Oglekļa nanocaurulīšu disperģēšana 3D drukājamās tintēs

Vienmērīga CNT dispersija 3D drukājamās tintēs var uzlabot tintes īpašības un pavērt jaunas izmantošanas iespējas dažādās jomās. Apstrāde ar zondes tipa ultraskaņas ierīci ir ļoti uzticama disperģēšanas metode stabilu CNT nanosuspensiju iegūšanai polimēros.

Efektīva un stabila CNT dispersija polimēros, pateicoties apstrādei ar ultraskaņu

Oglekļa nanocaurulītes (CNT) to unikālo īpašību dēļ bieži disperģē silīcija eļļās dažādiem lietojumiem. CNT disperģēšana silīcija eļļās var uzlabot iegūto materiālu mehāniskās, termiskās un elektriskās īpašības. Viens no šādiem lietojumiem ir ar CNT leģētu polimēru izgatavošana elektrību vadošām 3D drukājamām tintēm, piemēram, valkājamu taktilo sensoru, pacientam pielāgotu audu reģenerācijas karkasu un lokanu EKG un EEG elektrodu aditīvajai ražošanai, izmantojot bioloģiskas izcelsmes materiālus.
Turklāt silīcija eļļās disperģētas CNT var izmantot kā elektrību vadošas tintes elektroniskās ierīcēs, piemēram, lokanos displejos un sensoros. CNT veido elektrību vadošus ceļus, nodrošinot elektriskās strāvas plūsmu.

CNT disperģēšanas polimēros ar ultraskaņu priekšrocības

Apstrāde ar ultraskaņu ir ļoti efektīva disperģēšanas metode ar vairākām priekšrocībām. Oglekļa nanocaurulīšu (CNT) disperģēšanai polimēros ar ultraskaņu ir šādas priekšrocības:

Vispārīgs protokols CNT/PDMS kompozītu iegūšanai ar ultraskaņu

Apstrādi ar ultraskaņu izmanto daudzu nanoizmēra materiālu disperģēšanai polimēros. Viens konkrēts un bieži izmantots lietojums ir oglekļa nanocaurulīšu (CNT) disperģēšana dimetilpolisiloksānā (PDMS), izmantojot apstrādi ar ultraskaņas zondi. Lai disperģētu CNT PDMS matricā, izmanto lieljaudas ultraskaņu un tās izraisītās akustiskās kavitācijas iedarbību, atšķetinot nanocaurulītes un vienmērīgi tās iemaisot nanosuspensijā. Apstrāde ar ultraskaņas zondi ir efektīva CNT disperģēšanas metode, jo tā spēj radīt intensīvus kavitācijas spēkus, kas var efektīvi sašķelt un disperģēt aglomerētas CNT.
Disperģēšana ar ultraskaņu ir vienkāršs apstrādes posms, kam nav nepieciešama īpaša priekšapstrāde vai pēcapstrāde. Pati ultraskaņas iekārta ir droša un viegli lietojama.
Disperģēšanas process, izmantojot apstrādi ar ultraskaņas zondi, parasti ietver šādus posmus:

1. CNT-PDMS maisījuma sagatavošana: PDMS matricai pievieno iepriekš noteiktu CNT daudzumu un veic sākotnējo samaisīšanu ar mehānisku maisītāju. Interesanti, ka, iepriekš disperģējot CNT šķīdinātājā, varētu palielināt elektrovadītspēju. Vislabākos rezultātus iegūst ar tetrahidrofurānu (THF), acetonu vai hloroformu (sakārtoti pēc rezultātiem, sākot ar vislabākajiem).
2. Apstrāde ar ultraskaņas zondi: Maisījumu apstrādā ar augstas intensitātes ultraskaņas zondi, kas ģenerē ultraskaņas viļņus ar frekvenci, kura parasti ir aptuveni 20 kHz. Atkarībā no tilpuma un sastāva apstrādi ar ultraskaņu parasti veic vairākas minūtes, lai nodrošinātu pilnīgu CNT disperģēšanu.
3. Disperģēšanas uzraudzība: CNT disperģēšanu uzrauga, izmantojot tādas metodes kā skenējošā elektronu mikroskopija (SEM), transmisijas elektronu mikroskopija (TEM) vai UV-Vis spektroskopija. Šīs metodes var izmantot, lai vizualizētu CNT sadalījumu PDMS matricā un pārliecinātos, ka CNT ir vienmērīgi disperģētas.

Kopumā apstrāde ar ultraskaņas zondi ir efektīva metode CNT disperģēšanai tādos polimēros kā PDMS, jo tā spēj radīt intensīvus kavitācijas spēkus, kas var efektīvi sašķelt un disperģēt aglomerētas CNT.

