3D 프린팅 가능한 잉크의 탄소 나노튜브 분산

3D 프린팅 가능한 잉크에서 CNT의 균일한 분산은 잉크의 특성을 향상시키고 다양한 분야에서 새로운 응용 프로그램을 가능하게 할 수 있습니다. 프로브 형 초음파는 폴리머에서 CNT의 안정적인 나노 현탁액을 생산하기위한 매우 신뢰할 수있는 분산 기술입니다.

초음파 처리로 인한 폴리머의 효율적이고 안정적인 CNT 분산

탄소 나노튜브(CNT)는 고유한 특성으로 인해 다양한 응용 분야를 위해 실리콘 오일에 분산되어 있는 경우가 많습니다. 실리콘 오일에서 CNT의 분산은 생성 된 물질의 기계적, 열적, 전기적 특성을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 응용 분야 중 하나는 전도성 3D 프린팅 가능 잉크용 CNT 도핑 폴리머의 제조(예: 웨어러블 촉각 센서, 환자 특이적 조직 재생 스캐폴드, 유연한 ECG 및 EEG 전극의 바이오 기반 적층 제조)입니다.
또한, 실리콘 오일에 분산된 CNT는 플렉서블 디스플레이 및 센서와 같은 전자 장치에서 도전성 잉크로 사용될 수 있습니다. CNT는 전도성 경로로 작용하여 전류의 흐름을 허용합니다.

초음파 CNT/고분자 분산의 장점

초음파는 매우 효율적인 분산 기술이며 몇 가지 이점이 있습니다. 폴리머에서 탄소 나노튜브(CNT)의 초음파 분산의 장점은 다음과 같습니다.

CNT/PDMS 복합재의 초음파 생산을 위한 일반 프로토콜

초음파는 폴리머에 수많은 나노 크기의 물질을 분산시키는 데 사용됩니다. 구체적이고 일반적으로 사용되는 응용 분야는 프로브 형 초음파 처리를 사용하여 디메틸 폴리 실록산 (PDMS)에 탄소 나노 튜브 (CNT)를 분산시키는 것입니다. CNT를 PDMS 매트릭스로 분산시키기 위해 전력 초음파와 음향 캐비테이션의 결과 효과를 사용하여 나노튜브를 엉키게 하고 나노현탁액으로 균일하게 혼합합니다. 프로브 형 초음파 처리는 응집 된 CNT를 효과적으로 분해하고 분산시킬 수있는 강렬한 캐비테이션 력을 생성하는 능력으로 인해 CNT를 분산시키는 강력한 방법입니다.
초음파 분산은 특정 전처리 또는 후처리가 필요하지 않은 간단한 처리 단계입니다. 초음파 장비 자체는 안전하고 작동하기 쉽습니다.
프로브 형 초음파 처리를 사용한 분산 과정에는 일반적으로 다음 단계가 포함됩니다.

1. CNT-PDMS 혼합물의 제조: 소정의 양의 CNT가 PDMS 매트릭스에 첨가되고 기계적 교반기를 사용하여 미리 혼합된다. 흥미롭게도, CNT를 용매에 미리 분산시킴으로써 전기 전도도를 높일 수 있었다. 테트라하이드로푸란(THF), 아세톤 또는 클로로포름(최상의 결과순으로 정렬)을 사용하면 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.
2. 프로브 형 초음파 처리 : 혼합물은 일반적으로 약 20kHz의 주파수로 초음파를 생성하는 고강도 초음파 프로브를 사용하여 프로브 형 초음파 처리를 거칩니다. 부피와 제형에 따라, 초음파 처리는 일반적으로 CNT의 완전한 분산을 보장하기 위해 몇 분 동안 수행됩니다.
3. 분산 모니터링: CNT의 분산은 주사 전자 현미경 (SEM), 투과 전자 현미경 (TEM) 또는 UV-Vis 분광법과 같은 기술을 사용하여 모니터링됩니다. 이러한 기술은 PDMS 매트릭스 내에서 CNT의 분포를 시각화하고 CNT가 균일하게 분산되도록 하는 데 사용할 수 있습니다.

요약하면, 프로브 형 초음파 처리는 응집 된 CNT를 효과적으로 분해하고 분산 할 수있는 강렬한 캐비테이션 력을 생성하는 능력으로 인해 PDMS와 같은 폴리머에서 CNT를 분산시키는 강력한 방법입니다.

