ნახშირბადის ნანომილების (CNT) ულტრაბგერითი დისპერგირება
ნახშირბადის ნანომილები მტკიცე და მოქნილია, მაგრამ ერთმანეთთან ძლიერად შეჭიდების ტენდენცია აქვთ. მათი დისპერგირება სითხეებში, როგორიცაა წყალი, ეთანოლი, ზეთი, პოლიმერი ან ეპოქსიდური ფისი, რთულია. ულტრაბგერა ეფექტური მეთოდია დისკრეტული – ცალ-ცალკე დისპერგირებული – ნახშირბადის ნანომილების მისაღებად.
ნახშირბადის ნანომილები (CNT) გამოიყენება წებოებში, საფარებსა და პოლიმერებში, ასევე ელექტროგამტარ შემავსებლებად პლასტმასებში ელექტრომოწყობილობებში სტატიკური მუხტების გასაფანტად და ელექტროსტატიკური მეთოდით შესაღებ ავტომობილების ძარის პანელებში. ნანომილების გამოყენებით პოლიმერები შეიძლება გახდეს უფრო მდგრადი ტემპერატურის, აგრესიული ქიმიკატების, კოროზიული გარემოს, ექსტრემალური წნევისა და აბრაზიული ცვეთის მიმართ. არსებობს ნახშირბადის ნანომილების ორი კატეგორია: ერთკედლიანი ნანომილები (SWNT) და მრავალკედლიანი ნანომილები (MWNT).
სამრეწველო ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი UIP1500hdT ნახშირბადის ნანომილების (CNT) და სხვა ნანომასალების დისპერგირებისთვის.
ნახშირბადის ნანომილები, როგორც წესი, ხელმისაწვდომია მშრალი მასალის სახით, მაგალითად, ისეთი კომპანიებისგან, როგორიცაა SES Research ან CNT Co., Ltd. საჭიროა დეაგლომერაციის მარტივი, საიმედო და მასშტაბირებადი პროცესი, რათა ნანომილების პოტენციალი სრულად იქნას გამოყენებული. 100,000cP-მდე სიბლანტის სითხეებში ულტრაბგერა ძალიან ეფექტური ტექნოლოგიაა ნანომილების წყალში, ზეთში ან პოლიმერებში დაბალი ან მაღალი კონცენტრაციით დისპერგირებისთვის. სითხის ჭავლები, რომლებიც წარმოიქმნება ულტრაბგერითი კავიტაციის შედეგად, გადალახავს ნანომილებს შორის მოქმედ შეჭიდების ძალებს და აცალკევებს მილებს. ულტრაბგერით წარმოქმნილი ძვრის ძალებისა და მიკროტურბულენტობის წყალობით, ულტრაბგერას ასევე შეუძლია ხელი შეუწყოს ნანომილების ზედაპირის დაფარვასა და მათ ქიმიურ რეაქციას სხვა მასალებთან.
როგორც წესი, ნანომილების უხეშ დისპერსიას ჯერ წინასწარ ურევენ სტანდარტული სარეველით და შემდეგ ჰომოგენიზაციას უტარებენ ულტრაბგერით გამდინარე უჯრედის რეაქტორში. ქვემოთ მოცემული ვიდეო აჩვენებს ლაბორატორიულ ცდას (პერიოდული ულტრაბგერითი დამუშავება UP400S-ის გამოყენებით), რომლის დროსაც წყალში დაბალი კონცენტრაციით ხდება მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილების დისპერგირება. ნახშირბადის ქიმიური ბუნების გამო, ნანომილების წყალში დისპერგირება საკმაოდ რთულია. როგორც ვიდეოშია ნაჩვენები, ადვილად შეიძლება იმის დემონსტრირება, რომ ულტრაბგერითი დამუშავებით შესაძლებელია ნანომილების ეფექტურად დისპერგირება.
ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი მოწყობილობით გამამყარებელში დისპერგირებული სხვადასხვა ნანოშემავსებლის შედარება: (a) 0,5 wt% ნახშირბადის ნანობოჭკო (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxid; (c) 0,5 wt% ნახშირბადის ნანომილი (CNT); (d) 0,5 wt% ნაწილობრივ დისპერგირებული CNT.
