Wéi een eewandeg Kuelestoffnanoréier eenzel dispergéiert

Eewandeg Kuelestoffnanoréier (SWNTs oder SWCNTs) hunn eenzegaarteg Eegenschaften, mee fir datt dës zum Ausdrock kommen, musse si eenzel dispergéiert ginn. Fir déi aussergewéinlech Eegenschafte vun eewandege Kuelestoffnanoréier voll ze notzen, mussen d’Réier esou vollstänneg wéi méiglech entflecht ginn. Wéi aner Nanopartikelen weisen och SWNTs ganz héich Unzéiungskräften, soudatt eng leeschtungsstaark an effizient Technik fir eng zouverlässeg Desagglomeratioun an Dispersioun néideg ass. Wärend üblech Mëschtechniken net déi néideg Intensitéit liwweren, fir SWNTs ze entflechten, ouni se ze beschiedegen, ass et nogewisen, datt Héichleeschtungsultraschall SWCNTs entflecht an dispergéiert. Déi duerch Ultraschallkavitatioun erzeugte Schéierkräfte si staark genuch, fir d’Bindungskräften ze iwwerwannen, wärend d’Ultraschallintensitéit genee agestallt ka ginn, fir Schied un de SWCNTs ze vermeiden.

Problem:

Eewandeg Kuelestoffnanoréier (SWCNTs) ënnerscheede sech duerch hir elektresch Eegenschafte vu méiwandege Kuelestoffnanoréier (MWNTs/ MWCNTs). D’Bandlück vu SWCNTs ka vun null bis 2 eV variéieren, an hir elektresch Leetfäegkeet weist metallescht oder hallefleedend Verhalen. Well eewandeg Kuelestoffnanoréier staark zesummenhänken, ass déi inherent Onléislechkeet vun de Réier an organesche Léisungsmëttelen oder am Waasser ee vun de gréissten Hindernisser bei der Veraarbechtung vu SWCNTs. Fir dat vollt Potenzial vu SWCNTs ze notzen, ass en einfachen, zouverlässegen a skaléierbaren Desagglomeratiounsprozess fir d’Réier néideg. Besonnesch d’Funktionaliséierung vun de Säitewänn oder den oppenen Enner vun de CNTs, fir eng gëeegent Grenzfläch tëscht de SWCNTs an dem organesche Léisungsmëttel ze schafen, féiert nëmmen zu enger deelweiser Exfoliatioun vun de SWCNTs. Dofir gi SWCNTs meeschtens als Bëndelen amplaz als eenzel desagglomeréiert Sträng dispergéiert. Wann d’Bedéngunge bei der Dispersioun ze haart sinn, ginn d’SWCNTs op Längten tëscht 80 an 200nm verkierzt. Fir d’Majoritéit vun de prakteschen Uwendungen, dat heescht fir hallefleedend oder verstäerkend SWCNTs, ass dës Längt ze kleng.

Léisung:

D’Ultraschallbehandlung ass eng ganz effektiv Method fir Kuelestoffnanoréier ze dispergéieren an ze desagglomeréieren, well Ultraschallwelle mat héijer Intensitéit Kavitatioun a Flëssegkeeten erzeugen. D’Schallwellen, déi sech an de flëssege Medie ausbreeden, féieren zu ofwiesselnden Héichdrockzyklen (Kompressioun) an Nidderdrockzyklen (Verdënnung), deenen hir Widderhuelungsrate vun der Frequenz ofhänkt. Wärend dem Nidderdrockzyklus schafen Ultraschallwelle mat héijer Intensitéit kleng Vakuumblosen oder Huelraim an der Flëssegkeet. Wann d’Blosen e Volumen erreechen, bei deem si keng Energie méi ophuele kënnen, fale si wärend engem Héichdrockzyklus hefteg zesummen. Dëst Phänomeen gëtt Kavitatioun genannt. Wärend der Implosioun gi lokal ganz héich Temperaturen (ongeféier 5.000K) an Drécker (ongeféier 2.000atm) erreecht. D’Implosioun vun der Kavitatiounsblos féiert och zu Flëssegkeetsstrale mat enger Vitess vu bis zu 280m/s. Dës Flëssegkeetsstralen, déi duerch Ultraschallkavitatiounentstinn, iwwerwannen d’Bindungskräften tëscht de Kuelestoffnanoréier, soudatt d’Nanoréier desagglomeréiert ginn. Eng douce, kontrolléiert Ultraschallbehandlung ass eng gëeegent Method, fir duerch Tenside stabiliséiert Suspensioune vu laangen, dispergéierte SWCNTs hierzestellen. Fir déi kontrolléiert Produktioun vu SWCNTs erlaben d’Ultraschallprozessoren vun Hielscher de Betrib mat enger breeder Palett u Kombinatioune vun Ultraschallparameteren. D’Ultraschallamplitud, de Flëssegkeetsdrock an d’Zesummesetzung vun der Flëssegkeet kënnen un dat jeeweilegt Material an de Prozess ugepasst ginn. Dëst bitt ënnerschiddlech Astellungsméiglechkeeten, wéi

• Sonotrodenamplitude vu bis zu 170 Mikrometer
• Flëssegkeetsdrécker vu bis zu 10 Bar
• Flëssegkeetsduerchflossrate vu bis zu 15L/min (ofhängeg vum Prozess)
• Flëssegkeetstemperature vu bis zu 80 degC (aner Temperaturen op Ufro)
• Materialviskositéit vu bis zu 100.000cp

 

Ausserdeem erlaabt d’Ultraschallbehandlung als polymerënnerstëtzt Rengegungsmethod, Gëftstoffer aus SWCNTs am Zoustand direkt nom Wuesstem effektiv ze entfernen. Et ass schwéier, déi cheemesch Modifikatioun vu SWCNTs op molekularem Niveau ze ënnersichen, well et schwéier ass, reng SWNTs ze kréien. SWCNTs am Zoustand direkt nom Wuesstem enthalen vill Gëftstoffer, wéi Metallpartikelen an amorphe Kuelestoff. D’Ultraschallbehandlung vu SWCNTs an enger Léisung vu Poly(methylmethacrylat) PMMA a Monochlorbenzen (MCB), gefollegt vun enger Filtratioun, ass eng effektiv Method, fir SWCNTs ze rengegen. Dës polymerënnerstëtzt Rengegungsmethod erlaabt et, Gëftstoffer aus SWCNTs am Zoustand direkt nom Wuesstem effektiv ze entfernen. Eng genee Kontroll vun der Amplitud bei der Ultraschallbehandlung erlaabt et, Schied un de SWCNTs ze vermeiden oder ze begrenzen.

Ultraschallausrüstung

Hielscher bitt leeschtungsstaark Ultraschallprozessoren fir d’Ultraschallbehandlung vun all Volumen. Ultraschallapparater vu 50 Watt bis zu 16.000 Watt, déi a Clustere kombinéiert kënne ginn, erlaben et, déi passend Ultraschallausrüstung fir all Uwendung ze fannen, souwuel am Labo wéi och an der Industrie. Fir déi usprochsvoll Dispersioun vun Nanoréier gëtt eng kontinuéierlech Ultraschallbehandlung recommandéiert. Mat den Duerchflosszelle vun Hielscher gëtt et méiglech, CNTs a Flëssegkeete mat héijer Viskositéit ze dispergéieren, wéi Polymeren, héichviskos Schmelzen an Thermoplasten.

Klickt hei, fir méi iwwer d’Dispersioun an d’Modifikatioun vun Nanoréier duerch Héichleeschtungsultraschall ze liesen!