Cum se dispersează individual nanotuburile de carbon cu pereți unici

Nanotuburile de carbon cu pereți unici (SWNT sau SWCNT) au caracteristici unice, dar pentru a le exprima trebuie să fie dispersate individual. Pentru a utiliza pe deplin caracteristicile excepționale ale nanotuburilor de carbon cu pereți unici, tuburile trebuie să fie descurcate cât mai complet. SWNT, ca și alte nanoparticule, prezintă forțe de atracție foarte mari, astfel încât este necesară o tehnică puternică și eficientă pentru o dezaglomerare și dispersie fiabilă. În timp ce tehnicile comune de amestecare nu oferă intensitatea necesară pentru a descurca SWNTs fără a le deteriora, ultrasonics de mare putere este dovedit a descurca și dispersa SWCNTs. Ultrasonically generate cavitaționale forțele de forfecare sunt suficient de puternice pentru a depăși forțele de legătură, în timp ce intensitatea cu ultrasunete poate fi ajustată cu precizie pentru a evita deteriorarea SWCNTs.

Problemă:

Nanotuburile de carbon cu pereți unici (SWCNT) diferă de nanotuburile de carbon cu pereți multipli (MWNT / MWCNT) prin proprietățile lor electrice. Decalajul de bandă al SWCNT-urilor poate varia de la zero la 2 eV, iar conductivitatea lor electrică prezintă un comportament metalic sau semiconductor. Deoarece nanotuburile de carbon cu pereți unici sunt foarte coezive, unul dintre obstacolele majore în prelucrarea SWCNT este insolubilitatea inerentă a tuburilor în solvenți organici sau în apă. Pentru a utiliza întregul potențial al SWCNT, este necesar un proces simplu, fiabil și scalabil de dezaglomerare a tuburilor. În special, funcționalizarea pereților laterali CNT sau a capetelor deschise pentru a crea o interfață adecvată între SWCNTs și solventul organic are ca rezultat doar exfolierea parțială a SWCNTs. Prin urmare, SWCNT sunt în cea mai mare parte dispersate sub formă de fascicule, mai degrabă decât sub formă de frânghii individuale deaglomerate. Dacă starea în timpul dispersiei este prea dură, SWCNT-urile vor fi scurtate la lungimi cuprinse între 80 și 200nm. Pentru majoritatea aplicațiilor practice, și anume pentru SWCNT-urile semiconductoare sau de armare, această lungime este prea mică.

Soluție:

Ultrasonication este o metodă foarte eficientă de dispersare și dezaglomerare a nanotuburilor de carbon, deoarece undele ultrasonice de ultrasunete de înaltă intensitate generează cavitație în lichide. Undele sonore propagate în mediul lichid au ca rezultat cicluri alternative de înaltă presiune (compresie) și joasă presiune (rarefiere), cu rate în funcție de frecvență. În timpul ciclului de joasă presiune, undele ultrasonice de înaltă intensitate creează bule mici de vid sau goluri în lichid. Când bulele ating un volum la care nu mai pot absorbi energie, ele se prăbușesc violent în timpul unui ciclu de înaltă presiune. Acest fenomen se numește cavitație. În timpul imploziei, temperaturile foarte ridicate (aprox. 5.000K) și presiunile (aprox. 2.000atm) sunt atinse local. Implozia bulei de cavitație are ca rezultat, de asemenea, jeturi lichide cu o viteză de până la 280 m / s. Aceste fluxuri de jet de lichid rezultate din Cavitație cu ultrasunete, depășesc forțele de legătură dintre nanotuburile de carbon și, prin urmare, nanotuburile devin dezaglomerate. Un tratament cu ultrasunete ușor, controlat este o metodă adecvată pentru a crea suspensii stabilizate cu agent tensioactiv de SWCNT-uri dispersate cu lungime mare. Pentru producția controlată de SWCNTs, procesoarele cu ultrasunete Hielscher permite rularea la o gamă largă de seturi de parametri cu ultrasunete. Amplitudinea cu ultrasunete, presiunea lichidului și compoziția lichidului pot fi variate respectiv la materialul și procesul specific. Acest lucru oferă posibilități variabile de ajustare, cum ar fi

• Sonotrode amplitudini de până la 170 microni
• presiuni ale lichidului de până la 10 bari
• debite de lichid de până la 15L/min (în funcție de proces)
• temperaturi ale lichidului de până la 80 °C (alte temperaturi la cerere)
• Vâscozitate a materialului de până la 100.000cp

 

În plus, ultrasonication ca metodă de purificare asistată de polimeri permite eliminarea impurităților din SWCNT-uri crescute, în mod eficient. Este dificil să se studieze modificarea chimică a SWCNT-urilor la nivel molecular, deoarece este dificil să se obțină SWNT-uri pure. SWCNT-urile cultivate conțin multe impurități, cum ar fi particule metalice și carboni amorfi. Ultrasonication de SWCNTs într-o soluție de monoclorbenzen (MCB) de poli(metacrilat de metil) PMMA urmată de filtrare este o modalitate eficientă de a purifica SWCNTs. Această metodă de purificare asistată de polimeri permite îndepărtarea eficientă a impurităților din SWCNT-urile cultivate. Controlul precis al amplitudinii ultrasonication permite evitarea sau limitarea deteriorării SWCNTs.

Echipamente cu ultrasunete

Hielscher oferă performanțe ridicate procesoare cu ultrasunete pentru sonicarea fiecărui volum. Dispozitivele cu ultrasunete de la 50 wați până la 16.000 wați, care ar putea fi înființate în clustere, permit găsirea ultrasunetelor adecvate pentru fiecare aplicație, atât în laborator, cât și în industrie. Pentru dispersia sofisticată a nanotuburilor, se recomandă o sonicare continuă. Folosind celulele de flux Hielscher, devine posibilă dispersarea CNT în lichide cu vâscozitate ridicată, cum ar fi polimeri, topituri cu vâscozitate ridicată și termoplastice.

Faceți clic aici pentru a citi mai multe despre dispersia și modificarea nanotuburilor prin ultrasunete de mare putere!