ნახშირბადის ნანომილების ულტრაბგერითი დისპერსირება (CNT)
ნახშირბადის ნანომილები არის ძლიერი და მოქნილი, მაგრამ ძალიან შეკრული. ისინი ძნელად იშლება სითხეებში, როგორიცაა წყალი, ეთანოლი, ზეთი, პოლიმერი ან ეპოქსიდური ფისოვანი. ულტრაბგერა არის ეფექტური მეთოდი დისკრეტული ინფორმაციის მისაღებად – ერთჯერადი დისპერსიული – ნახშირბადის ნანომილები.
ნახშირბადის ნანომილები (CNT) გამოიყენება ადჰეზივებში, საფარებსა და პოლიმერებში და როგორც ელექტრული გამტარ შემავსებლები პლასტმასებში, რათა გაანადგურონ სტატიკური მუხტები ელექტრო მოწყობილობებში და ელექტროსტატიკურად შეღებვადი მანქანის ძარის პანელებში. ნანომილების გამოყენებით, პოლიმერები შეიძლება გახდეს უფრო მდგრადი ტემპერატურის, მკაცრი ქიმიკატების, კოროზიული გარემოს, ექსტრემალური წნევისა და აბრაზიის მიმართ. არსებობს ნახშირბადის ნანომილების ორი კატეგორია: ერთკედლიანი ნანომილები (SWNT) და მრავალკედლიანი ნანომილები (MWNT).
სამრეწველო ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი UIP1500hdT ნახშირბადის ნანომილების (CNTs) და სხვა ნანომასალების დასაშლელად.
ნახშირბადის ნანომილები ზოგადად ხელმისაწვდომია მშრალი მასალის სახით, მაგ. კომპანიებისგან, როგორიცაა SES კვლევა ან CNT Co., Ltd. საჭიროა მარტივი, საიმედო და მასშტაბური პროცესი დეაგლომერაციისთვის, რათა გამოიყენოს ნანომილები მათი მაქსიმალური პოტენციალით. 100,000 cP-მდე სითხეებისთვის ულტრაბგერა არის ძალიან ეფექტური ტექნოლოგია ნანომილების წყალში, ზეთში ან პოლიმერებში დაბალ ან მაღალ კონცენტრაციებში დასაშლელად. თხევადი ჭავლური ნაკადების შედეგად ულტრაბგერითი კავიტაცია, გადალახეთ შემაკავშირებელი ძალები ნანომილებს შორის და გამოყავით მილები. ულტრაბგერითი წარმოქმნილი ათვლის ძალებისა და მიკრო ტურბულენტების გამო, ულტრაბგერას შეუძლია დაეხმაროს ზედაპირის დაფარვას და ნანომილების ქიმიურ რეაქციას სხვა მასალებთანაც.
ზოგადად, უხეში ნანომილის დისპერსიას ჯერ აზავენ სტანდარტული ამრევით და შემდეგ ჰომოგენიზდებიან ულტრაბგერითი ნაკადის უჯრედის რეაქტორში. ქვემოთ მოყვანილი ვიდეო გვიჩვენებს ლაბორატორიულ ცდას (სერიული სონიკა ა UP400S) მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილების დაშლა წყალში დაბალი კონცენტრაციით. ნახშირბადის ქიმიური ბუნების გამო ნანომილების დისპერსიული ქცევა წყალში საკმაოდ რთულია. როგორც ვიდეოშია ნაჩვენები, ადვილად შეიძლება იმის დემონსტრირება, რომ ულტრაბგერითი დაშლა შეუძლია ნანომილების ეფექტურად დაშლა.
სხვადასხვა ნანოშემავსებლების შედარება გამაგრილებელში დისპერსიული ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი გამოყენებით: (ა) 0.5 wt% ნახშირბადის ნანობოჭკოვანი (CNF); (ბ) 0,5 wt% CNToxid; (გ) 0,5 wt% ნახშირბადის ნანომილაკი (CNT); (დ) 0,5 wt% CNT ნახევრად დისპერსირებული.
