Jednorodnie rozproszone tropiki trucizny metodą ultradźwiękową
Aby wykorzystać wyjątkowe funkcje nanorurek węglowych (CNT), muszą one być jednolicie rozproszone.
Dyspergatory ultradźwiękowe są najczęstszym narzędziem służącym do rozprowadzania CNT w wodnych i rozpuszczalnikowych zawiesinach.
Technologia dyspersji ultradźwiękowej wytwarza wystarczająco dużą energię ścinania, aby osiągnąć całkowite oddzielenie trotylu bez jego uszkadzania.
Ultradźwiękowy rozpraszania nanorurek węglowych
Nanorurki węglowe (CNT) mają bardzo wysoki współczynnik kształtu i charakteryzują się niską gęstością oraz ogromną powierzchnią (kilkaset m2/g), co daje im wyjątkowe właściwości, takie jak bardzo wysoka wytrzymałość na rozciąganie, sztywność i wytrzymałość oraz bardzo wysokie przewodnictwo elektryczne i cieplne. Ze względu na siły Van der Waalsa, które przyciągają do siebie pojedyncze węglowe nanorurki (CNT), CNT układają się normalnie w wiązki lub motki. Te międzycząsteczkowe siły przyciągania opierają się na zjawisku układania wiązań π pomiędzy sąsiadującymi nanorurkami, znanym jako π-stacking. Aby w pełni wykorzystać nanorurki węglowe, aglomeraty te muszą zostać rozłożone, a trotyle muszą być równomiernie rozłożone w jednorodnej dyspersji. Intensywna ultrasonizacja tworzy kawitację akustyczną w cieczach. Generowane w ten sposób lokalne naprężenia ścinające rozbijają agregaty CNT i rozpraszają je równomiernie w jednorodnej zawiesinie. Technologia rozpraszania ultradźwiękowego wytwarza wystarczająco dużą energię ścinania, aby osiągnąć całkowite oddzielenie laryngologii bez ich uszkadzania. Nawet w przypadku czułych SWNT-ów sondaże są z powodzeniem stosowane do ich indywidualnego rozplątywania. Ultradźwięki zapewniają wystarczający poziom naprężeń, aby oddzielić agregaty SWNT bez powodowania dużych pęknięć poszczególnych nanorurek (Huang, Terentjev 2012).
- Pojedynczo rozproszone trotyle CNT
- Jednolita dystrybucja
- Wysoka skuteczność dyspersji
- Wysokie obciążenie CNT
- Brak degradacji CNT
- szybkie przetwarzanie
- dokładne sterowanie procesem
UIP2000hdT – Mocny ultradźwiękowy aparat 2kW do dyspersji CNT
Wysokowydajne systemy ultradźwiękowe do dyspersji CNT
Hielscher Ultrasonics dostarcza wydajne i niezawodne urządzenia ultradźwiękowe do skutecznego rozpraszania trombiny. Czy trzeba przygotować małe próbki CNT do analizy i R&D lub muszą Państwo produkować duże partie przemysłowe dyspersji masowych, asortyment produktów firmy Hielscher oferuje idealny system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania. Od Ultradźwięki o mocy 50W dla laboratorium do Przemysłowe urządzenia ultradźwiękowe o mocy 16 kW do produkcji komercyjnej, Hielscher Ultrasonics ma cię na oku.
Aby produkować wysokiej jakości dyspersje nanorurki węglowe, parametry procesu muszą być dobrze kontrolowane. Amplituda, temperatura, ciśnienie i czas retencji są najbardziej krytycznymi parametrami dla równomiernego rozkładu CNT. Ultrasonografy firmy Hielscher nie tylko pozwalają na precyzyjną kontrolę każdego parametru, ale wszystkie parametry procesowe są automatycznie zapisywane na zintegrowanej karcie SD cyfrowych systemów ultradźwiękowych firmy Hielscher. Protokół każdego procesu sondowania pomaga zapewnić powtarzalność wyników i stałą jakość. Poprzez zdalne sterowanie przeglądarką użytkownik może obsługiwać i monitorować urządzenie ultradźwiękowe bez konieczności przebywania w miejscu instalacji ultradźwiękowej.
Ponieważ jednościenne nanorurki węglowe (SWNT) i wielościenne nanorurki węglowe (MWNT), jak również wybrane wodne lub rozpuszczalnikowe medium wymagają szczególnej intensywności przetwarzania, amplituda ultradźwiękowa jest kluczowym czynnikiem w przypadku produktu końcowego. Hielscher Ultrasonics’ przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać zarówno bardzo wysokie, jak i bardzo łagodne amplitudy. Ustalić idealną amplitudę dla Twoich wymagań procesowych. Nawet amplitudy do 200 µm mogą być z łatwością wykorzystywane w trybie 24/7. Dla jeszcze większych amplitud, dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.
Nasi klienci są zadowoleni z wyjątkowej wytrzymałości i niezawodności systemów Hielscher Ultrasonic. Instalacja w trudnych warunkach pracy, w wymagających środowiskach i praca w trybie 24/7 zapewniają wydajną i ekonomiczną obróbkę. Intensyfikacja procesu ultradźwiękowego skraca czas przetwarzania i pozwala uzyskać lepsze wyniki, tj. wyższą jakość, wyższą wydajność, innowacyjne produkty.
