단일 벽 탄소 나노 튜브를 개별적으로 분산시키는 방법
단일 벽 탄소 나노 튜브 (SWNT sWNT sWNTs 또는 SWCNTs)는 독특한 특성을 가지고 있지만, 그들을 표현하기 위해 개별적으로 분산해야합니다. 단일 벽 탄소 나노튜브의 뛰어난 특성을 최대한 활용하려면 튜브를 가장 완벽하게 얽혀야 합니다. 다른 나노 입자와 같은 SWNT는 매우 높은 인트랙트 력을 나타내므로 신뢰할 수있는 대강 변조 및 분산을 위해 강력하고 효율적인 기술이 필요합니다. 일반적인 혼합 기술은 SWNT를 손상시키지 않고 엉킴시키는 데 필요한 강도를 제공하지 는 않지만, 고출력 초음파는 SWCNT를 엉키고 분산시키는 것으로 입증되었습니다. SWCNT의 손상을 피하기 위해 초음파 강도를 정확하게 조정할 수 있습니다.
문제:
단일 벽 탄소 나노 튜브 (SWCNTs)는 전기 적 특성에 따라 다중 벽 탄소 나노 튜브 (MWNTs / MWCNT)와 다릅니다. SWCNT의 밴드 갭은 0에서 2 eV까지 다양할 수 있으며 전기 전도도는 금속 또는 반도체 거동을 특징으로 합니다. 단일 벽 탄소 나노튜브는 응집력이 높기 때문에 SWCNT 처리의 주요 장애물 중 하나는 유기 용매 또는 물에서 튜브의 고유 불용성입니다. SWCNT의 잠재력을 최대한 활용하려면 튜브의 간단하고 안정적이며 확장 가능한 대굴로 처리 공정이 필요합니다. 특히, CNT 측벽 또는 개방말단의 기능화는 SWCNT와 유기 용매 사이에 적합한 인터페이스를 생성하여 SWCNT의 부분적인 각질 제거를 초래한다. 따라서 SWCNT는 대부분 개별 탈약 로프가 아닌 번들로 분산됩니다. 분산 시 조건이 너무 가혹하면 SWCNT가 80에서 200nm 사이의 길이로 단축됩니다. 대부분의 실용적인 응용 분야, 즉 반도체 또는 보강 SWCNT의 경우 이 길이가 너무 작습니다.
UIP2000hdT, SWCNT를 분산하는 2kW 강력한 초음파.
해결책:
초음파는 고강도 초음파의 초음파가 액체에서 캐비테이션을 생성하기 때문에 탄소 나노 튜브의 분산 및 탈착의 매우 효과적인 방법입니다. 액체 매체에 전파되는 음파는 주파수에 따라 비율이 있는 고압(압축) 및 저압(희귀) 주기를 번갈아 가며 생성합니다. 저압 주기 동안 고강도 초음파는 액체에 작은 진공 기포 또는 공극을 만듭니다. 기포가 더 이상 에너지를 흡수할 수 없는 부피에 도달하면 고압 사이클 동안 격렬하게 붕괴됩니다. 이 현상을 캐비테이션이라고합니다. 내파 중 매우 높은 온도 (약. 5,000K) 및 압력 (약. 2,000atm)은 로컬로 도달합니다. 캐비테이션 버블의 파열은 또한 최대 280m /s의 속도의 액체 제트를 초래한다. 이러한 액체 제트 스트림은 초음파 캐비테이션, 탄소 나노 튜브 사이의 결합 력을 극복하고, 따라서, 나노 튜브는 탈래된다. 경미하고 통제 된 초음파 처리는 높은 길이의 분산 된 SWCNT의 계면 활성제 안정화 현탁액을 만드는 적절한 방법입니다. SWCNT의 제어 생산을 위해 Hielscher의 초음파 프로세서는 광범위한 초음파 파라미터 세트에서 작동 할 수 있습니다. 초음파 진폭, 액체 압력 및 액체 조성은 특정 재료 및 공정에 따라 각각 다양할 수 있습니다. 이는 다음과 같은 다양한 조정 가능성을 제공합니다.
- 최대 170 미크로네민의 소노로드 진폭
- 최대 10개의 바의 액체 압력
- 최대 15L/min의 액체 유량(공정에 따라 다름)
- 최대 80도의 액체 온도(요청 시 다른 온도)
- 최대 100.000cp의 재료 점도
초음파 장비
하이엘셔는 고성능 초음파 프로세서 모든 볼륨의 초음파 처리. 클러스터에 설정할 수 있는 50와트에서 최대 16.000와트까지의 초음파 장치는 실험실뿐만 아니라 업계에서도 각 응용 분야에 적합한 초음파를 찾을 수 있습니다. 나노 튜브의 정교한 분산을 위해 연속 초음파 처리가 권장됩니다. Hielscher의 유동 전지를 사용하여 CNT를 중합체, 고점도 용융 물용액 및 열가소성 수지와 같은 높은 점도의 액체로 분산시킬 수 있습니다.
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문학 / 참고 문헌
- Cheng, Qiaohuan; Debnath, Sourabhi; Gregan, Elizabeth; Byrne, Hugh J. (2010): Ultrasound-Assisted SWNTs Dispersion: Effects of Sonication Parameters and Solvent Properties. The Journal of Physical Chemistry C, 114(19), 2010. 8821–8827.
- Tenent, Robert; Barnes, Teresa; Bergeson, Jeremy; Ferguson, Andrew; To, Bobby; Gedvilas, Lynn; Heben, Michael; Blackburn, Jeffrey (2009): Ultrasmooth, Large‐Area, High‐Uniformity, Conductive Transparent Single‐Walled‐Carbon‐Nanotube Films for Photovoltaics Produced by Ultrasonic Spraying. Advanced Materials. 21. 3210 – 3216.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
알만한 가치가있는 사실
초음파 장치는 흔히 probe sonicator, 초음파 균질 기, 음파 라이저, 초음파 분쇄기, 초음파 분쇄기, sono-ruptor, sonifier, son dismembrator, cell disrupter, ultrasonic disperser 또는 dissolver로 불립니다. 서로 다른 용어는 초음파 처리로 수행 할 수있는 다양한 애플리케이션의 결과입니다.