Dispersão de Nanotubos de Carbono em Tintas Imprimíveis em 3D

Uma dispersão uniforme de CNTs em tintas imprimíveis em 3D pode melhorar as propriedades da tinta e permitir novas aplicações em vários campos. A ultrassonografia do tipo sonda é uma técnica de dispersão altamente confiável para produzir nanosuspensões estáveis de CNTs em polímeros.

Dispersão CNT eficiente e estável em polímeros devido à sonicação

Os nanotubos de carbono (CNTs) são frequentemente dispersos em óleos de silício para várias aplicações devido às suas propriedades únicas. A dispersão de CNTs em óleos de silício pode melhorar as propriedades mecânicas, térmicas e elétricas dos materiais resultantes. Uma dessas aplicações é a fabricação de polímeros dopados com CNT para tintas condutoras imprimíveis em 3D, por exemplo, para a fabricação aditiva de base biológica de sensores táteis vestíveis, andaimes de regeneração tecidual específicos do paciente e eletrodos flexíveis de ECG e EEG.
Além disso, os CNTs dispersos em óleos de silício podem ser usados como tintas condutoras em dispositivos eletrônicos, como displays flexíveis e sensores. Os CNTs atuam como vias condutoras, permitindo o fluxo de corrente elétrica.

A dispersão de nanotubos de carbono (CNTs) em polímeros é uma aplicação típica para sondas ultra-sônicas, como a UIP1000hdT. Os dispersores ultra-sônicos garantem uma distribuição uniforme de CNTs em solventes e polímeros, por exemplo, para a fabricação de tintas imprimíveis em 3D.

CNTs dispersantes em Polietilenoglicol (PEG) - Hielscher Ultrasonics

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Os ultrasonicators de alto desempenho são sistemas de mistura em linha confiáveis e altamente eficientes para a produção de nanodispersões, por exemplo, nanotintas condutoras imprimíveis em 3D para manufatura aditiva.

Sistema de ultrassom de potência industrial para dispersão industrial em linha: Ultrasonicators de alto desempenho são sistemas de mistura em linha confiáveis e altamente eficientes para a produção de nanodispersões, como CNTs em polímeros.

Vantagens da dispersão ultra-sônica CNT / polímero

Ultrasonication é uma técnica de dispersão muito eficiente, que vem com vários benefícios. As vantagens da dispersão ultra-sônica de nanotubos de carbono (CNTs) em polímeros incluem:

  • Dispersão melhorada: A energia ultra-sônica pode efetivamente quebrar os aglomerados de CNTs e promover sua dispersão uniforme em polímeros. Isso resulta em uma mistura homogênea com propriedades mecânicas melhoradas, condutividade elétrica e condutividade térmica.
  • Controle preciso: A energia ultra-sônica permite um melhor controle sobre o processo de dispersão, como o grau de dispersão e o tamanho dos CNTs. Isso pode ajudar a alcançar as propriedades desejadas do material nanocompósito resultante.
  • Tempo de processamento reduzido: A dispersão ultra-sônica pode reduzir significativamente o tempo de processamento em comparação com outros métodos de dispersão, como agitação magnética ou sonicação sem calor. Isso pode melhorar a eficiência e a escalabilidade do processo.
  • Versatilidade: Os dispersores ultra-sônicos podem processar qualquer tipo de nanopartículas, incluindo nanoesferas (por exemplo, nanossílica), nanotubos (SWNT, MWNT), nanofolhas, como grafeno ou borfeno, nanomateriais funcionalizados, bem como nanopartículas de casca central. Naturalmente, os ultrasonicators Hielscher podem lidar com altas cargas sólidas e são compatíveis com quaisquer solventes e líquidos.
  • Custo-benefício: Dispersores ultra-sônicos é um equipamento de mistura relativamente barato quando comparado a moinhos e outras técnicas de dispesing. Além disso, os processadores ultra-sônicos são muito robustos, exigem muito pouca manutenção e são eficientes em termos de energia.
  • Processamento em lote e em linha: A dispersão ultra-sônica pode ser executada em lote ou no modo de fluxo contínuo.
  • Operação Fácil: Sondas ultra-sônicas são simples e seguras de operar. Os ultrasonicadores digitais Hielscher são programáveis e podem ser controlados remotamente. O registro automático de dados ajuda a manter os padrões de qualidade.
  • Escalabilidade linear: Os processos de dispersão ultra-sônica podem ser completamente lineares dimensionados para qualquer tamanho, o que torna a sonicação não apenas um método de fabricação altamente eficiente, mas também um método de fabricação praticável para a fabricação industrial.
  • Ecológico: A dispersão ultra-sônica é um método verde e ecológico que permite evitar ou reduzir o uso de solventes ou produtos químicos nocivos, tornando-se uma opção mais segura e sustentável para aplicações industriais.
  • Sistema industrial ultrassônico para processos de dissolução inline.

    Sistema industrial ultra-sônico para processos de dissolução em linha, por exemplo, dispersão uniforme de nanotubos de carbono em formulações poliméricas.

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    Neste vídeo, mostramos um sistema ultrassônico de 2 quilowatts para operação em linha em um gabinete purgável. A Hielscher fornece equipamentos ultrassônicos para quase todas as indústrias, como a indústria química, farmacêutica, cosmética, processos petroquímicos, bem como para processos de extração baseados em solventes. Este gabinete de aço inoxidável purgável é projetado para operação em áreas perigosas. Para este fim, o gabinete selado pode ser purgado pelo cliente com nitrogênio ou ar fresco para evitar que gases ou vapores inflamáveis entrem no gabinete.

    Ultrassonicadores 2x 1000 Watts em Gabinete Purgável para Instalação em Áreas Perigosas

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    Protocolo Geral para a Produção Ultra-Sônica de Compósitos CNT/PDMS

    Ultrasonication é usado para a dispersão de numerosos materiais de tamanho nanométrico em polímeros. Uma aplicação específica e comumente usada é a dispersão de nanotubos de carbono (CNTs) em dimetilpolissiloxano (PDMS) usando sonicação do tipo sonda. A fim de dispersar os CNTs na matriz PDMS, o ultrassom de potência e os efeitos resultantes da cavitação acústica são usados para desembaraçar os nanotubos e misturá-los uniformemente em uma nanosuspensão. A sonicação do tipo sonda é um método poderoso para dispersar CNTs devido à sua capacidade de gerar forças de cavitação intensas que podem efetivamente quebrar e dispersar CNTs aglomerados.
    A dispersão ultra-sônica é uma etapa de processamento simples que não requer pré ou pós-tratamento específico. O equipamento ultra-sônico em si é seguro e fácil de operar.
    O processo de dispersão usando sonicação do tipo sonda normalmente envolve as seguintes etapas:

    1. Preparação da mistura CNT-PDMS: Uma quantidade predeterminada de CNTs é adicionada à matriz PDMS e é pré-misturada usando agitador mecânico. Curiosamente, ao pré-dispersar CNTs em um solvente, a condutividade elétrica poderia ser aumentada. Os melhores resultados são alcançados pelo tetraidrofurano (THF), acetona ou clorofórmio (classificados pelos melhores resultados).
    2. Sonicação do tipo sonda: A mistura é submetida a sonicação do tipo sonda usando uma sonda ultra-sônica de alta intensidade que gera ondas de ultrassom com uma frequência de tipicamente aprox. 20 kHz. Dependendo do volume e da formulação, a sonicação é normalmente realizada por vários minutos para garantir a dispersão completa dos CNTs.
    3. Monitorização da dispersão: A dispersão dos CNTs é monitorada usando técnicas como microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET) ou espectroscopia UV-Vis. Essas técnicas podem ser usadas para visualizar a distribuição de CNTs dentro da matriz PDMS e para garantir que os CNTs estejam uniformemente dispersos.

    Em resumo, a sonicação do tipo sonda é um método poderoso para dispersar CNTs em polímeros como o PDMS devido à sua capacidade de gerar forças de cavitação intensas que podem efetivamente quebrar e dispersar CNTs aglomerados.

    Estudos de caso de fabricação ultra-sônica de compósitos CNT / polímero

    A dispersão de nanotubos e outros nanomateriais à base de carbono usando ultrassonografia do tipo sonda tem sido extensivamente pesquisada e subsequentemente implementada na produção industrial. Abaixo, apresentamos alguns estudos de pesquisa, que demonstram a eficiência excepcional da dispersão de nanotubos ultra-sônicos.

    Dispersão ultra-sônica de CNTs no PDMS para sensores vestíveis

    Homogeneizador do tipo sonda ultra-sônica UP400St para a dispersão e síntese de nanocompósito.Del Bosque et al. (2022) compararam a fresagem de três rolos e a sonicação quanto à sua eficácia da dispersão da CNT. A análise do procedimento de dispersão de nanopartículas na matriz polimérica mostra que a técnica de ultra-sonificação fornece uma maior sensibilidade elétrica em comparação com a moagem de três rolos devido à maior homogeneidade da distribuição CNT induzida pelas forças de cavitação. Testando várias cargas de CNT, o limiar de percolação do sistema CNT-PDMS, ou seja, o conteúdo crítico de CNT no qual ele se torna eletricamente condutor, foi encontrado para ser de 0,4% em peso de CNT. Os Nanotubos de Carbono Multi-Wall (MWCNTs) foram dispersos por ultrassonografia usando o ultrasonicator Hielscher UP400ST (veja a imagem à esquerda) a ciclos de pulso de 0,5 % e amplitude de 50% por 2h. Os efeitos da dispersão ultra-sônica ao longo do tempo de sonicação são mostrados na imagem abaixo.
    Com base nesta análise, as condições ideais para a fabricação dos sensores vestíveis foram selecionadas como CNT de 0,4% em peso por meio de um processo de ultrassonização. Nesse sentido, uma análise da resposta elétrica sob ciclos de carga consecutivos mostrou uma alta robustez dos sensores desenvolvidos, sem qualquer presença de dano a 2%, 5% e 10% de deformação, o que torna esses sensores confiáveis para o monitoramento da deformação média.

