Os nanotubos de carbono de parede única (SWNTs ou SWCNTs) possuem características únicas, mas, para expressá-las, elas devem ser dispersas individualmente. Para aproveitar ao máximo as características excepcionais de nanotubos de carbono de parede simples, os tubos devem ser desengatados de forma mais completa. Os SWNTs como outras nanopartículas apresentam forças de atração muito altas, de modo que é necessária uma técnica poderosa e eficiente para uma desaglomeração e dispersão confiáveis. Embora as técnicas de mistura comuns não forneçam a intensidade necessária para detangir SWNTs sem danificá-los, os comprimentos de ultra-som de alta potência são provados para detangle e dispersar SWCNTs. As forças de cisalhamento cavitacionais geradas por ultra-sons são poderosas o suficiente para superar as forças de ligação, enquanto a intensidade do ultra-som pode ser ajustada com precisão para evitar danos nos SWCNTs.

Problema:

Os nanotubos de carbono de parede simples (SWCNTs) diferem dos nanotubos de carbono com muros múltiplos (MWNTs / MWCNTs) pelas suas propriedades elétricas. O intervalo de banda de SWCNTs pode variar de zero a 2 eV e suas características de condutividade elétrica apresentam comportamento metálico ou semicondutor. À medida que os nanotubos de carbono de parede simples são altamente coesos, um dos principais obstáculos no processamento de SWCNTs é a insolubilidade inerente dos tubos em solventes orgânicos ou água. Para usar todo o potencial dos SWCNTs, é necessário um processo de desaglomeração simples, confiável e escalável dos tubos. Especialmente, a funcionalização das paredes laterais da CNT ou das extremidades abertas para criar uma interface adequada entre os SWCNTs e o solvente orgânico resulta apenas na esfoliação parcial dos SWCNTs. Portanto, os SWCNTs são principalmente dispersos como feixes em vez de cordas individuais desaglomeradas. Se a condição durante a dispersão for muito dura, os SWCNTs serão encurtados em intervalos entre 80 a 200 nm. Para a maioria das aplicações práticas, isto é, para os SWCNT semicondutores ou de reforço, esse comprimento é muito pequeno.

Solução:

A ultra-sonografia é um método muito eficaz de dispersão e desaglomeração de nanotubos de carbono, uma vez que as ondas ultra-sônicas de ultra-som de alta intensidade geram cavitação em líquidos. As ondas sonoras propagadas na mídia líquida resultam em ciclos alternados de alta pressão (compressão) e baixa pressão (rarefação), com taxas dependendo da freqüência. Durante o ciclo de baixa pressão, as ondas ultra-sônicas de alta intensidade criam pequenas bolhas de vácuo ou vazios no líquido. Quando as bolhas atingem um volume no qual elas não podem mais absorver energia, elas colapsam violentamente durante um ciclo de alta pressão. Esse fenômeno é denominado cavitação. Durante a implosão, as temperaturas muito altas (cerca de 5.000K) e as pressões (aproximadamente 2.000atm) são atingidas localmente. A implosão da bolha de cavitação também resulta em jatos líquidos de até 280 m / s de velocidade. Essas correntes de jato de líquidos resultantes de cavitação ultra-sônica, Ultrapassar as forças de ligação entre os nanotubos de carbono e, portanto, tornam-se os nanotubos desaglomerado. Um, o tratamento de ultra-sons controlada leve é ​​um método adequado para criar suspensões estabilizadas com agentes tensioactivos de SWCNTs dispersos com elevada comprimento. Para a produção controlada de SWCNTs, processadores de ultra-sons de Hielscher permite a execução em uma ampla gama de conjuntos de parâmetros ultra-sônicos. A amplitude de ultra-sons, da pressão do líquido e a composição líquida pode ser variada, respectivamente, para o material e processo específico. Isto oferece possibilidades variáveis ​​de ajustes, como

• amplitudes sonotrodo de até 170 mícrons
• pressões de líquido de até 10 bares
• as taxas de fluxo de líquido de até 15 L / min (dependendo do processo)
• temperaturas do líquido de até 80 graus C (outros temperaturas a pedido)
• a viscosidade do material de até 100.000cp

 

Por outro lado, ultra-sons como um método de purificação assistida-polímero permite a remoção de impurezas a partir de SWCNTs como cultivados, de forma eficaz. É difícil para estudar a modificação química de SWCNTs ao nível molecular, pois é difícil a obtenção de nanotubos de carbono puros. As-crescido SWCNTs contém muitas impurezas, tais como partículas de metal e carbono amorfo. Ultra-som de SWCNTs em uma solução de monoclorobenzeno (MCB) de poli (metacrilato de metilo) PMMA, seguida de filtração é um meio eficaz para purificar SWCNTs. Este método de purificação assistida-polímero permite a remoção de impurezas de SWCNTs como-cultivadas de forma eficaz. O controle preciso da amplitude ultra-sons permite evitar ou limitar os danos SWCNTs.

Equipamento ultra-som

Hielscher oferece alto desempenho processadores ultra-sônicos para a sonicação de cada volume. dispositivos ultra-sônicos de 50 watts até 16.000 watts, o que poderia configurar em clusters, permitem encontrar o ultra-som apropriado para cada aplicação, no laboratório, bem como na indústria. Para a dispersão sofisticado de nanotubos, uma sonicação contínua é recomendada. Usando células de fluxo da Hielscher, torna-se possível dispersar os nanotubos de carbono em líquidos de viscosidade elevada, tais como polímeros, fundidos de alta viscosidade e de materiais termoplásticos.

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