Dispergéiere vu Kuelestoffnanoréier (CNT) mat Ultraschall
Kuelestoffnanoréier si fest a flexibel, hunn awer eng ganz staark Kohäsioun. Si loosse sech nëmme schwéier a Flëssegkeete wéi Waasser, Ethanol, Ueleg, Polymer oder Epoxyharz dispergéieren. Ultraschall ass eng effikass Method, fir diskreet – eenzel dispergéiert – Kuelestoffnanoréier ze kréien.
Kuelestoffnanoréier (CNT) ginn a Klebstoffer, Beschichtungen a Polymerer an als elektresch leedend Fëllstoffer a Konschtstoffer agesat, fir statesch Ladungen an elektreschen Apparater an an elektrostatesch lackéierbaren Autoskarosserieplacken ofzeleeden. Duerch den Asaz vun Nanoréier kënne Polymerer méi resistent géint Temperaturen, aggressiv Chemikalien, korrosiv Ëmfeld, extrem Drécker an Ofreiwung gemaach ginn. Et ginn zwou Kategorië vu Kuelestoffnanoréier: eenwandeg Nanoréier (SWNT) a méiwandeg Nanoréier (MWNT).
Industriellen Ultraschallhomogenisator UIP1500hdT fir d’Dispergéiere vu Kuelestoffnanoréier (CNTs) an aneren Nanomaterialien.
Kuelestoffnanoréier sinn am Allgemengen als dréchent Material disponibel, z. B. vu Firme wéi SES Research oder CNT Co., Ltd. En einfachen, zouverlässegen a skaléierbare Prozess fir d’Desagglomeratioun ass néideg, fir dat maximalt Potenzial vun den Nanoréier ze notzen. Fir Flëssegkeete vu bis zu 100.000cP ass Ultraschall eng ganz effikass Technologie, fir Nanoréier a Waasser, Ueleg oder Polymerer bei niddregen oder héije Konzentratiounen ze dispergéieren. D’Flëssegkeetsstralen, déi duerch Ultraschallkavitatioun entstinn, iwwerwannen d’Bindungskräften tëscht den Nanoréier an trennen d’Réier vuneneen. Wéinst de Schéierkräften an de Mikroturbulenzen, déi duerch Ultraschall entstinn, kann Ultraschall och d’Uewerflächebeschichtung an d’cheemesch Reaktioun vun Nanoréier mat anere Materialien ënnerstëtzen.
Am Allgemenge gëtt eng graff Nanoréierdispersioun fir d’éischt mat engem Standardréierwierk virgemëscht an duerno am Ultraschall-Duerchflosszellreaktor homogeniséiert. De Video hei drënner weist e Laborversuch (Ultraschallbehandlung am Chargebetrib mat engem UP400S), bei deem méiwandeg Kuelestoffnanoréier a Waasser bei niddreger Konzentratioun dispergéiert ginn. Wéinst der cheemescher Natur vum Kuelestoff ass d’Dispergéiere vun Nanoréier a Waasser éischter schwéier. Wéi am Video gewise gëtt, léisst sech einfach noweisen, datt eng Ultraschallbehandlung Nanoréier effikass dispergéiere kann.
Verglach vu verschiddenen Nanofëllstoffer, déi mat enger Ultraschallsond an engem Häerter dispergéiert goufen): (a) 0,5 wt% Kuelestoffnanofaser (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxid; (c) 0,5 wt% Kuelestoffnanorouer (CNT); (d) 0,5 wt% CNT deelweis dispergéiert.
Etüd a Bild: ©Zanghellini et al., 2021
Dispersioun vun eenzele SWNTs mat grousser Längt
E grousse Problem bei der Veraarbechtung an der Manipulatioun vu SWNTs ass déi inherent Onléislechkeet vun de Réier a gängegen organesche Léisungsmëttelen a Waasser. D’Funktionaliséierung vun der Säitewand oder den oppenen Enne vun den Nanoréier, fir eng passend Grenzfläch tëscht de SWNTs an dem Léisungsmëttel ze schafen, féiert meeschtens nëmmen zu enger deelweiser Exfoliatioun vun de SWNT-Seeler.
Dofir ginn d’SWNTs typescherweis als Bündelen amplaz als komplett isoléiert Eenzelobjeten dispergéiert. Wann ze haart Bedéngunge beim Dispergéieren agesat ginn, ginn d’SWNTs op Längten tëscht 80 an 200nm verkierzt. Obwuel dëst fir bestëmmten Tester nëtzlech ass, ass dës Längt fir déi meescht praktesch Uwendungen, wéi hallefleedend oder verstäerkend SWNTs, ze kleng. Eng kontrolléiert, schounend Ultraschallbehandlung (z. B. mat engem UP200Ht mat enger 40mm-Sonotrod) ass eng effikass Method, fir wässereg Dispersioune vu laangen, eenzele SWNTs hierzestellen. Sequenze vu schounender Ultraschallbehandlung miniméieren d’Verkierzung an erlaben et, déi strukturell an elektronesch Eegeschafte maximal ze erhalen.
Rengegung vu SWNT duerch polymerënnerstëtzt Ultraschallbehandlung
Et ass schwéier, d’cheemesch Modifikatioun vu SWNTs um molekulare Niveau ze ënnersichen, well et schwéier ass, reng SWNTs ze kréien. SWNTs am Zoustand direkt nom Wuesstem enthalen vill Veronrengegungen, wéi Metallpartikelen an amorph Kuelestoffformen. D’Ultraschallbehandlung vu SWNTs an enger Léisung vu Poly(methylmethacrylat) PMMA a Monochlorbenzol (MCB), gefollegt vun enger Filtratioun, ass eng effikass Method, fir SWNTs ze rengegen. Dës polymerënnerstëtzt Rengegungsmethod erlaabt et, Veronrengegungen aus SWNTs am Zoustand direkt nom Wuesstem effikass ze entfernen. (Yudasaka et al.) Eng genee Kontroll vun der Amplitud vun der Ultraschallbehandlung erlaabt et, Schied un de SWNTs ze limitéieren.
Dem Hielscher säi breet Sortiment un Ultraschallapparater an Accessoirë fir d’effizient Dispergéiere vun Nanoréier.
- Kompakt Laborapparater mat bis zu 400 Watt Ultraschallleeschtung fir d’Dispergéieren a méi kleng Volumë vu bis zu 2 Liter
- UIP500hdT, UIP1000hdT an UIP1500hdT sinn Ultraschallprozessoren, déi méi grouss Volumë veraarbechte kënnen.
- Ultraschallsystemer mat 2kW (UIP2000hdT) an 4kW (UIP4000hdT) kënne fir d’Dispergéiere vu Kuelestoffnanoréier am Produktiounsmoossstaf agesat ginn. Den UIP10000 (10 Kilowatt) an den UIP16000 (16 Kilowatt) kënnen a Gruppe vu méi Eenzelapparater fir d’Veraarbechtung vu Kuelestoffnanoréier a groussem Moossstaf agesat ginn.”
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Literatur
- Koshio, A., Yudasaka, M., Zhang, M., Iijima, S. (2001): A Simple Way to Chemically React Single-Wall Crabon Nanotubes with Organic Materials Using Ultrasonication; in Nano Letters, Vol. 1, No. 7, 2001, p. 361-363.
- Yudasaka, M., Zhang, M., Jabs, C. et al. (2000): Effect of an organic polymer in purification and cutting of single-wall carbon nanotubes. Appl Phys A 71, 449–451 (2000).
- Paredes, J. I., Burghard, M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length, in: Langmuir, Vol. 20, No. 12, 2004, 5149-5152, American Chemical Society.
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert héichleeschtungsfäeg Ultraschallhomogenisatore vun Laborgréisst bis zu Industriegréisst.