Vienmērīgi izkliedēti CNT ar ultrasonication
Lai izmantotu oglekļa nanocaurulīšu (CNT) īpašās funkcijas, tām jābūt viendabīgi izkliedētām.
Ultraskaņas disperģētāji ir visizplatītākais līdzeklis, lai sadalītu CNT ūdens un šķīdinātāju bāzes suspensijās.
Ultraskaņas izkliedēšanas tehnoloģija rada pietiekami augstu bīdes enerģiju, lai panāktu pilnīgu CNT atdalīšanu, nesabojājot tos.
Oglekļa nanocaurules ultraskaņas izkliedēšana
Oglekļa nanocaurulītēm (CNT) ir ļoti augsta malu attiecība, un tām ir zems blīvums, kā arī milzīgs virsmas laukums (vairāki simti m2 / g), kas tiem piešķir unikālas īpašības, piemēram, ļoti augstu stiepes izturību, stīvumu un izturību, kā arī ļoti augstu elektrisko un siltuma vadītspēju. Pateicoties Van der Vālsa spēkiem, kas viens otram piesaista atsevišķas oglekļa nanocaurulītes (CNT), CNT parasti sakārtojas saišķos vai šķeterēs. Šo starpmolekulāro piesaistes spēku pamatā ir π saišu kraušanas parādība starp blakus esošajām nanocaurulītēm, kas pazīstama kā π kraušana. Lai gūtu pilnīgu labumu no oglekļa nanocaurulītēm, šie aglomerāti ir jāatšķetina un CNT vienmērīgi jāsadala viendabīgā dispersijā. Intensīva ultrasonication rada akustisku kavitāciju šķidrumos. Tādējādi radītais lokālais bīdes spriegums izjauc CNT agregātus un vienmērīgi izkliedē tos viendabīgā suspensijā. Ultraskaņas izkliedēšanas tehnoloģija rada pietiekami augstu bīdes enerģiju, lai panāktu pilnīgu CNT atdalīšanu, nesabojājot tos. Pat jutīgajiem SWNTs ultraskaņas apstrāde tiek veiksmīgi piemērota, lai tos atdalītu atsevišķi. Ultrasonication tikai nodrošina pietiekamu stresa līmeni, lai atdalītu SWNT agregātus, neradot daudz lūzumu atsevišķām nanocaurulēm (Huang, Terentjev 2012).
- Viendispersās CNT
- Viendabīgs sadalījums
- Augsta dispersijas efektivitāte
- Augstas CNT slodzes
- Nav CNT degradācijas
- Ātra apstrāde
- Precīza procesa kontrole
UIP2000hdT – 2kW jaudīgs ultrasonikators CNT dispersijām
Augstas veiktspējas ultraskaņas sistēmas CNT dispersijām
Hielscher Ultrasonics piegādā jaudīgas un uzticamas ultraskaņas iekārtas efektīvai CNT dispersijai. Vai jums ir nepieciešams sagatavot mazus CNT paraugus analīzei un R&D vai arī jums ir jāražo lielas rūpnieciskas partijas lielapjoma dispersijas, Hielscher produktu klāsts piedāvā ideālu ultraskaņas sistēmu jūsu prasībām. No 50W ultrasonikatori laboratorijai līdz 16kW rūpnieciskās ultraskaņas vienības komerciālai ražošanai Hielscher Ultrasonics ir jūs sedzis.
Lai iegūtu augstas kvalitātes oglekļa nanocaurules dispersijas, procesa parametri ir labi jākontrolē. Amplitūda, temperatūra, spiediens un aiztures laiks ir vissvarīgākie parametri vienmērīgam CNT sadalījumam. Hielscher ultrasonikatori ne tikai ļauj precīzi kontrolēt katru parametru, bet visi procesa parametri tiek automātiski ierakstīti Hielscher digitālo ultraskaņas sistēmu integrētajā SD kartē. Katra ultraskaņas procesa protokols palīdz nodrošināt reproducējamus rezultātus un konsekventu kvalitāti. Izmantojot attālās pārlūkprogrammas vadību, lietotājs var darbināt un uzraudzīt ultraskaņas ierīci, neatrodoties ultraskaņas sistēmas atrašanās vietā.
