O dispersie uniformă a CNTs în cerneluri imprimabile 3D poate spori proprietățile cernelii și poate permite noi aplicații în diverse domenii. Ultrasonication de tip sondă este o tehnică de dispersie extrem de fiabilă pentru a produce nanosuspensii stabile de CNTs în polimeri.

Dispersie CNT eficientă și stabilă în polimeri datorită Sonicare

Nanotuburile de carbon (CNTs) sunt adesea dispersate în uleiuri de siliciu pentru diverse aplicații datorită proprietăților lor unice. Dispersia CNTs în uleiuri de siliciu poate îmbunătăți proprietățile mecanice, termice și electrice ale materialelor rezultate. O astfel de aplicație este fabricarea polimerilor dopați cu CNT pentru cerneluri conductoare imprimabile 3D, de exemplu, pentru fabricarea aditivului pe bază de bio a senzorilor tactili purtabili, a schelelor de regenerare a țesuturilor specifice pacientului și a electrozilor ECG și EEG flexibili.
În plus, CNT-urile dispersate în uleiuri de siliciu pot fi utilizate ca cerneluri conductoare în dispozitivele electronice, cum ar fi afișajele flexibile și senzorii. CNT-urile acționează ca căi conductoare, permițând fluxul de curent electric.

Avantajele dispersiei cu ultrasunete CNT / polimer

Ultrasonication este o tehnică de dispersie foarte eficientă, care vine cu mai multe beneficii. Avantajele dispersării cu ultrasunete a nanotuburilor de carbon (CNTs) în polimeri includ:

Protocolul general pentru producția cu ultrasunete de compozite CNT / PDMS

Ultrasonication este utilizat pentru dispersia a numeroase materiale de dimensiuni nano în polimeri. O aplicație specifică și frecvent utilizată este dispersia nanotuburilor de carbon (CNTs) în dimetilpolislysiloxane (PDMS) folosind sonicare de tip sondă. Pentru a dispersa CNTs în matricea PDMS, ultrasunetele de putere și efectele rezultate ale cavitației acustice sunt utilizate pentru a detangle nanotuburile și a le amesteca uniform într-o nanosuspensie. Sonicare de tip sondă este o metodă puternică pentru dispersarea CNTs datorită capacității sale de a genera forțe de cavitație intensă, care pot rupe în mod eficient și dispersa CNTs aglomerate.
Dispersarea cu ultrasunete este un pas simplu de procesare care nu necesită pre- sau post-tratament specific. Echipamentul cu ultrasunete în sine este sigur și ușor de operat.
Procesul de dispersie folosind sonicare de tip sondă implică de obicei următorii pași:

1. Prepararea amestecului CNT-PDMS: O cantitate predeterminată de CNTs se adaugă la matricea PDMS și sunt pre-amestecate folosind agitator mecanic. Interesant, prin pre-dispersarea CNTs într-un solvent conductivitatea electrică ar putea fi crescută. Cele mai bune rezultate sunt obținute prin tetrahidrofuran (THF), acetonă sau cloroform (sortate după cele mai bune rezultate).
2. Sonicare de tip sondă: Amestecul este supus sonicare de tip sondă folosind o sondă cu ultrasunete de mare intensitate care generează unde cu ultrasunete cu o frecvență de obicei de aproximativ 20 kHz. În funcție de volumul și formularea, Sonicare se efectuează de obicei timp de câteva minute pentru a asigura dispersia completă a CNTs.
3. Monitorizarea dispersiei: Dispersia CNTs este monitorizată folosind tehnici cum ar fi microscopia electronică de scanare (SEM), microscopia electronică de transmisie (TEM) sau spectroscopia UV-Vis. Aceste tehnici pot fi utilizate pentru a vizualiza distribuția CNT-urilor în matricea PDMS și pentru a se asigura că CNT-urile sunt dispersate uniform.

În rezumat, sonicare de tip sondă este o metodă puternică pentru dispersarea CNTs în polimeri, cum ar fi PDMS datorită capacității sale de a genera forțe de cavitație intensă, care pot rupe în mod eficient și dispersa CNTs aglomerate.