Pētījumu piemēri par CNT/polimēru kompozītu izgatavošanu ar ultraskaņu

Nanocaurulīšu un citu oglekļa nanomateriālu disperģēšana, izmantojot apstrādi ar ultraskaņas zondi, ir plaši pētīta un pēc tam ieviesta rūpnieciskajā ražošanā. Tālāk piedāvājam dažus pētījumus, kas parāda nanocaurulīšu disperģēšanas ar ultraskaņu izcilo efektivitāti.

CNT disperģēšana PDMS ar ultraskaņu valkājamiem sensoriem

Del Bosque et al. (2022) salīdzināja trīs veltņu malšanas un apstrādes ar ultraskaņu efektivitāti CNT disperģēšanā. Nanodaļiņu disperģēšanas polimēra matricā procedūras analīze liecina, ka apstrāde ar ultraskaņu nodrošina augstāku elektrisko jutību nekā trīs veltņu malšana, jo kavitācijas spēki rada vienmērīgāku CNT sadalījumu. Pārbaudot dažādus CNT daudzumus, tika konstatēts, ka CNT-PDMS sistēmas perkolācijas slieksnis, proti, kritiskais CNT saturs, pie kura sistēma kļūst elektrovadoša, ir 0,4 wt% CNT. Daudzsieniņu oglekļa nanocaurulītes (MWCNT) disperģēja ar ultraskaņu, izmantojot Hielscher ultraskaņas ierīci UP400ST (skatīt attēlu pa kreisi) ar 0,5 impulsu cikliem un 50 % amplitūdu 2h ilgi. Disperģēšanas ar ultraskaņu ietekme atkarībā no apstrādes ilguma ir parādīta attēlā zemāk.
Pamatojoties uz šo analīzi, par optimāliem apstākļiem valkājamu sensoru izgatavošanai tika izvēlēts 0,4 wt.% CNT saturs, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu. Šajā saistībā elektriskās reakcijas analīze secīgos slodzes ciklos parādīja izstrādāto sensoru augsto izturību bez jebkādiem bojājumiem pie 2%, 5% un 10% deformācijas, tāpēc šie sensori ir uzticami vidēji lielas deformācijas uzraudzībai.

MWCNT disperģēšana PDMS ar ultraskaņu, izmantojot ultraskaņas ierīci UP400St ar dažādu apstrādes ilgumu.
(Pētījums un attēls: ©del Bosque et al., 2022)

Augstas veiktspējas ultraskaņas disperģēšanas iekārtas CNT/polimēru nanokompozītiem

Hielscher Ultrasonics ražo lieljaudas ultraskaņas zondes prasīgiem disperģēšanas procesiem laboratorijās, uz laboratorijas galda un rūpniecībā. Hielscher Ultrasonics disperģētāji nodrošina efektīvu un precīzu nanomateriālu homogenizēšanu un disperģēšanu šķīdinātājos, polimēros un kompozītos.
Pateicoties progresīvajai ultraskaņas tehnoloģijai, šie disperģētāji piedāvā ātru un vienkāršu risinājumu vienmērīga daļiņu izmēru sadalījuma, stabilu dispersiju un/vai nanodaļiņu funkcionalizācijas nodrošināšanai.
Samazinot apstrādes laiku un līdz minimumam samazinot enerģijas patēriņu, ultraskaņas zondes disperģētāji var uzlabot ražīgumu un samazināt darbības izmaksas dažādu nozaru uzņēmumos.
Hielscher ultraskaņas iekārtas var arī pielāgot konkrētām prasībām, izvēloties dažādus zonžu izmērus, amplitūdas pastiprinātājus, jaudas līmeņus un plūsmas šūnas, tādējādi padarot tās daudzpusīgas un pielāgojamas dažādiem nanosastāviem un tilpumiem.
Kopumā ultraskaņas zondes disperģētāji ir lielisks ieguldījums laboratorijām un rūpniecības uzņēmumiem, kas vēlas optimizēt nanomateriālu apstrādes darbplūsmas un iegūt konsekventus, uzticamus rezultātus.

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte

Hielscher ultraskaņas iekārtas ir labi pazīstamas ar visaugstākajiem kvalitātes un projektēšanas standartiem. Izturība un vienkārša lietošana ļauj mūsu ultraskaņas iekārtas nevainojami integrēt rūpnieciskās ražotnēs. Hielscher ultraskaņas iekārtas uzticami darbojas skarbos apstākļos un prasīgā vidē.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtām ar vismodernākajām tehnoloģijām un lietotājam ērtu darbību. Protams, Hielscher ultraskaņas iekārtas atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes jaudu: