Dispersão de ultra-sons de nanotubos de carbono (CNT)

Nanotubos de carbono são fortes e flexíveis, mas muito coesos. São difíceis de dispersar em líquidos, como água, etanol, óleo, polímero ou resina epóxi. O ultrassom é um método eficaz para obter discreto – single-dispersa – nanotubos de carbono.

Os nanotubos de carbono (CNT) são usados em adesivos, revestimentos e polímeros e como preenchimentos eletricamente condutores em plásticos para dissipar cargas estáticas em equipamentos elétricos e em painéis de corpo de automóvel eletroestaticamente paintáveis. Com o uso de nanotubos, os polímeros podem ser mais resistentes contra temperaturas, produtos químicos severos, ambientes corrosivos, pressões extremas e abrasão. Existem duas categorias de nanotubos de carbono: nanotubos de parede única (SWNT) e nanotubos multi-parede (MWNT).

Nanotubos de carbono estão geralmente disponíveis como material seco, por exemplo, de empresas, como Pesquisa SES ou CNT Co., Ltd. É necessário um processo simples, confiável e escalável para deagglomeration, a fim de utilizar os nanotubos ao seu potencial máximo. Para líquidos de até 100.000cP o ultrassom é uma tecnologia muito eficaz para a dispersão de nanotubos em água, óleo ou polímeros em concentrações baixas ou altas. As correntes de jato líquido resultantes de cavitação ultra-sônica, Ultrapassar as forças de ligação entre os nanotubos, e separar os tubos. Por causa das forças de cisalhamento geradas por ultra-sons e ultra-som micro turbulências podem auxiliar no revestimento de superfície e química da reacção de nanotubos com outros materiais também.

Geralmente, um nanotubo grosseiro é primeiro pré-visualizado por um agitador padrão e, em seguida, homogeneizado no reator de célula de fluxo ultrassônico. O vídeo abaixo mostra um teste de laboratório (sônica em lote usando um UP400S) dispersando nanotubos de carbono multiparecidos na água em baixa concentração. Devido à natureza química do carbono, o comportamento dispersivo dos nanotubos na água é bastante difícil. Como mostrado no vídeo, pode ser facilmente demonstrado que a ultrassônica é capaz de dispersar nanotubos efetivamente.

Dispersão de nanotubos individuais de alta Comprimento

Um problema importante para o processamento e manipulação de nanotubos de carbono é a insolubilidade inerente dos tubos em solventes orgânicos comuns e água. A funcionalização da parede lateral ou de nanotubos de extremidades abertas para criar uma interface apropriada entre os nanotubos de carbono e o solvente principalmente levar a esfoliação parcial das cordas SWNT, somente.
Como resultado, os nanotubos de carbono são tipicamente dispersos como feixes em vez de objectos individuais completamente isoladas. Quando as condições muito duras são empregues durante a dispersão, os nanotubos de carbono são encurtados para comprimentos entre 80 e 200 nm. Embora este é útil para certos ensaios, este comprimento é demasiado pequena para a maioria das aplicações práticas, tais como nanotubos de carbono semicondutores ou de reforço. Controlado, o tratamento de ultra-sons leve (por exemplo, por UP200Ht os 40mm sonotrodo) É um processo eficaz para preparar dispersões aquosas de nanotubos individuais longos. Sequências de ultra-som leve minimizar o encurtamento e permitir a conservação máxima de propriedades estruturais e electrónicos.

Purificação do SWNT por Ultrassônica Assistida por Polímero

É difícil para estudar a modificação química de nanotubos de carbono ao nível molecular, pois é difícil a obtenção de nanotubos de carbono puros. Como nanotubos de carbono-cultivadas contêm muitas impurezas, tais como partículas de metal e carbono amorfo. Ultra-som dos nanotubos de carbono em uma solução de monoclorobenzeno (MCB) de poli (metacrilato de metilo) PMMA, seguida de filtração é um meio eficaz para purificar nanotubos de carbono. Este método de purificação assistida-polímero permite a remover impurezas de nanotubos de carbono como-cultivadas de forma eficaz. (Yudasaka et al.) O controle preciso da amplitude ultra-sons permite limitar os danos para os nanotubos de carbono.

Hielscher de ampla gama de dispositivos ultrassônicos e acessórios para a dispersão eficiente de nanotubos.

• dispositivos compactos de laboratório de até 400 watts de energia de ultrassom para a dispersão em volumes mais pequenos de até 2 litros
• UIP500hdT, UIP1000hdT e UIP1500hdT são processadores ultrassônicos que podem processar volumes maiores.
• sistemas de ultra-som de 2kW (UIP2000hdT) e 4kW (UIP4000hdT) pode ser usado para a dispersão em escala de produção de nanotubos de carbono. O UIP10000 (10 kilowatts) e a UIP16000 (16 kilowatts) pode ser usado em clusters de várias unidades individuais para processamento em larga escala de nanotubos de carbono.”

Literatura

• 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.