초음파에 의해 균일하게 분산 된 CNTs
탄소 나노튜브(CNT)의 뛰어난 기능을 이용하려면 균질하게 분산되어야 합니다.
초음파 분산기는 수성 및 용매 기반 현탁액에 CNT를 분배하는 가장 일반적인 도구입니다.
초음파 분산 기술은 CNT를 손상시키지 않으면서 완전히 분리 할 수 있도록 충분히 높은 전단 에너지를 생성합니다.
탄소 나노 튜브의 초음파 분산
탄소 나노튜브 (CNTs)는 매우 높은 종횡비를 가지고 있으며, 매우 높은 인장 강도, 강성 및 인성과 매우 높은 전기 및 열 전도성과 같은 독특한 특성을 제공하는 거대한 표면적 (수백 m2 / g)뿐만 아니라 낮은 밀도를 나타낸다. 단일 탄소 나노튜브(CNT)를 서로 끌어당기는 반 데르 발스(Van der Waals) 힘으로 인해 CNT는 일반적으로 번들 또는 스케인으로 배열됩니다. 이러한 분자간 매력은 π-스태킹으로 알려진 인접한 나노튜브 사이의 π 결합 스태킹 현상을 기반으로 합니다. 탄소 나노튜브로부터 완전한 이점을 도출하려면 이러한 응집체가 분산되어야 하며 CNT는 균일한 분산으로 균등하게 분배되어야 합니다. 강렬한 초음파는 액체에 음향 캐비테이션을 만듭니다. 이에 따라 생성된 국부적인 전단 응력은 CNT 응집체를 끊고 균일한 현탁액으로 균일하게 분산시됩니다. 초음파 분산 기술은 CNT를 손상시키지 않으면서 완전히 분리 할 수 있도록 충분히 높은 전단 에너지를 생성합니다. 민감한 SWNT의 초음파 처리에도 불구하고 개별적으로 분산시키는 데 성공적으로 적용됩니다. 초음파는 개별 나노 튜브 (황, Terentjev 2012)에 많은 골절을 일으키지 않고 SWNT 응집체를 분리하기에 충분한 응력 수준을 제공합니다.
- 단일 분산 CNT
- 균일 한 분포
- 높은 분산 효율
- 높은 CNT 하중
- CNT 저하 없음
- 신속한 처리
- 정밀한 공정 제어
UIP2000hdT – CNT 분산을위한 2kW 강력한 초음파
CNT 분산을 위한 고성능 초음파 시스템
Hielscher 초음파는 CNT의 효율적인 분산을위한 강력하고 신뢰할 수있는 초음파 장비를 공급합니다. 분석 및 R을 위해 작은 CNT 샘플을 준비해야 하는지 여부&D 또는 대량 분산의 큰 산업 제비를 제조해야, Hielscher의 제품 범위는 귀하의 요구 사항에 이상적인 초음파 시스템을 제공합니다. 보낸 사람 50W 초음파 최대 랩용 16kW 산업 초음파 장치 상업 제조를 위해, Hielscher 초음파는 당신이 덮여있다.
고품질 탄소 나노튜브 분산액을 생산하려면 공정 파라미터를 잘 제어해야 합니다. 진폭, 온도, 압력 및 보존 시간은 균등한 CNT 분포에서 가장 중요한 파라미터입니다. Hielscher의 초음파 는 각 매개 변수를 정밀하게 제어 할 뿐만 아니라 모든 공정 매개 변수가 Hielscher의 디지털 초음파 시스템의 통합 SD 카드에 자동으로 기록됩니다. 각 초음파 처리의 프로토콜은 재현 가능한 결과와 일관된 품질을 보장하는 데 도움이됩니다. 원격 브라우저 제어를 통해 사용자는 초음파 시스템의 위치에없는 초음파 장치를 작동하고 모니터링 할 수 있습니다.
단일 벽 탄소 나노 튜브 (SWNTs) 및 다중 벽 탄소 나노 튜브 (MWNTs) 뿐만 아니라 선택 된 수성 또는 용매 매체는 특정 처리 강도를 필요로하기 때문에, 초음파 진폭은 최종 제품에 관해서 핵심 요소입니다. 히엘셔 초음파’ 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 뿐만 아니라 매우 가벼운 진폭을 제공 할 수 있습니다. 공정 요구 사항에 이상적인 진폭을 설정합니다. 최대 200μm의 진폭도 24/7 작동시 쉽게 연속 작동할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해, 주문을 받아서 만들어진 초음파 sonotrodes를 유효합니다. Hielscher의 초음파 장비의 견고성은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 허용합니다.
우리의 고객은 Hielscher 초음파 시스템의 뛰어난 견고성과 신뢰성에 만족합니다. 중장비 응용 분야, 까다로운 환경 및 24/7 작동 분야에 설치하면 효율적이고 경제적인 처리가 보장됩니다. 초음파 공정 강화는 처리 시간을 줄이고 더 나은 결과, 즉 높은 품질, 높은 수율, 혁신적인 제품을 달성합니다.
아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.
| 일괄 볼륨 | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 0.5 ~ 1.5mL | N.A. | 유리 병 |
| 1 ~ 500mL | 10 ~ 200mL / min | UP100H |
| 10 ~ 2000mL | 20 ~ 400 mL / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 ~ 20L | 0.2 ~ 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 ~ 100L | 2 ~ 10L / min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 ~ 100L / min | UIP16000 |
| N.A. | 더 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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문학 / 참고 문헌
- 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.
알만한 가치가있는 사실
탄소 나노 튜브
탄소 나노튜브(CNT)는 1차원 탄소 물질의 특수 클래스의 일부로, 뛰어난 기계적, 전기적, 열적 및 광학적 특성을 나타낸다. 나노 복합체, 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 대역 갭 및 최적의 화학적 및 물리적 안정성을 노출하여 나노 튜브가 매니 폴드 재료에 유망한 첨가제입니다.
구조에 따라 CNTS는 단일 벽 탄소 나노튜브(SWNT), 이중 벽 탄소 나노튜브(DWCNT), 다중 벽 탄소 나노튜브(MWNT)로 구별됩니다.
SWNT는 원자 두께의 탄소 벽 하나로 만들어진 중공, 긴 원통형 튜브입니다. 탄소의 원자 시트는 벌집 격자에 배치된다. 종종, 그들은 개념적으로 단층 흑연 또는 그래 핀의 압연 시트에 비해.
DWCNT는 두 개의 단일 벽 나노튜브로 구성되어 있으며, 하나는 다른 나노 튜브 내에 중첩되어 있습니다.
MWNT는 여러 개의 단일 벽 탄소 나노튜브가 서로 내부에 중첩되는 CNT 형태입니다. 그들의 직경 범위는 3-30 nm 사이이고 그(것)들이 수 cm 길이로 증가할 수 있기 때문에, 그들의 종횡비는 10에서 1천만 사이에서 변화할 수 있습니다. 탄소 나노 섬유에 비해 MWNT는 다른 벽 구조, 작은 외부 직경 및 중공 내부를 가지고 있습니다. 일반적으로 산업용 MWNTs는 베이튜브® C150P, 나노실® NC7000, 아르케마 그래피강도® C100 및 퓨처카본 CNT-MW와 같습니다.
CNT의 합성: CNT는 플라즈마 기반 합성 방법 또는 아크 방전 증발 방법, 레이저 절제 방법, 열 합성 공정, 화학 증착 (CVD) 또는 플라즈마 강화 화학 증착에 의해 생성 될 수있다.
CNT의 기능화: 탄소 나노튜브의 특성을 개선하고 이를 특정 용도에 더 적합하게 만들기 위해, CNT는 종종 카르복실산 (-COOH) 또는 하이드록실 (-OH) 그룹을 추가하여 기능화됩니다.
CNT 분산 첨가제
슈퍼산, 이온성 액체 및 N-사이클로헥실-2-피롤리돈과 같은 몇 가지 용매는 상대적으로 고농도의 CNT를 준비할 수 있는 반면, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)과 같은 나노튜브의 가장 일반적인 용매는 디메틸포름아미드(DMF) 및 1,2-디크로롤로벤젠은 매우 낮은 농도에서만 나노튜브를 분산시킬 수 있습니다(예: <0.02 wt%의 단일 벽 CNT). 가장 일반적인 분산제는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 나트륨 도데실 벤젠 설포네이트(SDBS), 트리톤 100 또는 나트륨 도데실 설포네이트(SDS)입니다.
크레솔은 최대 수십 중량%의 농도로 CNT를 처리할 수 있는 산업 용 화학 물질 그룹으로, 희석 분산, 두꺼운 페이스트 및 독립형 젤에서 전례없는 플레이도우와 같은 상태로 지속적으로 전환됩니다. CNT 로딩이 증가합니다. 이러한 상태는 다른 일반적인 용매와 는 달리 고분자와 같은 유변성 및 점탄성 특성을 나타내며, 이는 나노 튜브가 실제로 분해되어 크레솔에 미세하게 분산되어 있음을 시사합니다. 크레솔은 CNT의 표면을 변경하지 않고 가열 또는 세척에 의해 처리 후 제거 할 수 있습니다. [Chiou 등. 2018]
CNT 분산의 응용 프로그램
CNT의 이점을 사용하려면 중합체와 같은 액체로 분산되어야하며, 고르게 분산 된 CNT는 전도성 플라스틱, 액정 디스플레이, 유기 발광 다이오드, 터치 스크린, 유연한 디스플레이, 태양 전지의 제조에 사용됩니다. , 전도성 잉크, 필름, 폼, 섬유 및 직물, 폴리머 코팅 및 접착제, 뛰어난 기계적 강도와 인성을 갖춘 고성능 폴리머 복합재료, 폴리머/CNT 복합섬유를 포함한 정적 제어 재료 경량 및 정전기 방지 소재.