Kā izkliedēt vienas sienas oglekļa nanocaurules atsevišķi
Viensienu oglekļa nanocaurulītēm (SWNTs vai SWCNTs) ir unikālas īpašības, bet, lai tās izteiktu, tām jābūt individuāli izkliedētām. Lai pilnībā izmantotu viensienu oglekļa nanocaurulīšu īpašās īpašības, caurules ir pilnībā jāatvieno. SWNT, tāpat kā citas nanodaļiņas, uzrāda ļoti lielus piesaistes spēkus, tāpēc ir nepieciešama spēcīga un efektīva tehnika uzticamai deagglomerācijai un dispersijai. Lai gan parastās sajaukšanas metodes nenodrošina intensitāti, kas nepieciešama, lai atšķetinātu SWNTs, nesabojājot tos, ir pierādīts, ka lieljaudas ultrasonics detangle un izkliedēt SWCNTs. Ultrasoniski radītie kavitācijas bīdes spēki ir pietiekami spēcīgi, lai pārvarētu savienojuma spēkus, bet ultraskaņas intensitāti var precīzi pielāgot, lai izvairītos no SWCNTs bojājumiem.
Problēma:
Viensienu oglekļa nanocaurulītes (SWCNTs) atšķiras no daudzsienu oglekļa nanocaurulītēm (MWNTs / MWCNTs) pēc to elektriskajām īpašībām. SWCNTs joslas sprauga var mainīties no nulles līdz 2 eV, un to elektriskajai vadītspējai ir metāla vai pusvadītāja uzvedība. Tā kā viensienu oglekļa nanocaurulītes ir ļoti viendabīgas, viens no galvenajiem šķēršļiem SWCNTs pārstrādē ir cauruļu raksturīgā nešķīstība organiskos šķīdinātājos vai ūdenī. Lai izmantotu visu SWCNTs potenciālu, ir nepieciešams vienkāršs, uzticams un mērogojams cauruļu deagglomerācijas process. Jo īpaši CNT sānu sienu vai atvērto galu funkcionalizācija, lai izveidotu piemērotu saskarni starp SWCNTs un organisko šķīdinātāju, izraisa tikai daļēju SWCNTs lobīšanos. Tāpēc SWCNTs lielākoties ir izkliedēti kā saišķi, nevis atsevišķas deagglomerētas virves. Ja stāvoklis izkliedes laikā ir pārāk skarbs, SWCNTs tiks saīsināts līdz garumam no 80 līdz 200nm. Lielākajai daļai praktisko pielietojumu, t.i., pusvadītāju vai swcnt stiprināšanai, šis garums ir pārāk mazs.

UIP2000hdT, 2kW jaudīgs ultrasonikators, lai izkliedētu SWCNTs.
Šķīdums:
Ultrasonication ir ļoti efektīva metode oglekļa nanocaurules izkliedēšanai un deagglomerācijai, jo ultraskaņas viļņi ar augstas intensitātes ultraskaņu rada kavitāciju šķidrumos. Skaņas viļņi, kas izplatās šķidrā vidē, rada mainīgus augstspiediena (kompresijas) un zema spiediena (retināšanas) ciklus, kuru ātrums ir atkarīgs no frekvences. Zema spiediena cikla laikā augstas intensitātes ultraskaņas viļņi šķidrumā rada mazus vakuuma burbuļus vai tukšumus. Kad burbuļi sasniedz tilpumu, pie kura tie vairs nespēj absorbēt enerģiju, augstspiediena cikla laikā tie vardarbīgi sabrūk. Šo parādību sauc par kavitāciju. Implosijas laikā ļoti augsta temperatūra (aptuveni 5,000K) un spiediens (aptuveni 2,000atm) tiek sasniegti lokāli. Kavitācijas burbuļa implosija izraisa arī šķidruma strūklu ar ātrumu līdz 280m / s. Šīs šķidruma strūklas plūsmas, kas rodas no Ultraskaņas kavitācija, pārvarēt savienojošos spēkus starp oglekļa nanocaurulītēm un tādējādi nanocaurulītes kļūst deagglomerētas. Viegla, kontrolēta ultraskaņas apstrāde ir piemērota metode, lai izveidotu virsmaktīvās vielas stabilizētas disperģēto SWCNTs suspensijas ar lielu garumu. Kontrolētai SWCNTs ražošanai Hielscher ultraskaņas procesori ļauj darboties ar plašu ultraskaņas parametru komplektu klāstu. Ultraskaņas amplitūdu, šķidruma spiedienu un šķidruma sastāvu var mainīt attiecīgi konkrētajam materiālam un procesam. Tas piedāvā dažādas pielāgošanas iespējas, piemēram,
- sonotroda amplitūdas līdz 170 mikroniem
- šķidruma spiediens līdz 10 bāriem
- šķidruma plūsmas ātrums līdz 15L/min (atkarībā no procesa)
- šķidruma temperatūra līdz 80 degC (citas temperatūras pēc pieprasījuma)
- materiāla viskozitāte līdz 100.000cp
Ultraskaņas iekārtas
Hielscher piedāvā augstu veiktspēju Ultraskaņas procesori katra sējuma apstrādei ar ultraskaņu. Ultraskaņas ierīces no 50 vatiem līdz 16 000 vatiem, kas varētu izveidoties klasteros, ļauj atrast atbilstošu ultraskaņu katram lietojumam, laboratorijā, kā arī nozarē. Sarežģītai nanocaurules dispersijai ieteicams lietot nepārtrauktu ultraskaņu. Izmantojot Hielscher plūsmas šūnas, kļūst iespējams izkliedēt CNT šķidrumos ar paaugstinātu viskozitāti, piemēram, polimēros, augstas viskozitātes kausējumos un termoplastiskos materiālos.
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!

Nanocaurules ultraskaņas izkliedēšana (UP400St)

CNT izkliedēšana ar Hielscher laboratorijas ierīci UP50H

Augstas veiktspējas ultrasonogrāfija! Hielscher produktu klāsts aptver pilnu spektru no kompakta laboratorijas ultrasonikatora virs galda vienībām līdz pilnām rūpnieciskām ultraskaņas sistēmām.
Literatūra / Atsauces
- Cheng, Qiaohuan; Debnath, Sourabhi; Gregan, Elizabeth; Byrne, Hugh J. (2010): Ultrasound-Assisted SWNTs Dispersion: Effects of Sonication Parameters and Solvent Properties. The Journal of Physical Chemistry C, 114(19), 2010. 8821–8827.
- Tenent, Robert; Barnes, Teresa; Bergeson, Jeremy; Ferguson, Andrew; To, Bobby; Gedvilas, Lynn; Heben, Michael; Blackburn, Jeffrey (2009): Ultrasmooth, Large‐Area, High‐Uniformity, Conductive Transparent Single‐Walled‐Carbon‐Nanotube Films for Photovoltaics Produced by Ultrasonic Spraying. Advanced Materials. 21. 3210 – 3216.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
Fakti, kurus ir vērts zināt
Ultraskaņas ierīces bieži sauc par zondes sonikatoru, ultraskaņas homogenizatoru, skaņas lizeru, ultraskaņas traucētāju, ultraskaņas dzirnaviņu, sono-ruptoru, sonifikatoru, skaņas dismembratoru, šūnu traucētāju, ultraskaņas izkliedētāju vai šķīdinātāju. Dažādie termini izriet no dažādām lietojumprogrammām, kuras var izpildīt ar ultraskaņu.