Hielscher tecnologia de ultra-som

CNTs uniformemente dispersos por Ultrasonication

Para explorar as funcionalidades excepcionais de nanotubos de carbono (CNTs), eles devem ser homogeneamente dispersos.
Os dispersores ultra-sônicos são a ferramenta a mais comum para distribuir CNTs em suspensões aquosas e solvente-baseadas.
A tecnologia de dispersão ultra-sônica cria energia de cisalhamento suficientemente alta para alcançar uma separação completa de CNTs sem danificá-los.

Dispersão de ultra-sons de nanotubos de carbono

Sonication poderoso com um ultrasonicator sonda-tipo. (Clique para ampliar!)Carbon nanotubes (CNTs) have a very high aspect ratio and exhibit a low density as well as an enormous surface area (several hundred m2/g), which gives them unique properties such as very high tensile strength, stiffness, and toughness and a very high electrical and thermal conductivity. Due to Van der Waals forces, which attract the single carbon nanotubes (CNTs) to each other, CNTs arrange normally in bundles or skeins. These intermolecular forces of attraction are based on a π-bond stacking phenomenon between adjacent nanotubes known as π-stacking. To derive the full benefit from carbon nanotubes, these agglomerates must be disentangled and and the CNTs must be distributed evenly in a homogeneous dispersion. Intense ultrasonication creates acoustic cavitation in liquids. The thereby generated local shear stress breaks CNT aggregates and disperses them uniformly in a homogeneous suspension. The ultrasonic dispersing technology creates sufficiently high shear energy to achieve a complete separation of CNTs without damaging them. Even for the sensitive SWNTs sonication is successfully applied to disentangle them individually. Ultrasonication just delivers a sufficient stress level to separate the SWNT aggregates without causing much fracture to individual nanotubes (Huang, Terentjev 2012).

Vantagens da dispersão ultra-sônica de CNT

  • CNTs de dispersão única
  • Distribuição homogênea
  • Alta eficiência de dispersão
  • Cargas elevadas de CNT
  • Nenhuma degradação de CNT
  • processamento rápido
  • controle de processo preciso
UIP2000hdT-2kW ultrasonicator para dispersões de nanotubos de carbono.

UIP2000hdT – 2kW ultrasonicator poderoso para dispersões CNT

Pedido de informação





Sistemas ultra-sônicos de alto desempenho para dispersões CNT

Hielscher ultrasonics fornece equipamentos ultra-sônicos poderosos e confiáveis para a dispersão eficiente de CNTs. Se você precisa preparar pequenas amostras CNT para análise e R&D ou você tem que fabricar grandes lotes industriais de dispersões a granel, a gama de produtos Hielscher oferece o sistema ultra-sônico ideal para suas necessidades. De ultrasonicators 50W para o laboratório até unidades ultra-sônicas industriais 16kW para a fabricação comercial, Hielscher ultrasonics você tem coberto.
To produce high-quality carbon nanotube dispersions, the process parameters must be well controlled. Amplitude, temperature, pressure and retention time are the most critical parameters for a even CNT distribution. Hielscher’s ultrasonicators not only allow for the precise control of each parameter, all process parameters are automatically recorded on the integrated SD card of Hielscher’s digital ultrasonic systems. The protocol of each sonication process helps to ensure reproducible results and consistent quality. Via remote browser control the user can operate and monitor the ultrasonic device without being on the location of the ultrasonic system.
Uma vez que nanotubos de carbono de paredes simples (SWNTs) e nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWNTs), bem como o meio aquoso ou solvente selecionado exigem intensidades de processamento específicas, a amplitude ultra-sônica é um fator-chave quando se trata do produto final. Hielscher ultrasonics’ os processadores ultra-sônicos industriais podem entregar muito altamente assim como amplitudes muito suaves. Estabeleça a amplitude ideal para as suas necessidades de processo. Mesmo as amplitudes de até 200 μm podem facilmente ser funcionam continuamente na operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, os sonotrodes ultra-sônicos personalizados estão disponíveis. A robustez do equipamento ultra-sônico de Hielscher permite a operação 24/7 no serviço pesado e em ambientes de exigência.
Nossos clientes são satisfeitos pela robustez e pela confiabilidade proeminentes de sistemas de Hielscher Ultrasonic. A instalação em áreas de aplicações pesadas, ambientes exigentes e operação 24/7 garantem um processamento eficiente e econômico. A intensificação do processo ultra-sônico reduz o tempo de processamento e atinge melhores resultados, ou seja, maior qualidade, rendimentos mais elevados, produtos inovadores.
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
n / D. 10 a 100L / min UIP16000
n / D. maior aglomerado de UIP16000

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Hielscher ultrasonics fabrica ultrasonicators de alto desempenho para aplicações sonoquímicas.

