Uniform verspreide CNT's door middel van ultrasone trillingen
Om de uitzonderlijke functionaliteiten van koolstofnanobuizen (CNT's) te benutten, moeten ze homogeen verspreid zijn.
Ultrasone dispergeermiddelen zijn het meest gebruikte instrument om CNT's te verdelen in waterige en oplosmiddelhoudende suspensies.
De ultrasone dispergerende technologie creëert voldoende hoge afschuifenergie om een volledige scheiding van CNT's te bereiken zonder ze te beschadigen.
Ultrasone dispersie van koolstofnanotubes
Koolstofnanobuizen (CNT's) hebben een zeer hoge beeldverhouding en vertonen een lage dichtheid en een enorm oppervlak (enkele honderden m2/g), waardoor ze unieke eigenschappen hebben zoals een zeer hoge treksterkte, stijfheid en taaiheid en een zeer hoog elektrisch en thermisch geleidingsvermogen. Door de krachten van Van der Waals, die de enkele koolstofnanobuizen (CNT's) naar elkaar toe trekken, schikken CNT's zich normaal gesproken in bundels of strengen. Deze intermoleculaire aantrekkingskrachten zijn gebaseerd op een π-bond stapeling fenomeen tussen aangrenzende nanobuizen bekend als π-stacking. Om ten volle te kunnen profiteren van koolstofnanobuizen moeten deze agglomeraten worden ontrafeld en moeten de CNT's gelijkmatig worden verdeeld in een homogene dispersie. Intensieve ultrasonicatie zorgt voor akoestische cavitatie in vloeistoffen. De daardoor gegenereerde lokale schuifspanning breekt CNT-aggregaten en verspreidt ze gelijkmatig in een homogene suspensie. De ultrasone dispergeertechnologie creëert voldoende hoge afschuifenergie om een volledige scheiding van CNT's te bereiken zonder ze te beschadigen. Zelfs voor de gevoelige SWNTs wordt sonicatie met succes toegepast om ze individueel te ontwarren. Ultrasonicatie levert net voldoende spanning om de SWNT-aggregaten te scheiden zonder veel breuk aan individuele nanobuizen te veroorzaken (Huang, Terentjev 2012).
- Enkelvoudig verspreide CNT's
- Homogene verdeling
- Hoge dispersie-efficiëntie
- Hoge CNT-belastingen
- Geen CNT degradatie
- snelle afhandeling
- nauwkeurige procesbesturing
UIP2000hdT – 2kW krachtige ultrasone geluiddemper voor CNT-dispersies
Hoogwaardige ultrasone systemen voor CNT-dispersies met hoge prestaties
Hielscher Ultrasonics levert krachtige en betrouwbare ultrasone apparatuur voor de efficiënte dispersie van CNT's. Of u nu kleine CNT-monsters moet voorbereiden voor analyse en R&D of u moet grote industriële partijen bulkdispersies produceren, biedt Hielscher's productassortiment het ideale ultrasone systeem voor uw behoeften. Van 50W ultrasoonapparatuur van 50W voor laboratoria tot 16 kW industriële ultrasone eenheden voor industrieel gebruik voor commerciële productie, Hielscher Ultrasonics heeft u gedekt.
Om hoogwaardige koolstofnanobuis-dispersies te produceren, moeten de procesparameters goed worden gecontroleerd. Amplitude, temperatuur, druk en retentietijd zijn de meest kritische parameters voor een gelijkmatige CNT-verdeling. Hielscher's ultrasoonsystemen maken niet alleen een nauwkeurige regeling van elke parameter mogelijk, alle procesparameters worden automatisch geregistreerd op de geïntegreerde SD-kaart van Hielscher's digitale ultrasoonsystemen. Het protocol van elk sonisch proces draagt bij aan reproduceerbare resultaten en een consistente kwaliteit. Via een browser op afstand kan de gebruiker het ultrasone apparaat bedienen en bewaken zonder zich op de locatie van het ultrasone systeem te bevinden.
Aangezien enkelwandige koolstofnanobuizen (SWNT's) en meerwandige koolstofnanobuizen (MWNT's), evenals het gekozen waterige of oplosmiddelhoudende medium specifieke verwerkingsintensiteiten vereisen, is de ultrasone amplitude een belangrijke factor bij het eindproduct. Hielscher Ultrasonics’ industriële ultrasone processoren kunnen zowel zeer hoge als zeer milde amplitudes leveren. Stel de ideale amplitude vast voor uw procesvereisten. Zelfs amplitudes tot 200µm kunnen eenvoudig en onafgebroken worden gebruikt in 24/7-bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes beschikbaar. De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24 uur per dag, 7 dagen per week, 24 uur per dag, 7 dagen per week en in veeleisende omgevingen mogelijk.
Onze klanten zijn tevreden over de uitstekende robuustheid en betrouwbaarheid van de systemen van Hielscher Ultrasonic. De installatie in zware toepassingen, veeleisende omgevingen en 24 uur per dag, 7 dagen per week en 7 dagen per week zorgt voor een efficiënte en economische verwerking. Ultrasone procesintensivering verkort de verwerkingstijd en levert betere resultaten op, d.w.z. hogere kwaliteit, hogere opbrengsten en innovatieve producten.
