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Dispersão ultra-sônica de nanotubos de carbono (CNT)

Os nanotubos de carbono são fortes e flexíveis, mas muito coesos. São difíceis de dispersar em líquidos, como a água, o etanol, o óleo, o polímero ou a resina epóxida. Os ultra-sons são um método eficaz para obter – de dispersão única – nanotubos de carbono.

Os nanotubos de carbono (CNT) são utilizados em adesivos, revestimentos e polímeros e como cargas condutoras de eletricidade em plásticos para dissipar cargas estáticas em equipamentos eléctricos e em painéis de carroçaria de automóveis pintáveis por eletrostática. Através da utilização de nanotubos, os polímeros podem tornar-se mais resistentes a temperaturas, produtos químicos agressivos, ambientes corrosivos, pressões extremas e abrasão. Existem duas categorias de nanotubos de carbono: Os nanotubos de parede simples (SWNT) e os nanotubos de parede múltipla (MWNT).

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Dispersor ultrassónico industrial para distribuição uniforme de CNTs em água ou solventes.

Homogeneizador ultrassónico industrial UIP1500hdT para a dispersão de nanotubos de carbono (CNT) e outros nanomateriais.

Os homogeneizadores ultra-sónicos são eficientes e fiáveis para a dispersão de nanotubos de carbono em água ou solventes orgânicos.Os nanotubos de carbono estão geralmente disponíveis como material seco, por exemplo, em empresas como Investigação SES ou CNT Co., Ltd. É necessário um processo simples, fiável e escalável para a desaglomeração, a fim de utilizar os nanotubos no seu potencial máximo. Para líquidos até 100.000cP, os ultra-sons são uma tecnologia muito eficaz para a dispersão de nanotubos em água, óleo ou polímeros em concentrações baixas ou elevadas. Os jactos de líquido resultantes da Cavitação ultra-sónicaOs ultra-sons, ao serem gerados, superam as forças de ligação entre os nanotubos e separam os tubos. Devido às forças de cisalhamento geradas por ultra-sons e às micro turbulências, os ultra-sons podem também ajudar no revestimento de superfícies e na reação química dos nanotubos com outros materiais.

A ultrassonografia é um procedimento eficaz, com resultados repetíveis, para desembaraçar os nanotubos de carbono em água ou em solventes orgânicos.Geralmente, uma dispersão de nanotubos grosseiros é primeiro pré-misturado por um agitador padrão e, em seguida, homogeneizado no reator de célula de fluxo de ultra-sons. O vídeo abaixo mostra um ensaio de laboratório (sonicação lote usando um UP400S) dispersando nanotubos de carbono de paredes múltiplas em água a baixa concentração. Devido à natureza química do carbono o comportamento de dispersão de nanotubos em água é bastante difícil. Como mostrado no vídeo, pode ser facilmente demonstrado que a ultra-sons é capaz de dispersar nanotubos de forma eficaz.

Dispersão ultra-sônica de nanotubos de carbono: O ultrasonicator Hielscher UP400S (400W) dispersa e detangles CNTs rápido e eficiente em nanotubos individuais.

Dispersão de nanotubos de carbono em água usando o UP400S

Miniatura de vídeo

A dispersão ultra-sónica é altamente eficiente na dispersão de nanocargas em polímeros e resinas epoxídicas.

Comparação de diferentes nanofillers dispersos em endurecedor usando ultrassom tipo sonda): (a) 0,5 wt% nanofibra de carbono (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxid; (c) 0,5 wt% nanotubo de carbono (CNT); (d) 0,5 wt% CNT semi-disperso.
Estudo e imagem: ©Zanghellini et al., 2021

Dispersão de SWNTs individuais de elevado comprimento

Um dos principais problemas no processamento e manipulação de SWNTs é a insolubilidade inerente dos tubos em solventes orgânicos comuns e em água. A funcionalização da parede lateral do nanotubo ou das extremidades abertas para criar uma interface adequada entre os SWNTs e o solvente conduz, na maior parte dos casos, apenas à esfoliação parcial dos cordões de SWNTs.
Consequentemente, os SWNTs são normalmente dispersos como feixes e não como objectos individuais totalmente isolados. Quando são utilizadas condições demasiado rigorosas durante a dispersão, os SWNTs são encurtados para comprimentos entre 80 e 200nm. Embora isto seja útil para certos testes, este comprimento é demasiado pequeno para a maioria das aplicações práticas, tais como SWNTs semicondutores ou de reforço. O tratamento ultrassónico suave e controlado (por exemplo, por UP200Ht com sonotrodo de 40 mm) é um procedimento eficaz para preparar dispersões aquosas de SWNTs longos e individuais. Sequências de ultra-sons suaves minimizam o encurtamento e permitem a preservação máxima das propriedades estruturais e electrónicas.

Purificação de SWNT por ultra-sons assistida por polímero

Uma maneira simples de reagir quimicamente nanotubos de carbono de parede única com materiais orgânicos usando ultrassom. Koshio et al., 2001É difícil estudar a modificação química dos SWNTs a nível molecular, porque é difícil obter SWNTs puros. Os SWNTs crescidos contêm muitas impurezas, tais como partículas metálicas e carbonos amorfos. Ultrasonication de SWNTs em uma solução de monoclorobenzeno (MCB) de poli (metacrilato de metilo) PMMA seguido por filtração é uma maneira eficaz para purificar SWNTs. Este método de purificação assistida por polímero permite remover impurezas de SWNTs as-grown eficazmente. (Yudasaka et al.) O controlo preciso da amplitude de ultra-sons permite limitar os danos nos SWNTs.

Hielscher's vasta gama de dispositivos ultra-sónicos e acessórios para a dispersão eficiente de nanotubos.

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Literatura


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