초음파에 의해 균일하게 분산 된 CNT
탄소 나노튜브(CNTs)의 뛰어난 기능을 활용하려면 균질하게 분산되어야 합니다.
초음파 분산기는 CNT를 수성 및 용매 기반 현탁액으로 분배하는 가장 일반적인 도구입니다.
초음파 분산 기술은 CNT를 손상시키지 않고 완전히 분리할 수 있을 만큼 충분히 높은 전단 에너지를 생성합니다.
탄소 나노튜브의 초음파 분산
탄소나노튜브(CNTs)는 종횡비가 매우 높고 밀도가 낮을 뿐만 아니라 거대한 표면적(수백 m2/g)을 나타내어 매우 높은 인장 강도, 강성 및 인성과 같은 고유한 특성과 매우 높은 전기 및 열 전도성과 같은 고유한 특성을 제공합니다. 단일 탄소 나노튜브(CNT)를 서로 끌어당기는 Van der Waals 힘으로 인해 CNT는 일반적으로 다발 또는 타래로 배열됩니다. 이러한 분자 간 인력은 π-스태킹으로 알려진 인접한 나노튜브 사이의 π 결합 적층 현상을 기반으로 합니다. 탄소 nanotubes에서 가득 차있는 이득을 얻기 위하여는, 이 응집체는 풀어져야 하고 CNTs는 균질한 분산에서 균등하게 배부되어야 합니다. 강렬한 초음파는 액체에서 음향 캐비테이션을 생성합니다. 이에 따라 생성된 국소 전단 응력은 CNT 응집체를 파괴하고 균질한 현탁액으로 균일하게 분산시킵니다. 초음파 분산 기술은 CNT를 손상시키지 않고 완전히 분리할 수 있을 만큼 충분히 높은 전단 에너지를 생성합니다. 민감한 SWNT의 경우에도 초음파 처리가 성공적으로 적용되어 개별적으로 얽힌 것을 풀어줍니다. 초음파는 개별 나노 튜브에 많은 파괴를 일으키지 않고 SWNT 응집체를 분리하기에 충분한 스트레스 수준을 제공합니다 (Huang, Terentjev 2012).
- 단일 분산 CNT
- 균질 분포
- 높은 분산 효율
- 높은 CNT 로딩
- CNT 분해 없음
- 신속한 처리
- 정밀한 공정 제어

UIP2000hdT 님 – CNT 분산을 위한 2kW의 강력한 초음파기
CNT 분산을 위한 고성능 초음파 시스템
Hielscher 초음파는 CNT의 효율적인 분산을 위해 강력하고 신뢰할 수있는 초음파 장비를 공급합니다. 분석 및 R을 위해 작은 CNT 샘플을 준비해야 하는지 여부&D 또는 대량 분산액의 대규모 산업 로트를 제조해야하는 경우, Hielscher의 제품 범위는 귀하의 요구 사항에 이상적인 초음파 시스템을 제공합니다. 보낸 사람 50W 초음파 발생기 최대 실험실용 16kW 산업용 초음파 장치 상업 제조의 경우 Hielscher 초음파가 도와드립니다.
고품질 탄소 나노튜브 분산액을 생산하려면 공정 매개변수를 잘 제어해야 합니다. 진폭, 온도, 압력 및 머무름 시간은 균일한 CNT 분포를 위한 가장 중요한 매개변수입니다. Hielscher의 초음파기는 각 매개 변수를 정밀하게 제어 할 수있을뿐만 아니라 모든 프로세스 매개 변수는 Hielscher의 디지털 초음파 시스템의 통합 SD 카드에 자동으로 기록됩니다. 각 초음파 처리 공정의 프로토콜은 재현 가능한 결과와 일관된 품질을 보장하는 데 도움이 됩니다. 원격 브라우저 제어를 통해 사용자는 초음파 시스템의 위치에 있지 않고도 초음파 장치를 작동하고 모니터링 할 수 있습니다.
단일벽 탄소나노튜브(SWNT) 및 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)뿐만 아니라 선택한 수성 또는 용매 매체에는 특정 가공 강도가 필요하기 때문에 초음파 진폭은 최종 제품과 관련하여 핵심 요소입니다. Hielscher 초음파’ 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭과 매우 약한 진폭을 제공 할 수 있습니다. 공정 요구 사항에 맞는 이상적인 진폭을 설정합니다. 최대 200μm의 진폭도 24/7 작동으로 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. Hielscher의 초음파 장비의 견고 함은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 가능하게합니다.
우리의 고객은 Hielscher 초음파 시스템의 뛰어난 견고 함과 신뢰성에 만족하고 있습니다. 헤비 듀티 응용 분야, 까다로운 환경 및 24/7 작동 분야에 설치하면 효율적이고 경제적 인 처리가 보장됩니다. 초음파 공정 강화는 처리 시간을 단축하고 더 나은 결과, 즉 더 높은 품질, 더 높은 수율, 혁신적인 제품을 달성합니다.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.