Processadores ultra-sônicos de alta potência do laboratório à escala piloto e industrial.

Literatura / Referências

  • 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.



Fatos, vale a pena conhecer

nanotubos de carbono

Os nanotubos de carbono (CNTs) fazem parte de uma classe especial de materiais de carbono unidimensionais, exibindo excepcionais propriedades mecânicas, elétricas, térmicas e ópticas. Eles são um componente importante usado no desenvolvimento e produção de nanomateriais avançados, como nano-compósitos, polímeros reforçados, etc. e são, portanto, utilizados em tecnologias de ponta. Os CNTs expõem uma resistência à tração muito alta, propriedades de transferência térmica superiores, lacunas de banda baixa e estabilidade química e física ideais, o que torna os nanotubos um aditivo promissor para materiais múltiplos.
Dependendo da sua estrutura, os CNTS são distinguidos em nanotubos de carbono de paredes simples (SWNTs), nanotubos de carbono de paredes duplas (DWCNTs) e nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWNTs).
SWNTs são oco, longos tubos cilíndricos feitos a partir de uma parede de carbono um átomo de espessura. A folha atômica dos carbonos é arranjada em uma estrutura do favo de mel. Muitas vezes, eles são conceitualmente comparados com folhas enroladas de grafite de camada única ou grafeno.
DWCNTs são consiste em dois nanotubes de paredes simples, com um aninhado dentro do outro.
Os MWNTs são uma forma de CNT, onde vários nanotubos de carbono de paredes únicas são aninhados dentro um do outro. Desde que seu diâmetro varia entre 3 – 30 nm e como eles podem crescer vários cm de comprimento, sua relação de aspecto pode variar entre 10 e 10 milhões. Comparado às nanofibras do carbono, os MWNTs têm uma estrutura diferente da parede, um diâmetro exterior menor, e um interior oco. Comumente usado industrialmente disponível digitado de MWNTs são, por exemplo, Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100, e FutureCarbon CNT-MW.
Síntese de CNTs: Os CNTs podem ser produzidos por método de síntese à base de plasma ou método de evaporação de descarga de arco, método de ablação por laser, processo de síntese térmica, deposição de vapor químico (CVD) ou deposição de vapor químico com reforço de plasma.
Funcionalização de CNTs: Para melhorar as características dos nanotubos de carbono e torná-los assim mais adequados para uma aplicação específica, CNTs são muitas vezes funcionalizados, por exemplo, adicionando ácido carboxílico (-COOH) ou hidroxilo (-OH) grupos.

Aditivos de dispersão de CNT

A few solvents such as super acids, ionic liquids, and N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone are capable to prepare relatively high-concentration dispersions of CNTs, whilst the most common solvents for nanotubes, such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), and 1,2-dichrolobenzene, can disperse nanotubes only at very low concentrations (e.g., typically <0.02 wt% of single-walled CNTs). The most common dispersion agents are polyvinylpyrrolidone (PVP), Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate (SDBS), Triton 100, or Sodium Dodecyl Sulfonate (SDS).
Cresols are a group of industrial chemicals which can process CNTs at concentrations up to tens of weight percent, resulting in a continuous transition from dilute dispersions, thick pastes, and free-standing gels to an unprecedented playdough-like state, as the CNT loading increases. These states exhibit polymer-like rheological and viscoelastic properties, which are not attainable with other common solvents, suggesting that the nanotubes are indeed disaggregated and finely dispersed in cresols. Cresols can be removed after processing by heating or washing, without altering the surface of CNTs. [Chiou et al. 2018]

Aplicações de dispersões CNT

Para usar os benefícios de CNTs, eles devem ser dispersos em um líquido como um polímeros, CNTs uniformemente dispersos são usados para a fabricação de plásticos condutores, displays de cristal líquido, diodos emissores de luz orgânicos, telas sensíveis ao toque, displays flexíveis, células solares , tintas condutoras, materiais de controle estático, incluindo filmes, espumas, fibras e tecidos, revestimentos poliméricos e adesivos, compósitos poliméricos de alto desempenho com resistência mecânica e dureza excepcionais, fibras compostas de polímero/CNT, bem como materiais leves e antiestáticos.