Tā kā viensienu oglekļa nanocaurulēm (SWNTs) un daudzsienu oglekļa nanocaurulēm (MWNTs), kā arī izvēlētajai ūdens vai šķīdinātāja videi ir nepieciešama īpaša apstrādes intensitāte, ultraskaņas amplitūda ir galvenais faktors, kad runa ir par galaproduktu. Hielscher Ultrasonics’ Rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas, kā arī ļoti vieglas amplitūdas. Nosakiet ideālu amplitūdu jūsu procesa prasībām. Pat amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti darbināt 24/7 darbībā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodes. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj 24/7 darboties lieljaudas režīmā un prasīgā vidē.
Mūsu klienti ir apmierināti ar Hielscher Ultrasonic sistēmu izcilo izturību un uzticamību. Uzstādīšana lieljaudas lietojumu, prasīgas vides un 24/7 darbības jomās nodrošina efektīvu un ekonomisku apstrādi. Ultraskaņas procesa intensifikācija samazina apstrādes laiku un sasniedz labākus rezultātus, t.i. augstāka kvalitāte, augstāka raža, inovatīvi produkti.
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 0.5 līdz 1,5 ml | n.p. | VialTweeter |
| 1 līdz 500 ml | 10 līdz 200 ml/min | UP100H |
| 10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
| n.p. | Lielāku | kopa UIP16000 |
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Augstas jaudas ultraskaņas procesori no laboratorijas līdz izmēģinājuma un rūpnieciskajam mērogam.
Literatūra / Atsauces
- Biver T.; Criscitiello F.; Di Francesco F.; Minichino M.; Swager T.; Pucci A. (2015): MWCNT/Perylene bisimide Water Dispersions for Miniaturized Temperature Sensors. RSC Advances 5: 2015. 65023–65029.
- Chiou K.; Byun S.; Kim J.; Huang J. (2018): Additive-free carbon nanotube dispersions, pastes, gels, and doughs in cresols. PNAS Vol. 115, No. 22, 2018. 5703–5708.
- Huang, Y.Y:; Terentjev E.M. (2012): Dispersion of Carbon Nanotubes: Mixing, Sonication, Stabilization, and Composite Properties. Polymers 2012, 4, 275-295.
- Krause B.; Mende M.; Petzold G.; Pötschke P. (2010): Characterization on carbon nanotubes’ dispersability using centrifugal sedimentation analysis in aqueous surfactant dispersions. Conference paper ANTEC 2010, Orlando, USA, May 16-20 2010.
- Paredes J.I.; Burghard M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length. Langmuir 2004, 20, 5149-5152.
- Santos A.; Amorim L.; Nunes J.P.; Rocha L.A.; Ferreira Silva A.; Viana J.C. (2019): A Comparative Study between Knocked-Down Aligned Carbon Nanotubes and Buckypaper-Based Strain Sensors. Materials 2019, 12, 2013.
- Szelag M. (2017): Mechano-Physical Properties and Microstructure of Carbon Nanotube Reinforced Cement Paste after Thermal Load. Nanomaterials 7(9), 2017. 267.
Fakti, kurus ir vērts zināt
Oglekļa nanocaurulītes
Oglekļa nanocaurulītes (CNT) ir daļa no īpašas viendimensiju oglekļa materiālu klases, kam piemīt izcilas mehāniskās, elektriskās, termiskās un optiskās īpašības. Tie ir galvenais komponents, ko izmanto progresīvu nanomateriālu, piemēram, nanokompozītu, pastiprinātu polimēru u. c., izstrādē un ražošanā, un tāpēc tos izmanto modernās tehnoloģijās. CNT pakļauj ļoti augstu stiepes izturību, izcilas termiskās pārneses īpašības, zemas joslas spraugas un optimālu ķīmisko un fizikālo stabilitāti, kas padara nanocaurulītes par daudzsološu piedevu kolektoru materiāliem.
Atkarībā no to struktūras CNTS izšķir viensienu oglekļa nanocaurulītes (SWNT), dubultsienu oglekļa nanocaurulītes (DWCNTs) un daudzsienu oglekļa nanocaurulītes (MWNTs).