Studii de caz de fabricare cu ultrasunete de compozite CNT / polimer

Dispersia nanotuburilor și a altor nanomateriale pe bază de carbon folosind ultrasonication de tip sondă a fost intens cercetată și a fost ulterior implementată în producția industrială. Mai jos, vă prezentăm câteva studii de cercetare, care demonstrează eficiența excepțională a dispersiei nanotuburilor cu ultrasunete.

Dispersia cu ultrasunete a CNTs în PDMS pentru senzori purtabile

Del Bosque et al. (2022) a comparat frezarea și sonicarea cu trei role pentru eficacitatea dispersiei CNT. Analiza procedurii de dispersie a nanoparticulelor în matricea polimerică arată că tehnica ultrasonication oferă o sensibilitate electrică mai mare în comparație cu frezarea cu trei role datorită omogenității mai mari a distribuției CNT induse de forțele de cavitație. Testarea diferitelor încărcări CNT, pragul de percolare al sistemului CNT-PDMS, adică conținutul critic de CNT în care devine conductiv electric, s-a dovedit a fi de 0,4 wt% CNT. Nanotuburi de carbon multi-perete (MWCNTs) au fost dispersate prin ultrasonication folosind ultrasonicator Hielscher UP400ST (a se vedea imaginea din stânga) la 0.5 cicluri de puls și 50 % amplitudine pentru 2h. Efectele dispersării cu ultrasunete pe parcursul timpului sonicare sunt prezentate în imaginea de mai jos.
Pe baza acestei analize, condițiile optime pentru fabricarea senzorilor purtabili au fost selectate ca 0,4 wt.% CNT prin intermediul unui proces de sonicare. În acest sens, o analiză a răspunsului electric în ciclurile de încărcare consecutive a arătat o robustețe ridicată a senzorilor dezvoltați, fără nici o prezență de deteriorare la 2%, 5% și 10% tulpină, ceea ce face ca acești senzori să fie fiabili pentru monitorizarea tensiunii medii.

Dispersia cu ultrasunete a MWCNTs în PDMS folosind ultrasonicator UP400St la diferite momente sonicare.
(Studiu și imagine: ©del Bosque et al., 2022)

Echipamente de dispersie cu ultrasunete de înaltă performanță pentru nanocompozite CNT / polimer

Hielscher Ultrasonics producătorii de sonde cu ultrasunete de mare putere pentru aplicații solicitante de dispersie în laborator, banc-top și industrie. Hielscher Ultrasonics dispersoare oferi omogenizarea eficientă și precisă și dispersia nanomaterialelor în solvenți, polimeri și compozite.
Cu tehnologia lor avansată cu ultrasunete, aceste dispersoare oferă o soluție rapidă și ușoară pentru realizarea distribuției uniforme a dimensiunii particulelor, dispersii stabile și / sau funcționalizarea nanoparticulelor.
Prin reducerea timpului de procesare și minimizarea consumului de energie, dispersoarele de sondă cu ultrasunete pot îmbunătăți productivitatea și pot reduce costurile operaționale pentru întreprinderile dintr-o varietate de industrii.
Hielscher ultrasonicators poate fi, de asemenea, personalizate pentru a se potrivi cerințelor specifice, cu opțiuni pentru o serie de dimensiuni de sondă, coarne de rapel, niveluri de putere, și celule de flux, făcându-le versatil și adaptabil la diverse nano-formulări și volume.
În general, dispersoarele de sondă cu ultrasunete sunt o investiție excelentă pentru laboratoarele și industriile care doresc să-și optimizeze fluxurile de lucru de prelucrare a nanomaterialelor și să obțină rezultate consecvente și fiabile.

Proiectare, Productie si Consultanta – Calitate fabricată în Germania

Ultrasonicators Hielscher sunt bine-cunoscute pentru cele mai înalte standarde de calitate și design. Robustețea și funcționarea ușoară permit integrarea fără probleme a ultrasonicators noastre în instalații industriale. Condiții dure și medii solicitante sunt manipulate în mod fiabil de ultrasonicators Hielscher.

Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și a pus un accent special pe ultrasonicators de înaltă performanță featuring tehnologie de ultimă oră și ușurința în utilizare. Desigur, ultrasonicators Hielscher sunt conforme cu CE și îndeplinesc cerințele ul, CSA și RoHs.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre: