CNT-ების ერთგვაროვანი დისპერგია ულტრაბგერითი დამუშავებით
ნახშირბადის ნანომილაკების (CNT) გამორჩეული ფუნქციური თვისებების სარგებლის მისაღებად, ისინი უნდა იყოს ერთგვაროვნად დისპერგირებული.
ულტრაბგერითი დისპერგატორები არის ყველაზე გავრცელებული ინსტრუმენტი CNT-ების წყალში და გამხსნელზე დაფუძნებულ სუსპენზიებში გასანაწილებლად.
ულტრაბგერითი დისპერგირების ტექნოლოგია ქმნის საკმარისად მაღალ ძვრის ენერგიას CNT-ების სრული დაშლისთვის მათი დაზიანების გარეშე.
ნახშირბადის ნანომილაკების ულტრაბგერითი დისპერგირება
ნახშირბადის ნანომილაკებს (CNT) აქვთ ძალიან მაღალი ასპექტური თანაფარდობა და ავლენენ დაბალ სიმკვრივეს, ასევე უზარმაზარ ზედაპირის ფართობს (რამდენიმე ასეული m2/g), რაც მათ ანიჭებს უნიკალურ თვისებებს, როგორიცაა ძალიან მაღალი გაჭიმვის სიმტკიცე, სიხისტე და ცემენტაციისადმი მედეგობა, და ძალიან მაღალი ელექტრო და თერმული გამტარობა. ვან დერ ვაალსის ძალების გამო, რომლებიც ერთმანეთისკენ იზიდავენ ცალკეულ ნახშირბადის ნანომილაკებს (CNT), CNT-ები ჩვეულებრივ ჯგუფდებიან კონებად ან ბურთულებად. ეს მოლეკულათაშორისი მიზიდულობის ძალები დაფუძნებულია მეზობელ ნანომილაკებს შორის არსებულ π-ბმის დაგროვების ფენომენზე, რომელიც ცნობილია როგორც π-სტეკინგი. ნახშირბადის ნანომილაკებისგან სრული სარგებლის მისაღებად, ეს აგლომერატები უნდა იყოს დაშლილი და CNT-ები უნდა იყოს თანაბრად განაწილებული ერთგვაროვან დისპერგიაში. ინტენსიური ულტრაბგერითი დამუშავება ქმნის აკუსტიკურ კავიტაციას სითხეებში. ამ გზით წარმოქმნილი ლოკალური ძვრის დაძაბულობა შლის CNT აგრეგატებს და თანაბრად დისპერგირებს მათ ერთგვაროვან სუსპენზიაში. ულტრაბგერითი დისპერგირების ტექნოლოგია ქმნის საკმარისად მაღალ ძვრის ენერგიას CNT-ების სრული დაშლისთვის მათი დაზიანების გარეშე. მგრძნობიარე SWNT-ებისთვისაც კი ულტრაბგერითი დამუშავება წარმატებით გამოიყენება მათ ინდივიდუალურად დასაშლელად. ულტრაბგერითი დამუშავება უზრუნველყოფს მხოლოდ საკმარის დაძაბულობის დონეს SWNT აგრეგატების დასაშლელად, ცალკეული ნანომილაკების მნიშვნელოვანი მოტეხილობის გარეშე (Huang, Terentjev 2012).
- ინდივიდუალურად დისპერგირებული CNT-ები
- ერთგვაროვანი განაწილება
- მაღალი დისპერგიის ეფექტურობა
- მაღალი CNT დატვირთვები
- CNT-ების დეგრადაციის გარეშე
- სწრაფი დამუშავება
- პროცესის ზუსტი კონტროლი
UIP2000hdT – 2kW მძლავრი ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატი CNT დისპერგიებისთვის
მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი სისტემები CNT დისპერგიებისთვის
Hielscher Ultrasonics აწვდის მძლავრ და საიმედო ულტრაბგერით აღჭურვილობას CNT-ების ეფექტური დისპერგიისთვის. მიუხედავად იმისა, გჭირდებათ თუ მცირე CNT ნიმუშების მომზადება ანალიზისა და R&D-სთვის, თუ უნდა აწარმოოთ მსხვილი ინდუსტრიული პარტიები მასობრივი დისპერგიების, Hielscher-ის პროდუქციის დიაპაზონი გთავაზობთ იდეალურ ულტრაბგერით სისტემას თქვენი მოთხოვნებისთვის. 50W ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატები ლაბორატორიისთვის და 16kW ინდუსტრიული ულტრაბგერითი აგრეგატები კომერციული წარმოებისთვის, Hielscher Ultrasonics-ს ყველაფერი გააჩნია, რაც გჭირდებათ.
მაღალი ხარისხის ნახშირბადის ნანომილაკების დისპერგიების წარმოებისთვის, პროცესის პარამეტრები უნდა იყოს კარგად კონტროლირებადი. ამპლიტუდა, ტემპერატურა, წნევა და შეკავების დრო არის ყველაზე კრიტიკული პარამეტრები CNT-ების თანაბარი განაწილებისთვის. Hielscher-ის ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატები არა მხოლოდ საშუალებას იძლევა ზუსტი კონტროლი თითოეული პარამეტრის, არამედ ყველა პროცესის პარამეტრი ავტომატურად იწერება Hielscher-ის ციფრული ულტრაბგერითი სისტემების ინტეგრირებულ SD ბარათზე. თითოეული ულტრაბგერითი დამუშავების პროტოკოლი ხელს უწყობს გამეორებადი შედეგებისა და მუდმივი ხარისხის უზრუნველყოფას. დისტანციური ბრაუზერის კონტროლის საშუალებით მომხმარებელს შეუძლია მართოს და მონიტორინგი გაუწიოს ულტრაბგერით მოწყობილობას ულტრაბგერითი სისტემის მდებარეობაში ყოფნის გარეშე.
რადგან ერთკედლიანი ნახშირბადის ნანომილაკები (SWNTs) და მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილაკები (MWNTs), ასევე შერჩეული წყლიანი ან გამხსნელის გარემო მოითხოვს კონკრეტულ დამუშავების ინტენსივობას, ულტრაბგერითი ამპლიტუდა არის გადამწყვეტი ფაქტორი საბოლოო პროდუქტისთვის. Hielscher Ultrasonics-ის ინდუსტრიული ულტრაბგერითი პროცესორები შეუძლიათ მიაწოდონ ძალიან მაღალი, ასევე ძალიან რბილი ამპლიტუდები. დაადგინეთ იდეალური ამპლიტუდა თქვენი პროცესის მოთხოვნებისთვის. მაშინაც კი, 200µm-მდე ამპლიტუდები მარტივად შეიძლება უწყვეტად 24/7 რეჟიმში გამოიყენებოდეს. უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის, ხელმისაწვდომია სპეციალურად შექმნილი ულტრაბგერითი სონოტროდები. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა საშუალებას იძლევა 24/7 რეჟიმში მუშაობისა მძიმე დატვირთვითა და რთულ გარემოში.
ჩვენი მომხმარებლები კმაყოფილი არიან Hielscher Ultrasonics-ის სისტემების გამორჩეული გამძლეობითა და სანდოობით. მძიმე დატვირთვის გამოყენების სფეროებში, რთულ გარემოში და 24/7 რეჟიმში მონტაჟი უზრუნველყოფს ეფექტურ და ეკონომიურ დამუშავებას. ულტრაბგერითი პროცესის ინტენსიფიკაცია ამცირებს დამუშავების დროს და უზრუნველყოფს უკეთეს შედეგებს, ანუ უფრო მაღალ ხარისხს, უფრო მაღალ მოსავლიანობას, ინოვაციურ პროდუქტებს.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატების დაახლოებითი დამუშავების სიმძლავრის შესახებ:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | 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 |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით!
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი პროცესორები ლაბორატორიულიდან საცდელ და ინდუსტრიულ მასშტაბამდე.
ლიტერატურა / რეფერენსები
- SOP – Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- 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.
ფაქტები, რომლებიც ღირს ცოდნა
რა არის ნახშირბადის ნანომილაკები
ნახშირბადის ნანომილაკები (CNT) არის ერთგანზომილებიანი ნახშირბადის მასალების სპეციალური კლასის ნაწილი, რომლებიც ავლენენ გამორჩეულ მექანიკურ, ელექტრო, თერმულ და ოპტიკურ თვისებებს. ისინი არის მთავარი კომპონენტი, რომელიც გამოიყენება მოწინავე ნანომასალების, როგორიცაა ნანოკომპოზიტები, არმირებული პოლიმერები და ა.შ. განვითარებისა და წარმოებისთვის და ამიტომ გამოიყენება უახლეს ტექნოლოგიებში. CNT-ები ავლენენ ძალიან მაღალ გაჭიმვის სიმტკიცეს, უპირატეს სითბოგადაცემის თვისებებს, მცირე ენერგეტიკულ ზოლურ შუალედებს და ოპტიმალურ ქიმიურ და ფიზიკურ სტაბილურობას, რაც ნანომილაკებს ხდის პერსპექტიულ დანამატად მრავალფეროვანი მასალებისთვის.
მათი სტრუქტურის მიხედვით, CNT-ები იყოფა ერთკედლიან ნახშირბადის ნანომილაკებად (SWNTs), ორკედლიან ნახშირბადის ნანომილაკებად (DWCNTs) და მრავალკედლიან ნახშირბადის ნანომილაკებად (MWNTs).
SWNT-ები არის ღრუ, გრძელი ცილინდრული მილები, რომლებიც შედგება ერთი ატომის სისქის ნახშირბადის კედლისგან. ნახშირბადის ატომური ფურცელი განლაგებულია თაფლისებრი მესრის სახით. ხშირად, ისინი კონცეპტუალურად შედარებულია ერთშრიანი გრაფიტის ან გრაფენის გადახვეულ ფურცლებთან.
DWCNT-ები შედგება ორი ერთკედლიანი ნანომილაკისგან, სადაც ერთი მეორეშია ჩასმული.
MWNT-ები არის CNT-ების ფორმა, სადაც მრავალი ერთკედლიანი ნახშირბადის ნანომილაკი ერთმანეთშია ჩასმული. რადგან მათი დიამეტრი მერყეობს 3–30 nm-ს შორის და შეიძლება გაიზარდოს რამდენიმე სმ სიგრძემდე, მათი ასპექტური თანაფარდობა შეიძლება მერყეობდეს 10-დან ათ მილიონამდე. ნახშირბადის ნანობოჭკოებთან შედარებით, MWNT-ებს აქვთ განსხვავებული კედლის სტრუქტურა, უფრო მცირე გარე დიამეტრი და ღრუ შიგნით. ინდუსტრიულად ხელმისაწვდომი, ხშირად გამოყენებადი MWNT-ების ტიპებია, მაგალითად, Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 და FutureCarbon CNT-MW.
CNT-ების სინთეზი: CNT-ები შეიძლება წარმოიქმნას პლაზმურზე დაფუძნებული სინთეზის მეთოდით ან რკის გადინების აორთქლების მეთოდით, ლაზერული აბლაციის მეთოდით, თერმული სინთეზის პროცესით, ქიმიური ორთქლის ლექირებით (CVD) ან პლაზმით გააქტიურებული ქიმიური ორთქლის ლექირებით.
CNT-ების ფუნქციონალიზაცია: ნახშირბადის ნანომილაკების მახასიათებლების გასაუმჯობესებლად და მათ კონკრეტული გამოყენებისთვის უფრო შესაფერისად გასახდელად, CNT-ები ხშირად ფუნქციონალიზდება, მაგალითად, კარბოქსილის მჟავას (-COOH) ან ჰიდროქსილის (-OH) ჯგუფების დამატებით.
CNT დისპერგიის დამატებები
ზოგიერთი გამხსნელი, როგორიცაა სუპერმჟავები, იონური სითხეები და N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone, შეუძლიათ მოამზადონ CNT-ების შედარებით მაღალი კონცენტრაციის დისპერგიები, მაგრამ ნანომილაკებისთვის ყველაზე გავრცელებული გამხსნელები, როგორიცაა N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF) და 1,2-dichrolobenzene, შეუძლიათ ნანომილაკების დისპერგირება მხოლოდ ძალიან დაბალ კონცენტრაციებზე (მაგ., ჩვეულებრივ <0,02 wt% ერთკედლიანი CNT-ების). ყველაზე გავრცელებული დისპერგირების აგენტები არის პოლივინილპიროლიდონი (PVP), Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate (SDBS), Triton 100 ან Sodium Dodecyl Sulfonate (SDS).
კრეზოლები არის ინდუსტრიული ქიმიკატების ჯგუფი, რომლებსაც შეუძლიათ CNT-ების დამუშავება ათეულ წონით პროცენტამდე კონცენტრაციებზე, რაც, CNT დატვირთვის ზრდასთან ერთად, იწვევს უწყვეტ გადასვლას განზავებული დისპერგიებიდან სქელ პასტებზე, თავისუფლად მდგარ გელებზე და უპრეცედენტო, პლასტილინის მსგავს მდგომარეობაში. ეს მდგომარეობები ავლენენ პოლიმერის მსგავს რეოლოგიურ და ვისკოელასტიურ თვისებებს, რომლებიც მიუწვდომელია სხვა გავრცელებული გამხსნელებით, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ნანომილაკები რეალურად დეაგრეგირებულია და წვრილად დისპერგირებულია კრეზოლებში. კრეზოლები შეიძლება მოიხსნას დამუშავების შემდეგ გათბობით ან რეცხვით, CNT-ების ზედაპირის ცვლილების გარეშე. [Chiou et al. 2018]
CNT დისპერგიების გამოყენება
CNT-ების სარგებლის გამოსაყენებლად, ისინი უნდა იყოს დისპერგირებული სითხეში, როგორიცაა პოლიმერები. თანაბრად დისპერგირებული CNT-ები გამოიყენება გამტარი პლასტმასების, თხევადკრისტალური დისპლეების, ორგანული სინათლის გამომსხივებელი დიოდების, სენსორული ეკრანების, მოქნილი დისპლეების, მზის ელემენტების, გამტარი მელნების, სტატიკური მუხტის საკონტროლო მასალების, მათ შორის ფირების, ქაფების, ბოჭკოებისა და ქსოვილების, პოლიმერული საფარებისა და წებოების, გამორჩეული მექანიკური სიმტკიცისა და რღვევისადმი მედეგობის მქონე მაღალი საექსპლუატაციო მახასიათებლების პოლიმერული კომპოზიტების, პოლიმერისა და CNT-ების კომპოზიტური ბოჭკოების, ასევე მსუბუქი და ანტისტატიკური მასალების წარმოებისთვის.
რა არის ნახშირბადის ფორმები?
ნახშირბადი არსებობს რამდენიმე ალოტროპში, მათ შორის:
- კრისტალური ფორმები: ალმასი, გრაფიტი, გრაფენი, ნახშირბადის ნანომილაკები (CNT), ფულერენები (მაგ., C₆₀).
- ამორფული ფორმები: ხის ნახშირი, ჭვარტლი, ტექნიკური ნახშირბადი, მინისებრი ნახშირბადი, ალმასის მსგავსი ნახშირბადი (DLC), ერთშრიანი ამორფული ნახშირბადი (MAC).
- ჰიბრიდული ნანოსტრუქტურები: ნანოალმასები, ნახშირბადის ხახვები, ნახშირბადის აეროგელები და კომპოზიტები, როგორიცაა ნანონახშირბად-მეტალის ჰიბრიდები.
თითოეული ფორმა ავლენს განსხვავებულ ფიზიკურ-ქიმიურ თვისებებს, რომლებიც რელევანტურია მასალათა მეცნიერების, ელექტრონიკის და ენერგიის შენახვის გამოყენებებში.