    A dispersão ultarsônica de nanotubos de carbono é altamente eficiente para distribuir os nanotubos uniformemente em matrizes poliméricas como o dimetilpolissiloxano (PDMS)

    Dispersão ultra-sônica de MWCNTs em PDMS usando o ultra-sonicator UP400St em vários momentos de sonicação.
    (Estudo e imagem: ©del Bosque et al., 2022)

    Equipamento de dispersão ultra-sônica de alto desempenho para nanocompósitos CNT / polímero

    Ultrasonicator UIP2000hdT é um homogeneizador aéreo móvel para inúmeras aplicações líquidas e sólido-líquidas.A Hielscher Ultrasonics fabrica sondas de ultrassom de alta potência para aplicações exigentes de dispersão em laboratório, bancada e indústria. Os dispersores Hielscher Ultrasonics fornecem homogeneização e dispersão eficientes e precisas de nanomateriais em solventes, polímeros e compósitos.
    Com sua avançada tecnologia ultra-sônica, esses dispersores oferecem uma solução rápida e fácil para alcançar uma distribuição uniforme do tamanho das partículas, dispersões estáveis e / ou funcionalização de nanopartículas.
    Ao reduzir o tempo de processamento e minimizar o consumo de energia, os dispersores de sonda ultrassônica podem melhorar a produtividade e reduzir os custos operacionais para empresas em uma variedade de setores.
    Os ultrasonicators Hielscher também podem ser personalizados para atender a requisitos específicos, com opções para uma variedade de tamanhos de sonda, chifres de reforço, níveis de potência e células de fluxo, tornando-os versáteis e adaptáveis a várias nanoformulações e volumes.
    No geral, os dispersores de sonda ultrassônica são um excelente investimento para laboratórios e indústrias que buscam otimizar seus fluxos de trabalho de processamento de nanomateriais e alcançar resultados consistentes e confiáveis.

    Design, Fabricação e Consultoria – Qualidade Made in Germany

    Os ultrasonicators Hielscher são bem conhecidos por seus mais altos padrões de qualidade e design. A robustez e a fácil operação permitem a integração suave de nossos ultrasonicators em instalações industriais. Condições adversas e ambientes exigentes são manuseados de forma confiável pelos ultrassons Hielscher.

    A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada ISO e coloca ênfase especial em ultrasonicators de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de uso. Naturalmente, os ultrasonicators Hielscher são compatíveis com CE e atendem aos requisitos da UL, CSA e RoHs.

    A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

    Volume batch Quociente de vazão Dispositivos Recomendados
    00,5 a 1,5 mL n / D. VialTweeter
    1 a 500mL 10 a 200 mL / min UP100H
    10 a 2000 mL 20 a 400 mL / min UP200Ht, UP400St
    0.1 a 20L 00,2 a 4 L / min UIP2000hdT
    10 a 100L 2 de 10L / min UIP4000hdT
    15 a 150L 3 a 15L/min UIP6000hdT
    n / D. 10 a 100L / min UIP16000
    n / D. maior aglomerado de UIP16000

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    Dispersão Ultrasônica de Nanotubos de Carbono: O ultrasssônico Hielscher UP400S (400W) dispersa e desembaraça CNTs de forma rápida e eficiente em nanotubos únicos.

    Dispersão de nanotubos de carbono na água usando o UP400S

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    Homogeneizadores ultrassônicos de alta cisalhamento são usados em laboratório, bancada, piloto e processamento industrial.

    A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratoria, piloto e industrial.



    Reator de mistura industrial para nanodispersões usando sondas de ultrassom de alta potência.

    Reator de batelada ultra-sônico para processamento industrial, por exemplo, incorporando CNTs e outros nanofillers em polímeros para tintas imprimíveis em 3D para fabricação de aditivos.


    Literatura / Referências


    Ultrassônicos de alto desempenho! A gama de produtos da Hielscher abrange todo o espectro desde o ultrassônico de laboratório compacto sobre unidades de bancada até sistemas ultrassônicos industriais completos.

    Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de Laboratório para tamanho industrial.


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    Vamos entrar em contato.