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:
| Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
|---|---|---|
| 0.5-1,5 mL | b.d. | VialTweeter |
| 1 do 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
| b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Wysokowydajne procesory ultradźwiękowe od laboratorium do skali pilotażowej i przemysłowej.
Literatura / materiały źródłowe
- 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.
Fakty Warto wiedzieć
nanorurki węglowe
Nanorurki węglowe (CNT) należą do specjalnej klasy jednowymiarowych materiałów węglowych, wykazujących wyjątkowe właściwości mechaniczne, elektryczne, termiczne i optyczne. Są one głównym komponentem wykorzystywanym w rozwoju i produkcji zaawansowanych nanomateriałów, takich jak nanokompozyty, wzmocnione polimery itp. i dlatego są wykorzystywane w najnowszych technologiach. CNT charakteryzują się bardzo wysoką wytrzymałością na rozciąganie, doskonałymi właściwościami przewodzenia ciepła, niskimi szczelinami pasmowymi oraz optymalną stabilnością chemiczną i fizyczną, co sprawia, że nanorurki są obiecującym dodatkiem do materiałów wielorakich.
W zależności od struktury CNTS dzieli się na jednościenne nanorurki węglowe (SWNT), dwupościenne nanorurki węglowe (DWCNT) i wielościenne nanorurki węglowe (MWNT).
SWNT są wydrążonymi, długimi cylindrycznymi rurami wykonanymi z jednej atomowej ściany węglowej. Arkusz atomowy węglowodorów jest ułożony w siatce plastra miodu. Często są one koncepcyjnie porównywane do zrolowanych arkuszy jednowarstwowego grafitu lub grafenu.
DWCNT składają się z dwóch jednościennych nanorurek, z których jedna umieszczona jest w drugiej.
MWNT to forma CNT, w której wiele jednościennych nanorurek węglowych jest umieszczonych wewnątrz siebie. Ponieważ ich średnica waha się od 3-30 nm, a ponieważ mogą one rosnąć na długości kilku centymetrów, ich współczynnik kształtu może wynosić od 10 do 10 milionów. W porównaniu z nanowłóknami węglowymi, MWNT mają inną strukturę ścian, mniejszą średnicę zewnętrzną i puste wnętrze. Powszechnie stosowanymi przemysłowo typami MWNT są np. Baytubes® C150P , Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 oraz FutureCarbon CNT-MW.
Synteza CNT: CNT mogą być wytwarzane metodą syntezy plazmowej lub metodą odparowania z wyładowań łukowych, metodą ablacji laserowej, procesem syntezy termicznej, chemicznym osadzaniem par (CVD) lub plazmowym chemicznym osadzaniem par.
Funkcjonalizacja CNT: Aby poprawić właściwości nanorurek węglowych i uczynić je bardziej odpowiednimi do konkretnego zastosowania, CNT są często funkcjonalizowane, np. poprzez dodanie grup kwasu karboksylowego (-COOH) lub hydroksylowego (-OH).
CNT Dodatki dyspergujące CNT
Kilka rozpuszczalników, takich jak superkwasy, ciecze jonowe i N-cykloheksylo-2-pirolidnon, jest w stanie przygotować stosunkowo wysokie stężenia dyspersji trotylu, podczas gdy najczęściej stosowane rozpuszczalniki dla nanorurek, takie jak N-metylo-2-pirolidon (NMP), dimetyloformamid (DMF) i 1,2-dichroloobenzen, mogą rozpraszać nanorurki tylko przy bardzo niskich stężeniach (np. typowo <0.02 wt% jednościennych CNT). Najczęściej stosowanymi środkami dyspersyjnymi są poliwinylopirolidon (PVP), Sulfonian Dodecylu Benzenu (SDBS), Triton 100 lub Sulfonian Dodecylu Sodu (SDS).
Krezol jest grupą przemysłowych środków chemicznych, które mogą przetwarzać trotylowe produkty chemiczne w stężeniach do kilkudziesięciu procent wagowych, co powoduje ciągłe przechodzenie od rozcieńczonych dyspersji, gęstych past i wolnostojących żeli do niespotykanego dotąd stanu play-ough, w miarę wzrostu obciążenia trotylowe produkty chemiczne. Stany te wykazują polimerowe właściwości reologiczne i lepkosprężyste, które nie są osiągalne w przypadku innych popularnych rozpuszczalników, co sugeruje, że nanorurki są rzeczywiście zdezagregowane i drobno rozproszone w krezolach. Krezol może być usunięty po obróbce przez ogrzewanie lub mycie, bez zmiany powierzchni CNT. [Chiou et al. 2018]
Zastosowania dyspersji CNT
Aby wykorzystać zalety CNT, muszą one być rozproszone w cieczy, takiej jak polimery, równomiernie rozproszone CNT są wykorzystywane do produkcji tworzyw przewodzących, wyświetlaczy ciekłokrystalicznych, organicznych diod elektroluminescencyjnych, ekranów dotykowych, elastycznych wyświetlaczy, ogniw słonecznych, tuszy przewodzących, statycznych materiałów kontrolnych, w tym folii, pianek, włókien i tkanin, powłok polimerowych i klejów, wysokowydajnych kompozytów polimerowych o wyjątkowej wytrzymałości mechanicznej i wytrzymałości, włókien kompozytowych polimerowo/NT, a także lekkich i antystatycznych materiałów.