Nanotuburile de carbon cu un singur cărbune (SWNT sau SWCNT) au caracteristici unice, dar pentru a le exprima, ele trebuie să fie dispersate individual. Pentru a utiliza pe deplin caracteristicile excepționale ale nanotuburilor de carbon cu pereți unici, tuburile trebuie să fie detanglate cel mai complet. SWNT-urile ca și alte nanoparticule prezintă forțe de atragere foarte mari, astfel încât este necesară o tehnică puternică și eficientă pentru o deagglomerare și dispersie fiabile. Deși tehnicile comune de amestecare nu furnizează intensitatea necesară pentru deturnarea SWNT-urilor fără a le deteriora, ultrasonicele de mare putere se dovedesc a distruge și dispersa SWCNT-urile. Forțele de forfecare cavitaționale generate cu ultrasunete sunt suficient de puternice pentru a depăși forțele de legare, în timp ce intensitatea ultrasunetelor poate fi ajustată cu exactitate pentru a evita deteriorarea SWCNT-urilor.

Problemă:

Nanotuburile cu carbon cu o singură cavitate (SWCNT) diferă de Nanotuburile cu Carbon Multi-Walled Carbon (MWNTs / MWCNTs) prin proprietățile lor electrice. Diferența de bandă a SWCNT poate varia de la zero la 2 eV, iar conductivitatea electrică are comportament metalic sau semiconductor. Deoarece nanotuburile carbonice monocomponente sunt foarte coezive, unul dintre obstacolele majore în procesarea SWCNT-urilor este insolubilitatea inerentă a tuburilor în solvenți organici sau în apă. Pentru a utiliza întregul potențial al SWCNT-urilor, este nevoie de un proces de dezaglomerare simplu, fiabil și scalabil al tuburilor. Mai mult, funcționalizarea pereților laterali CNT sau a capetelor deschise pentru a crea o interfață adecvată între SWCNT-uri și solventul organic are ca rezultat doar o exfoliere parțială a SWCNT-urilor. Prin urmare, SWCNT-urile sunt dispersate în majoritate ca legături, mai degrabă decât frânghiile individuale deaglomerate. Dacă condiția în timpul dispersiei este prea aspiratoare, SWCNT-urile vor fi scurtate până la lungimi între 80 și 200nm. Pentru majoritatea aplicațiilor practice, adică pentru SWCNT-uri semiconductoare sau armate, această lungime este prea mică.

Soluţie:

Ultrasonicarea este o metodă foarte eficientă de dispersare și dezaglomerare a nanotuburilor de carbon, deoarece undele ultrasonice de ultrasunete de mare intensitate generează cavitație în lichide. Undele sonore propagate în mediul lichid au ca rezultat alternarea ciclurilor de presiune înaltă (compresiune) și presiune joasă (rarefaction), cu rate în funcție de frecvență. În timpul ciclului de joasă presiune, undele ultrasonice de mare intensitate creează bule mici de vid sau goluri în lichid. Când bulele ating un volum la care nu mai pot absorbi energia, ele se prăbușesc violent în timpul unui ciclu de înaltă presiune. Acest fenomen este numit cavitație. În timpul implosirii se ating temperaturi foarte ridicate (circa 5.000 K) și presiuni (aproximativ 2000 mc). Implozia balonului de cavitație are ca rezultat și jeturi lichide de viteză de până la 280 m / s. Aceste fluxuri de jet de lichid rezultate din cavitatie cu ultrasunete, A depăși forțele de unire dintre nanotuburi de carbon și, prin urmare, nanotuburi devin deaglomerat. Un tratament cu ultrasunete ușoară, controlată este o metodă adecvată pentru a crea suspensii stabilizate tensioactiv SWCNTs dispersate cu lungime ridicată. Pentru producția controlată de SWCNTs, procesoare cu ultrasunete Hielscher lui permite rularea la o gamă largă de seturi de parametri cu ultrasunete. Amplitudinea cu ultrasunete, presiunea lichidului și compoziția lichidă poate fi variată, respectiv la materialul și procesul specific. Acest lucru oferă posibilități variabile de ajustări, cum ar fi

• Amplitudinile sonotrod de până la 170 microni
• presiuni de lichid 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)
• vâscozității materialului de până la 100.000cp

 

Mai mult, ultrasonicare ca metodă de purificare asistata de polimer permite eliminarea impurităților din SWCNTs ca cultivate, în mod eficient. Este dificil de a studia modificarea chimică a SWCNTs la nivel molecular, deoarece este dificil să se obțină SWNTs puri. As-cultivate SWCNTs conțin multe impurități, cum ar fi particule de metal și carbon amorf. Ultrasonication de SWCNTs într-o soluție de monoclorbenzen (MCB) din poli (metacrilat de metil) PMMA, urmată de filtrare este un mod eficient de a purifica SWCNTs. Această metodă de purificare asistată de polimer permite îndepărtarea impurităților din SWCNTs ca cultivate eficient. Controlul precis al amplitudinii ultrasonication permite evitarea sau a limita deteriorarea SWCNTs.

Echipament cu ultrasunete

Hielscher oferă de înaltă performanță procesoare cu ultrasunete pentru sonicare fiecărui volum. Aparate ultrasonore de la 50 wați până la 16.000 de wați, care ar putea stabili în grupuri, permit găsirea corespunzătoare cu ultrasunete pentru fiecare aplicație, în laborator, cât și în industrie. Pentru dispersia sofisticată a nanotuburilor, se recomanda un tratament cu ultrasunete continuu. Folosind celule de debit Hielscher lui, devine posibil să se disperseze CNTs în lichide cu vâscozitate ridicată, cum ar fi polimeri, topituri cu viscozitate ridicată și termoplaste.

Click aici pentru a citi mai multe despre dispersia si modificarea nanotuburi de ultrasunete de mare putere!