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:
| batch Volume | Stroomsnelheid | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 00,5 tot 1,5 ml | na | VialTweeter |
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml / min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 tot 100 l / min | UIP16000 |
| na | grotere | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Vraag ons!
Krachtige ultrasone processoren van laboratorium tot piloot en industriële schaal.
Literatuur / Referenties
- 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.
Feiten die de moeite waard zijn om te weten
koolstof nanobuisjes
Koolstofnanobuizen (CNT's) behoren tot een speciale klasse van eendimensionale koolstofmaterialen, die uitzonderlijke mechanische, elektrische, thermische en optische eigenschappen vertonen. Ze zijn een belangrijk onderdeel dat gebruikt wordt bij de ontwikkeling en productie van geavanceerde nanomaterialen zoals nanocomposieten, versterkte polymeren, enz. en worden daarom gebruikt in de modernste technologieën. CNT's stellen een zeer hoge treksterkte, superieure thermische overdrachtseigenschappen, lage bandbreedte en optimale chemische en fysische stabiliteit bloot, wat van nanobuizen een veelbelovend additief maakt voor spruitstukmaterialen.
Afhankelijk van hun structuur worden CNTS onderscheiden in enkelwandige koolstofnanobuizen (SWNT's), dubbelwandige koolstofnanobuizen (DWCNT's) en meerwandige koolstofnanobuizen (MWNT's).
SWNT's zijn holle, lange cilindrische buizen die gemaakt zijn van een één atoomdikke koolstofwand. Het atoomblad van de koolstof wordt in een honingraatrooster geplaatst. Vaak worden ze conceptueel vergeleken met opgerolde platen van eenlaags grafiet of grafeen.
DWCNT's bestaan uit twee enkelwandige nanobuizen, waarvan de ene in de andere is genesteld.
MWNT's zijn een CNT-vorm, waarbij meerdere enkelwandige koolstofnanobuizen in elkaar zijn genesteld. Aangezien hun diameter varieert tussen 3-30 nm en ze enkele cm lang kunnen worden, kan hun hoogte-breedteverhouding variëren tussen de 10 en 10 miljoen. Vergeleken met koolstofnan-vezels hebben MWNT's een andere wandstructuur, een kleinere buitendiameter en een holle binnenkant. Veelgebruikte industrieel beschikbare getypte MWNT's zijn bijvoorbeeld Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100, en FutureCarbon CNT-MW.
Synthese van CNT's: CNT's kunnen worden geproduceerd door middel van een op plasma gebaseerde synthesemethode of een boogontladingsverdampingsmethode, een laserablatiemethode, een thermisch syntheseproces, chemische afzetting uit de dampfase (CVD) of chemische afzetting door middel van plasmaversterking.
Functionalisering van CNT's: Om de eigenschappen van koolstofnanobuizen te verbeteren en ze daardoor beter geschikt te maken voor een specifieke toepassing, worden CNT's vaak gefunctionaliseerd, bijvoorbeeld door toevoeging van carboxylzuur (-COOH) of hydroxyl (-OH) groepen.
CNT Dispersie van additieven
Enkele oplosmiddelen zoals superzuren, ionische vloeistoffen en N-cyclohexyl-2-pyrrolidnon zijn in staat om relatief hoge concentratiedispersies van CNT's te bereiden, terwijl de meest voorkomende oplosmiddelen voor nanobuizen, zoals N-methyl-2-pyrrolidon (NMP), dimethylformamide (DMF) en 1,2-dichrolobenzeen, nanobuizen alleen in zeer lage concentraties kunnen dispergeren (bijvoorbeeld, gewoonlijk <0.02 wt% van de enkelwandige CNT's). De meest voorkomende dispersiemiddelen zijn polyvinylpyrrolidon (PVP), Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate (SDBS), Triton 100, of Sodium Dodecyl Sulfonate (SDS).
Cresols zijn een groep industriële chemicaliën die CNT's kunnen verwerken bij concentraties tot tientallen gewichtsprocenten, wat resulteert in een continue overgang van verdunde dispersies, dikke pasta's, en vrijstaande gels naar een ongekende playdough-achtige toestand, als de CNT-lading toeneemt. Deze toestanden vertonen polymeerachtige reologische en visco-elastische eigenschappen, die niet haalbaar zijn met andere gangbare oplosmiddelen, wat suggereert dat de nanobuizen inderdaad zijn opgesplitst en fijn gedispergeerd in cresolen. Cresols kunnen na verwerking worden verwijderd door verhitting of wassen, zonder het oppervlak van CNT's te veranderen. [Chiou et al. 2018]
Toepassingen van CNT-dispersies
Om de voordelen van CNT's te gebruiken, moeten ze worden gedispergeerd in een vloeistof zoals polymeren. Gelijkmatig gedispergeerde CNT's worden gebruikt voor de productie van geleidende kunststoffen, LCD-displays, organische lichtuitstralende diodes, aanraakschermen, flexibele schermen, flexibele displays, zonnecellen, geleidende inkten, statische controlematerialen, met inbegrip van folies, schuimen, vezels en stoffen, polymeercoatings en kleefstoffen, hoogwaardige polymeercomposieten met een uitzonderlijke mechanische sterkte en taaiheid, polymeer/CNT-composietvezels en lichte en antistatische materialen.