კვლევა და სურათი: ©Zanghellini et al., 2021
მაღალი სიგრძის ინდივიდუალური SWNT-ების დისპერსია
SWNT-ების დამუშავებისა და მანიპულირების მთავარი პრობლემა არის მილების თანდაყოლილი უხსნადობა ჩვეულებრივ ორგანულ გამხსნელებში და წყალში. ნანომილის გვერდითი კედლის ან ღია ბოლოების ფუნქციონალიზაცია SWNT-სა და გამხსნელს შორის შესაბამისი ინტერფეისის შესაქმნელად ძირითადად იწვევს მხოლოდ SWNT თოკების ნაწილობრივ აქერცვლას.
შედეგად, SWNTs, როგორც წესი, ნაწილდება როგორც პაკეტები, ვიდრე სრულად იზოლირებული ცალკეული ობიექტები. როდესაც დისპერსიის დროს ძალიან მკაცრი პირობებია გამოყენებული, SWNT-ები მცირდება 80-დან 200 ნმ-მდე სიგრძემდე. მიუხედავად იმისა, რომ ეს სასარგებლოა გარკვეული ტესტებისთვის, ეს სიგრძე ძალიან მცირეა უმეტესი პრაქტიკული გამოყენებისთვის, როგორიცაა ნახევარგამტარული ან გამაძლიერებელი SWNT. კონტროლირებადი, მსუბუქი ულტრაბგერითი მკურნალობა (მაგ UP200Ht 40 მმ სონოტროდით) არის ეფექტური პროცედურა ხანგრძლივი ცალკეული SWNT-ების წყლიანი დისპერსიების მოსამზადებლად. რბილი ულტრაბგერითი გამოკვლევის თანმიმდევრობა ამცირებს შემცირებას და იძლევა სტრუქტურული და ელექტრონული თვისებების მაქსიმალურ შენარჩუნებას.
SWNT-ის გაწმენდა პოლიმერული ულტრაბგერითი დახმარებით
რთულია SWNT-ების ქიმიური მოდიფიკაციის შესწავლა მოლეკულურ დონეზე, რადგან რთულია სუფთა SWNT-ების მიღება. როგორც ზრდასრული SWNTs შეიცავს ბევრ მინარევებს, როგორიცაა ლითონის ნაწილაკები და ამორფული ნახშირბადები. SWNT-ების ულტრაბგერითი დამუშავება პოლი(მეთილ მეთაკრილატის) PMMA-ს მონოქლორბენზოლის (MCB) ხსნარში, რასაც მოჰყვება ფილტრაცია არის ეფექტური გზა SWNT-ების გასაწმენდად. პოლიმერის დახმარებით გაწმენდის ეს მეთოდი საშუალებას გაძლევთ ეფექტურად ამოიღოთ მინარევები მოყვანილი SWNT-ებიდან. (იუდასაკა და სხვ.) ულტრაბგერითი ამპლიტუდის ზუსტი კონტროლი საშუალებას იძლევა შეზღუდოს SWNT-ების დაზიანება.
ჰილშერის ულტრაბგერითი მოწყობილობების ფართო სპექტრი და აქსესუარები ნანომილების ეფექტური დისპერსიისთვის.
- კომპაქტური ლაბორატორიული მოწყობილობები მდე ულტრაბგერითი სიმძლავრე 400 ვატი 2 ლიტრამდე მცირე მოცულობებში დასაშლელად
- UIP500hdT, UIP1000hdT და UIP1500hdT არის ულტრაბგერითი პროცესორები, რომლებსაც შეუძლიათ უფრო დიდი მოცულობის დამუშავება.
- ულტრაბგერითი სისტემები 2 კვტ (UIP2000hdT) და 4 კვტ (UIP4000hdT) შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნახშირბადის ნანომილების წარმოების მასშტაბის დასაშლელად UIP10000 (10 კილოვატი) და UIP16000 (16 კილოვატი) შეიძლება გამოყენებულ იქნას რამდენიმე ცალკეული ერთეულის კლასტერებში ნახშირბადის ნანომილების ფართომასშტაბიანი დამუშავებისთვის.”
Დაგვიკავშირდით! / Გვკითხე ჩვენ!
ლიტერატურა
- 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.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებისგან ლაბორატორია რომ სამრეწველო ზომა.