Ultrasoon verspreiden van koolstofnanobuizen (CNT)
Koolstofnanobuizen zijn sterk en flexibel maar zeer cohesief. Ze zijn moeilijk te dispergeren in vloeistoffen zoals water, ethanol, olie, polymeer of epoxyhars. Ultrasoon geluid is een effectieve methode om discrete – enkel-verspreid – koolstofnanobuizen.
Koolstofnanobuizen (CNT) worden gebruikt in kleefstoffen, coatings en polymeren en als elektrisch geleidende vulstoffen in kunststoffen om statische ladingen af te voeren in elektrische apparatuur en in elektrostatisch beschilderbare carrosseriedelen van auto's. Door nanobuizen te gebruiken, kunnen polymeren beter bestand worden gemaakt tegen temperaturen, agressieve chemicaliën, corrosieve omgevingen, extreme druk en schuren. Door het gebruik van nanobuizen kunnen polymeren beter bestand worden gemaakt tegen temperaturen, agressieve chemicaliën, corrosieve omgevingen, extreme druk en slijtage. Er zijn twee categorieën koolstofnanobuizen: Enkelwandige nanobuizen (SWNT) en meerwandige nanobuizen (MWNT).

Industriële ultrasone homogenisator UIP1500hdT voor het dispergeren van koolstofnanobuizen (CNT's) en andere nanomaterialen.

Over het algemeen wordt een grove nanobuis-dispersie eerst voorgemengd door een standaard roerder en vervolgens gehomogeniseerd in de ultrasone stromingscelreactor. De video hieronder toont een laboratoriumtest (batch sonicatie met een UP400S) dispergeren meerwandige koolstofnanobuizen in water bij lage concentraties. Vanwege de chemische aard van koolstof is het dispergeergedrag van nanobuizen in water nogal moeilijk. Zoals de video laat zien, kan eenvoudig worden aangetoond dat ultrasoonbehandeling nanobuizen effectief kan dispergeren.
Verspreiding van individuele SWNTs van grote lengte
Een groot probleem bij de verwerking en manipulatie van SWNTs is de inherente onoplosbaarheid van de buisjes in gewone organische oplosmiddelen en water. Functionalisatie van de nanobuis zijwand of open uiteinden om een geschikte interface te creëren tussen de SWNTs en het oplosmiddel leidt meestal alleen tot gedeeltelijke afschilfering van de SWNT touwen.
Als gevolg hiervan worden de SWNTs meestal gedispergeerd als bundels in plaats van volledig geïsoleerde individuele objecten. Als de dispersie onder te zware omstandigheden gebeurt, worden de SWNTs ingekort tot lengtes tussen 80 en 200 nm. Hoewel dit nuttig is voor bepaalde testen, is deze lengte te klein voor de meeste praktische toepassingen, zoals halfgeleidende of versterkende SWNTs. Gecontroleerde, milde ultrasone behandeling (bijv. door UP200Ht met 40mm sonotrode) is een effectieve procedure om waterige dispersies van lange individuele SWNTs te bereiden. Opeenvolgingen van milde ultrasoonbehandeling minimaliseren de verkorting en zorgen voor maximaal behoud van structurele en elektronische eigenschappen.
Zuivering van SWNT door polymeerondersteunde ultrasoonbehandeling
Het is moeilijk om de chemische modificatie van SWNTs op moleculair niveau te bestuderen, omdat het moeilijk is om zuivere SWNTs te verkrijgen. Gegroeide SWNTs bevatten veel onzuiverheden, zoals metaaldeeltjes en amorfe koolstoffen. Ultrasoonbehandeling van SWNTs in een monochloorbenzeen (MCB) oplossing van poly(methylmethacrylaat) PMMA gevolgd door filtratie is een effectieve manier om SWNTs te zuiveren. Deze polymeer-ondersteunde zuiveringsmethode maakt het mogelijk om onzuiverheden effectief te verwijderen uit gegroeide SWNTs. (Yudasaka et al.) Nauwkeurige regeling van de ultrasone amplitude maakt het mogelijk om schade aan de SWNTs te beperken.
Hielscher's breed assortiment ultrasone apparaten en accessoires voor het efficiënt dispergeren van nanobuizen.
- Compacte laboratoriumapparaten van maximaal 400 watt ultrageluidvermogen voor het dispergeren in kleinere volumes tot 2 liter
- UIP500hdT, UIP1000hdT en UIP1500hdT zijn ultrasone processors die grotere volumes kunnen verwerken.
- Ultrasone systemen van 2kW (UIP2000hdT) en 4kW (UIP4000hdT) kan worden gebruikt voor het dispergeren van koolstofnanobuizen op productieschaal. UIP10000 (10 kilowatt) en de UIP16000 (16 kilowatt) kan worden gebruikt in clusters van meerdere afzonderlijke eenheden voor grootschalige verwerking van koolstofnanobuizen.”
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Literatuur
- 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 produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.