SWNTs ir dobas, garas cilindriskas caurules, kas izgatavotas no vienas atomu biezas oglekļa sienas. Oglekļa atomu loksne ir sakārtota šūnveida režģī. Bieži vien tos konceptuāli salīdzina ar viena slāņa grafīta vai grafēna velmētām loksnēm.
DWCNTs sastāv no divām viensienu nanocaurulītēm, no kurām viena ir ligzdota otrā.
MWNTs ir CNT forma, kurā vairākas vienas sienas oglekļa nanocaurulītes ir ligzdotas viena otras iekšpusē. Tā kā to diametrs svārstās no 3 līdz 30 nm un tā kā tie var izaugt vairākus cm gari, to malu attiecība var svārstīties no 10 līdz desmit miljoniem. Salīdzinot ar oglekļa nanošķiedrām, MWNTs ir atšķirīga sienu struktūra, mazāks ārējais diametrs un dobs interjers. Parasti izmanto rūpnieciski pieejamus MWNT tipus, piemēram, Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 un FutureCarbon CNT-MW.
CNT sintēze: CNT var iegūt, izmantojot uz plazmu balstītu sintēzes metodi vai loka izlādes iztvaikošanas metodi, lāzera ablācijas metodi, termiskās sintēzes procesu, ķīmisko tvaiku nogulsnēšanu (CVD) vai ar plazmu pastiprinātu ķīmisko tvaiku nogulsnēšanu.
CNT funkcionalizācija: Lai uzlabotu oglekļa nanocaurulīšu īpašības un tādējādi padarītu tās piemērotākas konkrētam lietojumam, CNT bieži tiek funkcionalizētas, piemēram, pievienojot karbonskābes (-COOH) vai hidroksilgrupas (-OH).
CNT disperģējošās piedevas
Daži šķīdinātāji, piemēram, superskābes, jonu šķidrumi un N-cikloheksil-2-pirolidnons, spēj sagatavot salīdzinoši augstas koncentrācijas CNT dispersijas, savukārt visizplatītākie nanocaurulīšu šķīdinātāji, piemēram, N-metil-2-pirolidons (NMP), dimetilformamīds (DMF) un 1,2-dihrolobenzols, var disperģēt nanocaurulītes tikai ļoti zemās koncentrācijās (piemēram, parasti <0.02 masas% no viensienu CNT). Visizplatītākie dispersijas līdzekļi ir polivinilpirolidons (PVP), nātrija dodecilbenzola sulfonāts (SDBS), Triton 100 vai nātrija dodecilsulfonāts (SDS).
Krezoli ir rūpniecisko ķīmisko vielu grupa, kas var apstrādāt CNT koncentrācijā līdz desmitiem svara procentu, kā rezultātā, palielinoties CNT slodzei, notiek nepārtraukta pāreja no atšķaidītām dispersijām, biezām pastām un brīvi stāvošiem gēliem uz nepieredzētu playdough līdzīgu stāvokli. Šīm valstīm piemīt polimēriem līdzīgas reoloģiskās un viskoelastīgās īpašības, kas nav sasniedzamas ar citiem parastajiem šķīdinātājiem, kas liecina, ka nanocaurulītes patiešām ir sadalītas un smalki izkliedētas krezolos. Krezolus var noņemt pēc apstrādes, karsējot vai mazgājot, nemainot CNT virsmu. [Chiou et al. 2018]
CNT dispersiju pielietojumi
Lai izmantotu CNT priekšrocības, tie ir jādisperģē šķidrumā, piemēram, polimēros, Vienmērīgi izkliedētas CNT tiek izmantotas vadošu plastmasu, šķidro kristālu displeju, organisko gaismas diožu, skārienekrānu, elastīgu displeju, saules bateriju, vadošu tintes, statisko vadības materiālu, tostarp plēvju, putu, šķiedru un audumu, polimēru pārklājumu un līmvielu, augstas veiktspējas polimēru kompozītu ar izcilu mehānisko izturību un izturību ražošanai, polimēru/CNT kompozītšķiedras, kā arī viegli un antistatiski materiāli.