Oglekļa nanocaurules ultraskaņas izkliedēšana (CNT)
Oglekļa nanocaurulītes ir spēcīgas un elastīgas, bet ļoti vienotas. Tos ir grūti izkliedēt šķidrumos, piemēram, ūdenī, etanolā, eļļā, polimērā vai epoksīdsveķos. Ultraskaņa ir efektīva metode, lai iegūtu diskrētu – viendisperss – oglekļa nanocaurules.
Oglekļa nanocaurulītes (CNT) tiek izmantotas adhezīvos, pārklājumos un polimēros, kā arī kā elektriski vadošas pildvielas plastmasās, lai izkliedētu statiskos lādiņus elektroiekārtās un elektrostatiski krāsojamos automobiļu virsbūves paneļos. Izmantojot nanocaurules, polimērus var padarīt izturīgākus pret temperatūru, skarbām ķimikālijām, kodīgu vidi, ārkārtēju spiedienu un nodilumu. Ir divas oglekļa nanocaurulīšu kategorijas: vienas sienas nanocaurulītes (SWNT) un daudzsienu nanocaurulītes (MWNT).
Rūpnieciskais ultraskaņas homogenizators UIP1500hdT oglekļa nanocaurulīšu (CNT) un citu nanomateriālu disperģēšanai.
Oglekļa nanocaurulītes parasti ir pieejamas kā sauss materiāls, piemēram, no tādiem uzņēmumiem kā SES pētniecība vai CNT Co., Ltd. Ir nepieciešams vienkāršs, uzticams un mērogojams deagglomerācijas process, lai maksimāli izmantotu nanocaurulītes. Šķidrumiem līdz 100 000cP ultraskaņa ir ļoti efektīva tehnoloģija nanocaurules izkliedēšanai ūdenī, eļļā vai polimēros zemās vai augstās koncentrācijās. Šķidruma strūklas plūsmas, kas rodas no Ultraskaņas kavitācija, pārvarēt savienojošos spēkus starp nanocaurulītēm un atdalīt caurules. Sakarā ar ultrasoniski radītajiem bīdes spēkiem un mikro turbulencēm ultraskaņa var palīdzēt nanocaurules virsmas pārklāšanai un ķīmiskajai reakcijai arī ar citiem materiāliem.
Parasti rupja nanocaurules dispersija vispirms tiek sajaukta ar standarta maisītāju un pēc tam homogenizēta ultraskaņas plūsmas šūnu reaktorā. Zemāk redzamajā videoklipā parādīts laboratorijas izmēģinājums (partijas ultraskaņas apstrāde, izmantojot UP400S), izkliedējot daudzslāņu oglekļa nanocaurulītes ūdenī zemā koncentrācijā. Oglekļa ķīmisko īpašību dēļ nanocaurules izkliedējošā uzvedība ūdenī ir diezgan sarežģīta. Kā parādīts videoklipā, var viegli pierādīt, ka ultrasonication spēj efektīvi izkliedēt nanocaurules.
Dažādu nanofilleru salīdzinājums, kas izkliedēti cietinātājā, izmantojot zondes tipa ultrasonikāciju): a) 0,5 masas% oglekļa nanošķiedras (CNF); b) 0,5 masas% CNToxid; c) 0,5 masas % oglekļa nanocaurulītes (CNT); d) 0,5 masas% CNT daļēji disperģēts.
Pētījums un attēls: ©Zanghellini et al., 2021
Atsevišķu liela garuma SWNT izkliede
Galvenā problēma SWNT apstrādei un manipulācijām ir cauruļu raksturīgā nešķīstība parastajos organiskajos šķīdinātājos un ūdenī. Nanocaurules sānu sienas vai atvērto galu funkcionalizācija, lai izveidotu atbilstošu saskarni starp SWNTs un šķīdinātāju, galvenokārt noved tikai pie SWNT virvju daļējas lobīšanās.
Tā rezultātā SWNT parasti tiek izkliedēti kā saišķi, nevis pilnībā izolēti atsevišķi objekti. Ja izkliedes laikā tiek izmantoti pārāk skarbi apstākļi, SWNTs tiek saīsināts līdz garumam no 80 līdz 200nm. Lai gan tas ir noderīgi dažiem testiem, šis garums ir pārāk mazs vairumam praktisku lietojumu, piemēram, pusvadītāju vai pastiprinošu SWNT. Kontrolēta, viegla ultraskaņas apstrāde (piemēram, ar UP200Ht ar 40mm sonotrode) ir efektīva procedūra, lai sagatavotu garu atsevišķu SWNT ūdens dispersijas. Vieglas ultrasonikācijas secības samazina saīsināšanu un ļauj maksimāli saglabāt strukturālās un elektroniskās īpašības.
SWNT attīrīšana ar polimēru palīdzībuSonication
Ir grūti izpētīt SWNT ķīmisko modifikāciju molekulārā līmenī, jo ir grūti iegūt tīrus SWNT. Pieauguši SWNT satur daudz piemaisījumu, piemēram, metāla daļiņas un amorfus oglekļus. SWNT ultrasonication monohlorbenzola (MCB) šķīdumā poli(metilmetakrilāts) PMMA, kam seko filtrēšana, ir efektīvs veids, kā attīrīt SWNTs. Šī attīrīšanas metode ar polimēru palīdzību ļauj efektīvi noņemt piemaisījumus no as-audzētiem SWNT. (Yudasaka et al.) Precīza ultrasonikācijas amplitūdas kontrole ļauj ierobežot SWNTs bojājumus.
Hielscher's plašs ultraskaņas ierīču klāsts un piederumi efektīvai nanocaurulīšu izkliedēšanai.
- Kompaktas laboratorijas ierīces līdz pat 400 vati ultraskaņas jauda izkliedēšanai mazākos tilpumos līdz 2 litriem
- UIP500hdT, UIP1000hdT un UIP1500hdT ir ultraskaņas procesori, kas var apstrādāt lielākus apjomus.
- Ultraskaņas sistēmas 2kW (UIP2000hdT) un 4kW (UIP4000hdT) var izmantot oglekļa nanocaurulīšu ražošanas mēroga izkliedēšanai. Gada UIP10000 (10 kilovati) kā arī UIP16000 (16 kilovati) var izmantot vairāku atsevišķu vienību klasteros oglekļa nanocaurules liela mēroga apstrādei.”
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Literatūra
- 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 ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no Lab līdz rūpnieciskais izmērs.