CNT/고분자 복합재의 초음파 제조 사례 연구

프로브 형 초음파를 사용하여 나노 튜브 및 기타 탄소 기반 나노 물질의 분산은 광범위하게 연구되어 왔으며 이후 산업 생산에 구현되었습니다. 아래에서는 초음파 나노튜브 분산의 탁월한 효율성을 입증하는 몇 가지 연구 결과를 제시합니다.

웨어러블 센서를 위한 PDMS에서 CNT의 초음파 분산

Del Bosque et al. (2022)는 CNT 분산의 효과에 대해 3롤 밀링과 초음파 처리를 비교했습니다. 고분자 매트릭스로의 나노 입자의 분산 절차 분석은 초음파 처리 기술이 캐비테이션 힘에 의해 유도 된 CNT 분포의 더 높은 균질성으로 인해 3 롤 밀링에 비해 더 높은 전기 감도를 제공한다는 것을 보여줍니다. 다양한 CNT 로딩을 테스트한 결과, CNT-PDMS 시스템의 침투 임계값, 즉 전기 전도성이 되는 임계 CNT 함량은 0.4wt% CNT인 것으로 나타났습니다. 다중 벽 탄소 나노 튜브 (MWCNT)는 0.5 펄스주기 및 2 시간 동안 50 % 진폭에서 Hielscher 초음파 UP400ST (왼쪽 그림 참조)을 사용하여 초음파로 분산시켰다. 초음파 처리 시간 동안 초음파 분산의 효과는 아래 그림에 나와 있습니다.
이 분석을 바탕으로 웨어러블 센서의 제조를 위한 최적의 조건을 초음파 공정을 통해 0.4 wt.% CNT로 선택하였다. 이와 관련하여, 연속적인 부하 사이클에 따른 전기적 응답을 분석한 결과, 개발된 센서는 2%, 5% 및 10% 변형률에서 손상이 없이 높은 견고성을 보였으며, 이는 이러한 센서가 매체 변형률을 모니터링하는 데 신뢰할 수 있게 합니다.

다양한 초음파 처리 시간에 초음파 발생기 UP400St를 사용하여 PDMS에서 MWCNT의 초음파 분산.
(연구 및 이미지: ©del Bosque et al., 2022)

CNT/고분자 나노복합체를 위한 고성능 초음파 분산 장비

Hielscher 초음파는 실험실, 벤치 탑 및 산업의 까다로운 분산 응용 분야를위한 고출력 초음파 프로브를 제조합니다. Hielscher 초음파 분산기는 용매, 폴리머 및 복합 재료에서 나노 물질의 효율적이고 정확한 균질화 및 분산을 제공합니다.
첨단 초음파 기술을 통해 이 분산기는 균일한 입자 크기 분포, 안정적인 분산 및/또는 나노 입자 기능화를 달성하기 위한 빠르고 쉬운 솔루션을 제공합니다.
처리 시간을 단축하고 에너지 소비를 최소화함으로써 초음파 프로브 분산기는 다양한 산업 분야에서 기업의 생산성을 향상시키고 운영 비용을 절감 할 수 있습니다.
Hielscher 초음파기는 다양한 프로브 크기, 부스터 혼, 전력 수준 및 플로우 셀에 대한 옵션을 통해 특정 요구 사항에 맞게 사용자 정의 할 수 있으므로 다양한 나노 제형 및 부피에 다양하고 적응할 수 있습니다.
전반적으로 초음파 프로브 분산기는 나노물질 처리 워크플로우를 최적화하고 일관되고 신뢰할 수 있는 결과를 얻고자 하는 실험실 및 산업에 탁월한 투자입니다.

설계, 제조 및 컨설팅 – 독일에서 만든 품질

Hielscher 초음파기는 최고의 품질과 설계 표준으로 잘 알려져 있습니다. 견고 함과 쉬운 작동으로 초음파기를 산업 시설에 원활하게 통합 할 수 있습니다. 거친 조건과 까다로운 환경은 Hielscher 초음파기에 의해 안정적으로 처리됩니다.

Hielscher 초음파는 ISO 인증 회사이며 최첨단 기술과 사용자 친화성을 갖춘 고성능 초음파기에 특히 중점을 둡니다. 물론, Hielscher 초음파기는 CE를 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구 사항을 충족합니다.

아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.