როგორ გავანაწილოთ ერთკედოვანი ნანომილაკები ინდივიდუალურად

ერთკედოვან ნანომილაკებს (SWNTs ან SWCNTs) აქვთ უნიკალური მახასიათებლები, მაგრამ მათი გამოსავლენად ისინი უნდა იყოს ინდივიდუალურად განაწილებული. ერთკედოვანი ნანომილაკების გამორჩეული მახასიათებლების სრულად გამოსაყენებლად, მილაკები უნდა იყოს მაქსიმალურად სრულად გახსნილი. SWNTs, როგორც სხვა ნანონაწილაკები, ავლენენ ძალიან მაღალ მიზიდვის ძალებს, ამიტომ საჭიროა მძლავრი და ეფექტური ტექნიკა საიმედო დეაგლომერაციისა და დისპერსიისთვის. ვინაიდან ჩვეულებრივი შერევის ტექნიკები არ უზრუნველყოფენ იმ ინტენსივობას, რომელიც აუცილებელია SWNTs-ის დაზიანების გარეშე გასახსნელად, მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა დადასტურებულია, როგორც SWCNTs-ის გახსნისა და განაწილების საშუალება. ულტრაბგერითი გზით გენერირებული კავიტაციური ძვრის ძალები საკმარისად მძლავრია ბმის ძალების დასაძლევად, ხოლო ულტრაბგერის ინტენსივობა შეიძლება ზუსტად რეგულირდებოდეს SWCNTs-ის დაზიანების თავიდან ასაცილებლად.

პრობლემა:

ერთკედოვანი ნანომილაკები (SWCNTs) განსხვავდება მრავალკედოვანი ნანომილაკებისგან (MWNTs/ MWCNTs) მათი ელექტრული თვისებებით. SWCNTs-ის ზოლის ნაპრალი შეიძლება იცვლებოდეს ნულიდან 2 eV-მდე და მათი ელექტრული გამტარობა ავლენს მეტალურ ან ნახევრადმძღოლურ ქცევას. ვინაიდან ერთკედოვანი ნანომილაკები ძალიან კოჰეზიურია, SWCNTs-ის დამუშავების ერთ-ერთი მთავარი სირთულეა მილაკების თანდაყოლილი უხსნადობა ორგანულ გამხსნელებში ან წყალში. SWCNTs-ის სრული პოტენციალის გამოსაყენებლად, საჭიროა მილაკების მარტივი, საიმედო და მასშტაბირებადი დეაგლომერაციის პროცესი. განსაკუთრებით, CNT გვერდითი კედლების ან ღია ბოლოების ფუნქციონალიზაცია შესაბამისი ინტერფეისის შესაქმნელად SWCNTs-სა და ორგანულ გამხსნელს შორის, იწვევს SWCNTs-ის მხოლოდ ნაწილობრივ ექსფოლიაციას. ამიტომ, SWCNTs უმეტესად განაწილებულია როგორც ჯგუფები, და არა როგორც ინდივიდუალური დეაგლომერირებული ძაფები. თუ პირობები დისპერსიის დროს ზედმეტად მკაცრია, SWCNTs შემცირდება 80-დან 200nm-მდე სიგრძემდე. პრაქტიკული გამოყენებების უმეტესობისთვის, ანუ ნახევრადმძღოლური ან გამაგრების SWCNTs-ისთვის, ეს სიგრძე ძალიან მცირეა.

გადაწყვეტა:

