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით. ამასთან, თანმიმდევრული დატვირთვის ციკლების დროს ელექტრული გამოხმაურების ანალიზმა აჩვენა შექმნილი სენსორების მაღალი გამძლეობა: 2%, 5% და 10% დეფორმაციისას არ გამოვლენილა არანაირი დაზიანება, რაც ამ სენსორებს საიმედოს ხდის საშუალო დეფორმაციის მონიტორინგისთვის.
MWCNTs-ის ულტრაბგერითი დისპერსია PDMS-ში ულტრაბგერითი აპარატის UP400St გამოყენებით სხვადასხვა ულტრაბგერითი დამუშავების დროზე.
(კვლევა და სურათი: ©del Bosque et al., 2022)
მაღალი ეფექტურობის მქონე ულტრაბგერითი დისპერსიული აპარატურა CNT/პოლიმერული ნანოკომპოზიტებისთვის
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერით ზონდებს რთული დისპერგირების ამოცანებისთვის ლაბორატორიულ, სამაგიდო და სამრეწველო პირობებში. Hielscher Ultrasonics-ის დისპერგატორები უზრუნველყოფენ ნანომასალების ეფექტურ და ზუსტ ჰომოგენიზაციასა და დისპერგირებას გამხსნელებში, პოლიმერებსა და კომპოზიტებში.
მათი გაუმჯობესებული ულტრაბგერითი ტექნოლოგიის გამოყენებით, ეს დისპერსორები სთავაზობენ სწრაფ და მარტივ გადაწყვეტილებას ნაწილაკების ზომის ერთგვაროვანი განაწილების, სტაბილური დისპერსიების და/ან ნანონაწილაკების ფუნქციონალიზაციის მისაღწევად.
დამუშავების დროის შემცირებით და ენერგიის ხარჯვის მინიმიზაციით, ულტრაბგერითი პრობის დისპერსორებს შეუძლიათ გაზარდონ პროდუქტიულობა და შეამცირონ ოპერაციული ხარჯები სხვადასხვა ინდუსტრიის ბიზნესებისთვის.
Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები ასევე შეიძლება მომზადდეს კონკრეტული მოთხოვნების შესაბამისად, პრობების ზომების, ბუსტერული რქების, სიმძლავრის დონეების და ნაკადის კამერების სხვადასხვა ვარიანტებით, რაც მათ მრავალფეროვანს და ადაპტირებადს ხდის სხვადასხვა ნანოფორმულაციებისა და მოცულობებისთვის.
ზოგადად, ულტრაბგერითი პრობის დისპერსორები არის შესანიშნავი ინვესტიცია ლაბორატორიებისა და ინდუსტრიებისთვის, რომლებიც ეძებენ თავიანთი ნანომასალების დამუშავების სამუშაო ნაკადების ოპტიმიზაციას და მუდმივი, საიმედო შედეგების მიღწევას.
დიზაინი, წარმოება და კონსულტირება – ხარისხი დამზადებულია გერმანიაში
Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები ცნობილია თავიანთი უმაღლესი ხარისხისა და დიზაინის სტანდარტებით. მდგრადობა და მარტივი ექსპლუატაცია საშუალებას იძლევა ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატები შეუფერხებლად ინტეგრირდეს სამრეწველო ობიექტებში. მკაცრ პირობებსა და მოთხოვნად გარემოს Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები საიმედოდ უმკლავდება.
Hielscher Ultrasonics არის ISO სერტიფიცირებული კომპანია და განსაკუთრებულ ყურადღებას აქცევს მაღალი ეფექტურობის მქონე ულტრაბგერით აპარატებს, რომლებიც მუშაობენ თანამედროვე ტექნოლოგიით და მომხმარებლისთვის მოსახერხებელი ინტერფეისით. რა თქმა უნდა, Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები შეესაბამება CE სტანდარტებს და აკმაყოფილებენ UL, CSA და RoHs მოთხოვნებს.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დაახლოებითი დამუშავების სიმძლავრეზე:
| პარტიის მოცულობა | ნაკადის სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 0,5-დან 1,5mL-მდე | n.a. | VialTweeter | 1-დან 500mL-მდე | 10-დან 200mL/min-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000mL-მდე | 20-დან 400mL/min-მდე | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-დან 20L-მდე | 0,2-დან 4L/min-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100L-მდე | 2-დან 10L/min-მდე | UIP4000hdT |
| 15-დან 150L-მდე | 3-დან 15L/min-მდე | UIP6000hdT |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით!
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ეფექტურობის მქონე ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს შერევის გამოყენებისთვის, დისპერსიისთვის, ემულსიფიკაციისა და ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ, საცდელ და სამრეწველო მასშტაბებზე.
ულტრაბგერითი პარტიული რეაქტორი სამრეწველო დამუშავებისთვის, მაგ. CNT-ების და სხვა ნანოშემავსებლების პოლიმერებში შეყვანისთვის 3D-საბეჭდი მელნებისთვის ადიტიური წარმოებისთვის.
ლიტერატურა / ლიტერატურული წყაროები
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Kim, J., Hwang, JY., Hwang, H. et al. (2018): Simple and cost-effective method of highly conductive and elastic carbon nanotube/polydimethylsiloxane composite for wearable electronics. Scientific Reports 8, 1375 (2018).
- Lima, Márcio; Andrade, Mônica; Skákalová, Viera; Bergmann, Carlos; Roth, Siegmar (2007): Dynamic percolation of carbon nanotubes in liquid medium. Journal of Materials Chemistry 17, 2007. 4846-4853.
- Shar, A., Glass, P., Park, S. H., Joung, D. (2023): 3D Printable One-Part Carbon Nanotube-Elastomer Ink for Health Monitoring Applications. Advanced Functional Materials 33, 2023.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ეფექტურობის მქონე ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული დან სამრეწველო მასშტაბის.