Enkelwandige koolstofnanobuizen (SWNT's of SWCNT's) hebben unieke kenmerken, maar om ze tot uitdrukking te brengen, moeten ze afzonderlijk worden verspreid. Om volledig gebruik te maken van de uitzonderlijke eigenschappen van enkelwandige koolstofnanobuizen, moeten de buizen het meest volledig worden ontward. SWNT's zoals andere nanodeeltjes vertonen zeer hoge aantrekkingskrachten, zodat een krachtige en efficiënte techniek nodig is voor een betrouwbare deagglomeratie en dispersie. Hoewel veelgebruikte mengtechnieken niet de intensiteit bieden die nodig is om SWNT's te ontwarren zonder ze te beschadigen, is gebleken dat krachtige ultrasonen de SWCNT's ontwrichten en verspreiden. Ultrasone gegenereerde cavitatie afschuifkrachten zijn krachtig genoeg om de bindingskrachten te overwinnen, terwijl de ultrasone intensiteit nauwkeurig kan worden aangepast om de schade van de SWCNT's te voorkomen.

Probleem:

Enkelwandige koolstofnanobuisjes (SWCNT's) verschillen van Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWNT's / MWCNT's) vanwege hun elektrische eigenschappen. De bandafstand van SWCNT's kan variëren van nul tot 2 eV en hun elektrisch geleidingsvermogen is van metaal of halfgeleidend gedrag. Aangezien enkelwandige koolstofnanobuisjes zeer cohesief zijn, is een van de grootste obstakels bij de verwerking van SWCNT's de inherente onoplosbaarheid van de buizen in organische oplosmiddelen of water. Om het volledige potentieel van SWCNT's te benutten, is een eenvoudig, betrouwbaar en schaalbaar deagglomeratieproces van de buizen nodig. Vooral de functionalisering van de CNT-zijwanden of open uiteinden om een ​​geschikt raakvlak tussen de SWCNT's en het organische oplosmiddel te creëren, resulteert alleen in gedeeltelijke exfoliatie van de SWCNT's. Daarom zijn SWCNT's meestal verspreid als bundels in plaats van afzonderlijke gedeagglomereerde kabels. Als de toestand tijdens dispersie te hard is, zullen de SWCNT's worden ingekort tot lengtes tussen 80 en 200 nm. Voor de meeste praktische toepassingen, dwz voor halfgeleidende of versterkende SWCNT's, is deze lengte te klein.

Oplossing:

Met ultrasone trillingen is een zeer effectieve methode voor het dispergeren en deagglomeration van Carbon Nanotubes, zoals ultrasone golven van ultrageluid met hoge intensiteit cavitatie in vloeistoffen genereren. De geluidsgolven die zich voortplanten in de vloeibare media resulteren in wisselende hogedruk (compressie) en lage druk (verdunning) cycli, met snelheden afhankelijk van de frequentie. Tijdens de lagedrukcyclus creëren ultrasone golven met hoge intensiteit kleine vacuümbellen of holtes in de vloeistof. Wanneer de bellen een volume bereiken waarbij ze geen energie meer kunnen opnemen, vallen ze hevig in elkaar tijdens een hoge drukcyclus. Dit fenomeen wordt cavitatie genoemd. Tijdens de implosie worden zeer hoge temperaturen (ongeveer 5.000K) en drukken (ongeveer 2.000 atm) lokaal bereikt. De implosie van de cavitatiebel resulteert ook in vloeistofstralen met een snelheid tot 280 m / s. Deze vloeibare straalstromen zijn het resultaat van ultrasone cavitatie, overwin de bindingskrachten tussen de koolstofnanobuisjes en daarom worden de nanobuisjes gedeagglomereerd. Een milde, gecontroleerde ultrasone behandeling is een geschikte methode om surfactant-gestabiliseerde suspensies van verspreide SWCNT's met hoge lengte te creëren. Voor de gecontroleerde productie van SWCNT's kunnen de ultrasone processoren van Hielscher worden gebruikt voor een groot aantal ultrasone parametersets. De samenstelling van ultrasone amplitude, vloeistofdruk en vloeistof kan respectievelijk worden gevarieerd voor het specifieke materiaal en proces. Dit biedt variabele mogelijkheden voor aanpassingen, zoals

• sonotrode-amplituden tot 170 micron
• vloeistofdrukken tot 10 bar
• vloeistofdebieten van maximaal 15 l / min (afhankelijk van het proces)
• vloeistoftemperaturen tot 80 ° C (andere temperaturen op aanvraag)
• materiaalviscositeit van maximaal 100.000 pk

 

Bovendien maakt met ultrasone trillingen als een polymeer-geassisteerde zuiveringsmethode het mogelijk om onzuiverheden van zo-gekweekte SWCNT's effectief te verwijderen. Het is moeilijk om de chemische modificatie van SWCNT's op moleculair niveau te bestuderen, omdat het moeilijk is om zuivere SWNT's te verkrijgen. As-grown SWCNT's bevatten veel onzuiverheden, zoals metaaldeeltjes en amorfe koolstofatomen. Met ultrasone trillingen van SWCNT's in een monochloorbenzeen (MCB) oplossing van poly (methylmethacrylaat) PMMA gevolgd door filtratie is een effectieve manier om SWCNT's te zuiveren. Deze polymeer-geassisteerde zuiveringsmethode maakt het effectief verwijderen van onzuiverheden van zo-gekweekte SWCNT's mogelijk. Nauwkeurige controle van de amplitude met ultrasone trillingen maakt het mogelijk beschadiging van de SWCNT's te voorkomen of te beperken.

ultrasone Equipment

Hielscher biedt hoge prestaties ultrasoon Processors voor de ultrasoonapparaat van elk volume. Ultrasone apparaten van 50 watt tot 16.000 watt, die kunnen worden opgezet in clusters, maken het vinden van de juiste ultrasone apparatuur voor elke toepassing mogelijk, zowel in het laboratorium als in de industrie. Voor de geavanceerde dispersie van nanobuizen wordt een continue ultrasoonapparaat aanbevolen. Met behulp van de stroomcellen van Hielscher wordt het mogelijk CNT's te dispergeren in vloeistoffen met verhoogde viscositeit zoals polymeren, hoge viscositeitsmelten en thermoplasten.

Klik hier om meer te lezen over de dispersie en modificatie van nanobuisjes door high-power echografie!