배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
---|---|---|
0.5에서 1.5mL | N.A. 개시 | 바이알트위터 |
1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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문헌 / 참고문헌
- 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.
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
탄소나노튜브
탄소나노튜브(CNT)는 1차원 탄소 물질의 특별한 종류에 속하며 탁월한 기계적, 전기적, 열적, 광학적 특성을 나타냅니다. 그들은 나노 복합재, 강화 폴리머 등과 같은 첨단 나노 물질의 개발 및 생산에 사용되는 주요 구성 요소이므로 최첨단 기술에 사용됩니다. CNT는 매우 높은 인장 강도, 우수한 열 전달 특성, 낮은 밴드 갭 및 최적의 화학적 및 물리적 안정성을 노출시켜 나노튜브를 매니폴드 재료에 대한 유망한 첨가제로 만듭니다.
CNTS는 구조에 따라 단일벽 탄소나노튜브(SWNT), 이중벽 탄소나노튜브(DWCNT) 및 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)로 구분됩니다.
SWNT는 원자 1개 두께의 탄소 벽으로 만든 속이 비어 있고 긴 원통형 튜브입니다. 탄소의 원자 시트는 벌집 격자로 배열되어 있습니다. 종종, 그들은 개념적으로 단층 흑연 또는 그래핀의 롤업 시트와 비교됩니다.
DWCNT는 두 개의 단일 벽 나노튜브로 구성되며 하나는 다른 나노튜브 내에 중첩되어 있습니다.
MWNT는 여러 개의 단일벽 탄소 나노튜브가 서로 내부에 중첩된 CNT 형태입니다. 직경이 3-30nm 사이이고 길이가 몇 cm 정도 자랄 수 있기 때문에 종횡비는 10에서 1000만 사이일 수 있습니다. 탄소 나노섬유와 비교하여 MWNT는 벽 구조가 다르고 외경이 더 작으며 내부가 속이 비어 있습니다. 일반적으로 사용되는 산업적으로 사용 가능한 유형의 MWNT는 예를 들어 Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 및 FutureCarbon CNT-MW입니다.
CNT의 합성: CNT는 플라즈마 기반 합성법 또는 아크 방전 증착법, 레이저 절제법, 열합성 공정, 화학기상증착법(CVD) 또는 플라즈마 강화화학기상증착법으로 생산할 수 있습니다.
CNT의 기능화: 탄소나노튜브의 특성을 개선하고 특정 응용 분야에 더 적합하게 만들기 위해, CNT는 종종 카르복실산(-COOH) 또는 수산기(-OH)를 첨가함으로써 기능화됩니다.
CNT 분산 첨가제
초산, 이온 액체 및 N-시클로헥실-2-피롤리논과 같은 일부 용매는 CNT의 상대적으로 고농도 분산액을 제조할 수 있는 반면, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF) 및 1,2-디크롤로벤젠과 같은 나노튜브용 가장 일반적인 용매는 매우 낮은 농도(예: 일반적으로 <0.02 wt%의 single-walled CNTs). 가장 일반적인 분산제는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 소듐 도데실 벤젠 설포네이트(SDBS), 트리톤 100 또는 소듐 도데실 설포네이트(SDS)입니다.
크레졸은 CNT 로딩이 증가함에 따라 묽은 분산액, 두꺼운 페이스트 및 독립형 젤에서 전례 없는 플레이도우와 같은 상태로 지속적으로 전환되는 최대 수십 중량 퍼센트의 농도로 CNT를 처리할 수 있는 산업용 화학 물질 그룹입니다. 이러한 상태는 다른 일반적인 용매로는 얻을 수 없는 고분자와 같은 유변학적 및 점탄성 특성을 나타내며, 이는 나노튜브가 실제로 응집되어 크레졸에 미세하게 분산되어 있음을 시사합니다. 크레졸은 CNT의 표면을 변경하지 않고 가열 또는 세척으로 처리 한 후 제거 할 수 있습니다. [Chiou et al. 2018]
CNT 분산액의 응용
CNT의 이점을 이용하려면, 그것들은 폴리머와 같은 액체로 분산되어야 하며, 고르게 분산된 CNT는 전도성 플라스틱, 액정 디스플레이, 유기 발광 다이오드, 터치 스크린, 플렉시블 디스플레이, 태양 전지, 전도성 잉크, 필름, 폼, 섬유 및 직물을 포함한 정전기 제어 재료, 폴리머 코팅 및 접착제, 탁월한 기계적 강도 및 인성을 가진 고성능 폴리머 복합재의 제조에 사용됩니다. 폴리머/CNT 복합 섬유, 경량 및 정전기 방지 재료.