Dispersarea cu ultrasunete a nanotuburilor de carbon (CNT)

Nanotuburile de carbon sunt puternice și flexibile, dar foarte coezive. Ele sunt dificil de dispersat în lichide, cum ar fi apă, etanol, ulei, polimer sau rășină epoxidică. Ecografia este o metodă eficientă de a obține discret – o singură dispersie – nanotuburi de carbon.

Nanotuburile de carbon (CNT) sunt utilizate în adezivi, acoperiri și polimeri și ca umpluturi conductive electric în materiale plastice pentru a disipa sarcinile statice în echipamentele electrice și în panourile de caroserie auto vopsite electrostatic. Prin utilizarea nanotuburilor, polimerii pot fi făcuți mai rezistenți la temperaturi, substanțe chimice dure, medii corozive, presiuni extreme și abraziune. Există două categorii de nanotuburi de carbon: nanotuburi cu un singur perete (SWNT) și nanotuburi cu pereți multipli (MWNT).

Nanotuburile de carbon sunt disponibile în general ca material uscat, de exemplu de la companii, cum ar fi Cercetare SES sau CNT Co., Ltd. Este necesar un proces simplu, fiabil și scalabil de dezaglomerare, pentru a utiliza nanotuburile la potențialul lor maxim. Pentru lichide de până la 100.000cP ecografia este o tehnologie foarte eficientă pentru dispersarea nanotuburilor în apă, ulei sau polimeri la concentrații mici sau mari. Fluxurile de jet de lichid rezultate din: Cavitație cu ultrasunete, să depășească forțele de legătură dintre nanotuburi și să separe tuburile. Datorită forțelor de forfecare generate ultrasonically și micro turbulențe ultrasunete poate ajuta la acoperirea suprafeței și reacția chimică a nanotuburilor cu alte materiale, de asemenea.

În general, o dispersie grosieră nanotub este mai întâi preamestecată de un agitator standard și apoi omogenizat în reactorul cu celule de flux cu ultrasunete. Videoclipul de mai jos arată un studiu de laborator (sonicare lot folosind un UP400S) dispersând nanotuburi de carbon cu pereți multipli în apă la concentrație scăzută. Datorită naturii chimice a carbonului, comportamentul de dispersie al nanotuburilor în apă este destul de dificil. După cum se arată în videoclip, se poate demonstra cu ușurință că ultrasonication este capabil să disperseze nanotuburile în mod eficient.

Dispersia SWNT-urilor individuale de lungime mare

O problemă majoră pentru prelucrarea și manipularea SWNT este insolubilitatea inerentă a tuburilor în solvenții organici obișnuiți și în apă. Funcționalizarea peretelui lateral al nanotubului sau a capetelor deschise pentru a crea o interfață adecvată între SWNT și solvent duce în cea mai mare parte la exfolierea parțială a cablurilor SWNT, numai.
Ca rezultat, SWNT-urile sunt de obicei dispersate ca mănunchiuri, mai degrabă decât obiecte individuale complet izolate. Atunci când sunt utilizate condiții prea dure în timpul dispersiei, SWNT-urile sunt scurtate la lungimi cuprinse între 80 și 200nm. Deși acest lucru este util pentru anumite teste, această lungime este prea mică pentru majoritatea aplicațiilor practice, cum ar fi SWNT-urile semiconductoare sau de armare. Tratament controlat, ușor cu ultrasunete (de exemplu, prin UP200Ht cu sonotrode 40mm) este o procedură eficientă pentru prepararea dispersiilor apoase ale SWNT-urilor individuale lungi. Secvențele de ultrasonication ușoară minimizează scurtarea și permit conservarea maximă a proprietăților structurale și electronice.

Purificarea SWNT prin ultrasonication asistat de polimer

Este dificil să se studieze modificarea chimică a SWNT la nivel molecular, deoarece este dificil să se obțină SWNT-uri pure. Pe măsură ce SWNT-urile crescute conțin multe impurități, cum ar fi particule metalice și carboni amorfi. Ultrasonication de SWNTs într-o soluție de monoclorbenzen (MCB) de poli(metacrilat de metil) PMMA urmată de filtrare este o modalitate eficientă de a purifica SWNTs. Această metodă de purificare asistată de polimeri permite îndepărtarea eficientă a impurităților din SWNT-urile cultivate. (Yudasaka și colab.) Controlul precis al amplitudinii ultrasonication permite limitarea daunelor la SWNTs.

Hielscher lui gamă largă de dispozitive cu ultrasunete și accesorii pentru dispersarea eficientă a nanotuburilor.

• Aparate de laborator compacte de până la 400 wați putere cu ultrasunete pentru dispersarea în volume mai mici de până la 2 litri
• UIP500hdT, UIP1000hdT și UIP1500hdT sunt procesoare cu ultrasunete care pot procesa volume mai mari.
• Sisteme cu ultrasunete de 2kW (UIP2000hdT) și 4kW (UIP4000hdT) poate fi utilizat pentru dispersarea la scară de producție a nanotuburilor de carbon. Cel UIP10000 (10 kilowați) și UIP16000 (16 kilowati) poate fi utilizat în grupuri de mai multe unități individuale pentru prelucrarea pe scară largă a nanotuburilor de carbon.”

Literatură

• Koshio, A., Yudasaka, M., Zhang, M., Iijima, S. (2001): A Simple Way to Chemically React Single-Wall Crabon Nanotubes with Organic Materials Using Ultrasonication; in Nano Letters, Vol. 1, No. 7, 2001, p. 361-363.
• Yudasaka, M., Zhang, M., Jabs, C. et al. (2000): Effect of an organic polymer in purification and cutting of single-wall carbon nanotubes. Appl Phys A 71, 449–451 (2000).
• Paredes, J. I., Burghard, M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length, in: Langmuir, Vol. 20, No. 12, 2004, 5149-5152, American Chemical Society.