კვლევა და სურათი: ©Zanghellini et al., 2021
დიდი სიგრძის ცალკეული SWNT-ების დისპერგირება
SWNT-ების დამუშავებისა და მანიპულირების მთავარი პრობლემაა მათი ბუნებრივი უხსნადობა გავრცელებულ ორგანულ გამხსნელებსა და წყალში. ნანომილის გვერდითი კედლის ან ღია ბოლოების ფუნქციონალიზაცია SWNT-ებსა და გამხსნელს შორის სათანადო გამყოფი ზედაპირის შესაქმნელად უმეტესად მხოლოდ SWNT-ების კონების ნაწილობრივ განშრევებას იწვევს.
შედეგად, SWNT-ები, როგორც წესი, დისპერგირდება კონების სახით და არა სრულად იზოლირებული ცალკეული ობიექტების სახით. როდესაც დისპერგირების დროს გამოიყენება ძალიან მკაცრი პირობები, SWNT-ები მოკლდება 80-დან 200nm-მდე სიგრძემდე. მიუხედავად იმისა, რომ ეს სასარგებლოა გარკვეული ტესტებისთვის, ეს სიგრძე ძალიან მცირეა პრაქტიკული გამოყენების უმეტესი შემთხვევისთვის, მაგალითად, SWNT-ების ნახევარგამტარ ან მაარმირებელ მასალად გამოსაყენებლად. კონტროლირებადი, რბილი ულტრაბგერითი დამუშავება (მაგალითად, UP200Ht 40mm სონოტროდით) ეფექტური პროცედურაა გრძელი ცალკეული SWNT-ების წყლიანი დისპერსიების მოსამზადებლად. რბილი ულტრაბგერითი დამუშავების თანმიმდევრული ეტაპები მინიმუმამდე ამცირებს დამოკლებას და უზრუნველყოფს სტრუქტურული და ელექტრონული თვისებების მაქსიმალურ შენარჩუნებას.
SWNT-ების გაწმენდა პოლიმერის დახმარებით ჩატარებული ულტრაბგერითი დამუშავებით
რთულია SWNT-ების ქიმიური მოდიფიკაციის შესწავლა მოლეკულურ დონეზე, რადგან რთულია სუფთა SWNT-ების მიღება. ზრდის პროცესში მიღებული SWNT-ები შეიცავს ბევრ მინარევს, როგორიცაა ლითონის ნაწილაკები და ამორფული ნახშირბადი. SWNT-ების ულტრაბგერითი დამუშავება პოლიმეთილმეთაკრილატის (PMMA) მონოქლორბენზოლში (MCB) მომზადებულ ხსნარში და შემდგომი ფილტრაცია SWNT-ების გაწმენდის ეფექტური გზაა. პოლიმერის დახმარებით გაწმენდის ეს მეთოდი ზრდის პროცესში მიღებული SWNT-ებიდან მინარევების ეფექტურად მოცილების საშუალებას იძლევა. (Yudasaka et al.) ულტრაბგერითი დამუშავების ამპლიტუდის ზუსტი კონტროლი SWNT-ების დაზიანების შეზღუდვის საშუალებას იძლევა.
Hielscher-ის ულტრაბგერითი მოწყობილობების ფართო სპექტრი და აქსესუარები ნანომილების ეფექტური დისპერგირებისთვის.
- კომპაქტური ლაბორატორიული მოწყობილობები მაქსიმუმ 400 ვატი ულტრაბგერითი სიმძლავრით მცირე მოცულობებში დისპერგირებისთვის, მაქსიმუმ 2 ლიტრამდე
- UIP500hdT, UIP1000hdT და UIP1500hdT არის ულტრაბგერითი პროცესორები, რომლებსაც შეუძლიათ უფრო დიდი მოცულობების დამუშავება.
- ულტრაბგერითი სისტემები 2kW (UIP2000hdT) და 4kW (UIP4000hdT) შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნახშირბადის ნანომილების საწარმოო მასშტაბით დისპერგირებისთვის. UIP10000 (10 კილოვატი) და UIP16000 (16 კილოვატი) შეიძლება გამოყენებულ იქნას რამდენიმე ცალკეული მოწყობილობისგან შემდგარ ჯგუფებად ნახშირბადის ნანომილების ფართომასშტაბიანი დამუშავებისთვის.
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით შეკითხვა!
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 წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული დან სამრეწველო ზომამდე.