ულტრაბგერითი დამუშავება არის ნანომილაკების განაწილებისა და დეაგლომერაციის ძალიან ეფექტური მეთოდი, რადგან მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღები ქმნიან კავიტაციას სითხეებში. სითხეში გავრცელებული ბგერითი ტალღები იწვევენ მონაცვლეობით მაღალი წნევის (კუმშვა) და დაბალი წნევის (გაიშვიათება) ციკლებს, სიხშირეზე დამოკიდებული სიჩქარეებით. დაბალი წნევის ციკლის დროს, მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღები ქმნიან მცირე ვაკუუმის ბუშტუკებს ან სიცარიელეებს სითხეში. როდესაც ბუშტუკები აღწევენ იმ მოცულობას, რომელზე მეტ ენერგიას ვეღარ შთანთქავენ, ისინი ძალადობრივად იმსხვრევიან მაღალი წნევის ციკლის დროს. ეს ფენომენი ცნობილია როგორც კავიტაცია. იმპლოზიის დროს ლოკალურად მიიღწევა ძალიან მაღალი ტემპერატურა (დაახლ. 5 000K) და წნევა (დაახლ. 2 000atm). კავიტაციური ბუშტუკის იმპლოზია ასევე იწვევს სითხის ჭავლებს 280m/s-მდე სიჩქარით. ეს სითხის ჭავლები, რომლებიც წარმოიქმნება ულტრაბგერითი კავიტაციის შედეგად, სძლევს ბმის ძალებს ნანომილაკებს შორის და შესაბამისად, ნანომილაკები ხდებიან დეაგლომერირებული. მსუბუქი, კონტროლირებადი ულტრაბგერითი დამუშავება არის შესაბამისი მეთოდი სურფაქტანტით სტაბილიზებული, დიდი სიგრძის SWCNTs-ის განაწილებული სუსპენზიების შესაქმნელად. SWCNTs-ის კონტროლირებადი წარმოებისთვის, Hielscher-ის ულტრაბგერითი პროცესორები საშუალებას იძლევა მუშაობდეს ულტრაბგერითი პარამეტრების ფართო დიაპაზონში. ულტრაბგერითი ამპლიტუდა, სითხის წნევა და სითხის შემადგენლობა შეიძლება იცვლებოდეს შესაბამისად კონკრეტულ მასალასა და პროცესს. ეს იძლევა რეგულირების ცვალებად შესაძლებლობებს, როგორიცაა

• სონოტროდის ამპლიტუდები 170 მიკრონამდე
• სითხის წნევა 10 ბარამდე
• სითხის მოცულობითი ხარჯი 15L/min-მდე (დამოკიდებულია პროცესზე)
• სითხის ტემპერატურა 80 degC-მდე (სხვა ტემპერატურები მოთხოვნის საფუძველზე)
• მასალის სიბლანტე 100 000cp-მდე

 

გარდა ამისა, ულტრაბგერითი დამუშავება, როგორც პოლიმერით დახმარებული გასუფთავების მეთოდი, საშუალებას იძლევა ეფექტურად მოიცილოს უსუფთაობები ზრდისას მიღებული SWCNTs-დან. რთულია SWCNTs-ის ქიმიური მოდიფიკაციის შესწავლა მოლეკულურ დონეზე, რადგან რთულია სუფთა SWNTs-ის მიღება. ზრდისას მიღებული SWCNTs შეიცავს ბევრ უსუფთაობას, როგორიცაა მეტალის ნაწილაკები და ამორფული ნახშირბადები. SWCNTs-ის ულტრაბგერითი დამუშავება პოლი(მეთილ მეთაკრილატი) PMMA-ს მონოქლორობენზოლის (MCB) ხსნარში, რომელსაც მოსდევს ფილტრაცია, არის ეფექტური გზა SWCNTs-ის გასასუფთავებლად. ეს პოლიმერით დახმარებული გასუფთავების მეთოდი საშუალებას იძლევა ეფექტურად მოიცილოს უსუფთაობები ზრდისას მიღებული SWCNTs-დან. ულტრაბგერითი დამუშავების ამპლიტუდის ზუსტი კონტროლი საშუალებას იძლევა თავიდან აიცილოს ან შეამციროს SWCNTs-ის დაზიანება.

ულტრაბგერითი აღჭურვილობა

Hielscher გთავაზობთ მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით პროცესორებს ნებისმიერი მოცულობის ულტრაბგერითი დამუშავებისთვის. ულტრაბგერითი მოწყობილობები 50 ვატიდან 16 000 ვატამდე, რომლებიც შეიძლება დაყენდეს კლასტერებად, საშუალებას იძლევა მოიძებნოს შესაბამისი ულტრაბგერა თითოეული გამოყენებისთვის, როგორც ლაბორატორიაში, ისე მრეწველობაში. ნანომილაკების დახვეწილი განაწილებისთვის, რეკომენდებულია უწყვეტი ულტრაბგერითი დამუშავება. Hielscher-ის ნაკადის კამერების გამოყენებით, ხდება შესაძლებელი CNTs-ის განაწილება მაღალი სიბლანტის სითხეებში, როგორიცაა პოლიმერები, მაღალი სიბლანტის ნადნობები და თერმოპლასტიკები.

დააწკაპუნეთ აქ, რომ მეტი გაიგოთ ნანომილაკების განაწილებისა და მოდიფიკაციის შესახებ მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერით!