CNT dispersate uniform prin ultrasonication
Pentru a exploata funcționalitățile excepționale ale nanotuburilor de carbon (CNT), acestea trebuie dispersate omogen.
Dispersoarele cu ultrasunete sunt cel mai comun instrument pentru distribuirea CNT în suspensii apoase și pe bază de solvenți.
Tehnologia de dispersare cu ultrasunete creează o energie de forfecare suficient de mare pentru a realiza o separare completă a CNT fără a le deteriora.
Dispersarea cu ultrasunete a nanotuburilor de carbon
Nanotuburile de carbon (CNT) au un raport de aspect foarte ridicat și prezintă o densitate scăzută, precum și o suprafață enormă (câteva sute m2 / g), ceea ce le conferă proprietăți unice, cum ar fi rezistența foarte mare la tracțiune, rigiditatea și duritatea și o conductivitate electrică și termică foarte ridicată. Datorită forțelor Van der Waals, care atrag nanotuburile unice de carbon (CNT) între ele, CNT-urile se aranjează normal în mănunchiuri sau jurubițe. Aceste forțe intermoleculare de atracție se bazează pe un fenomen de stivuire a legăturilor π între nanotuburile adiacente, cunoscut sub numele de π-stacking. Pentru a beneficia pe deplin de nanotuburile de carbon, aceste aglomerate trebuie să fie separate și CNT-urile trebuie distribuite uniform într-o dispersie omogenă. Ultrasonication intensă creează cavitație acustică în lichide. Tensiunea locală de forfecare astfel generată rupe agregatele CNT și le dispersează uniform într-o suspensie omogenă. Tehnologia de dispersare cu ultrasunete creează o energie de forfecare suficient de mare pentru a realiza o separare completă a CNT fără a le deteriora. Chiar și pentru SWNT-uri sensibile sonicare este aplicat cu succes pentru a le dezlega individual. Ultrasonication oferă doar un nivel suficient de stres pentru a separa agregatele SWNT fără a provoca multe fracturi nanotuburilor individuale (Huang, Terentjev 2012).
- CNT-uri monodispersate
- Distribuție omogenă
- Eficiență ridicată a dispersiei
- Încărcări CNT mari
- Fără degradare CNT
- Procesare rapidă
- Control precis al procesului
UIP2000hdT – 2kW ultrasonicator puternic pentru dispersii CNT
Sisteme cu ultrasunete de înaltă performanță pentru dispersii CNT
Hielscher Ultrasonics furnizează echipamente cu ultrasunete puternice și fiabile pentru dispersia eficientă a CNT-urilor. Dacă trebuie să pregătiți probe mici CNT pentru analiză și R&D sau trebuie să fabricați loturi industriale mari de dispersii în vrac, gama de produse Hielscher oferă sistemul cu ultrasunete ideal pentru cerințele dumneavoastră. Din 50W ultrasonicators pentru laborator până la 16kW unități industriale cu ultrasunete pentru fabricarea comercială, Hielscher Ultrasonics te-a acoperit.
Pentru a produce dispersii de nanotuburi de carbon de înaltă calitate, parametrii procesului trebuie să fie bine controlați. Amplitudinea, temperatura, presiunea și timpul de retenție sunt cei mai critici parametri pentru o distribuție CNT uniformă. Ultrasonicators Hielscher nu numai că permit controlul precis al fiecărui parametru, toți parametrii procesului sunt înregistrate automat pe cardul SD integrat al sistemelor digitale cu ultrasunete Hielscher. Protocolul fiecărui proces de sonicare ajută la asigurarea rezultatelor reproductibile și a calității consecvente. Prin intermediul controlului de la distanță al browserului, utilizatorul poate opera și monitoriza dispozitivul cu ultrasunete, fără a fi pe locația sistemului cu ultrasunete.
Deoarece nanotuburile de carbon cu pereți unici (SWNT) și nanotuburile de carbon cu pereți multipli (MWNT), precum și mediul apos sau solvent selectat necesită intensități specifice de procesare, amplitudinea cu ultrasunete este un factor cheie atunci când vine vorba de produsul final. Hielscher Ultrasonics’ Procesoarele industriale cu ultrasunete pot livra amplitudini foarte mari, precum și foarte ușoare. Stabiliți amplitudinea ideală pentru cerințele procesului dvs. Chiar și amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile. Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la grele și în medii solicitante.
Clienții noștri sunt mulțumiți de robustețea remarcabilă și fiabilitatea sistemelor Hielscher cu ultrasunete. Instalarea în domenii cu aplicații grele, medii solicitante și funcționare 24/7 asigură o prelucrare eficientă și economică. Intensificarea procesului cu ultrasunete reduce timpul de procesare și obține rezultate mai bune, adică o calitate superioară, randamente mai mari, produse inovatoare.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 00,5 până la 1,5 ml | n.a. | VialTweeter |
| 1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contactează-ne! / Întreabă-ne!
Procesoare cu ultrasunete de mare putere de la laborator la pilot și scară industrială.
Literatură / Referințe
- 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.
Fapte care merită știute
Nanotuburi de carbon
Nanotuburile de carbon (CNT) fac parte dintr-o clasă specială de materiale de carbon unidimensionale, prezentând proprietăți mecanice, electrice, termice și optice excepționale. Acestea reprezintă o componentă majoră utilizată în dezvoltarea și producția de nanomateriale avansate, cum ar fi nanocompozitele, polimerii ranforsați etc. și, prin urmare, sunt utilizate în tehnologii de ultimă generație. CNT-urile prezintă o rezistență foarte mare la tracțiune, proprietăți superioare de transfer termic, goluri de bandă redusă și stabilitate chimică și fizică optimă, ceea ce face din nanotuburi un aditiv promițător pentru materiale multiple.
În funcție de structura lor, CNTS se disting în nanotuburi de carbon cu pereți unici (SWNT), nanotuburi de carbon cu pereți dubli (DWCNT) și nanotuburi de carbon cu pereți multipli (MWNT).
SWNT-urile sunt tuburi cilindrice goale, lungi, realizate dintr-un perete de carbon gros de un atom. Foaia atomică de carboni este aranjată într-o rețea de fagure. Adesea, ele sunt comparate conceptual cu foile laminate din grafit sau grafen cu un singur strat.
DWCNT-urile sunt formate din două nanotuburi cu un singur perete, unul fiind imbricat în celălalt.
MWNT-urile sunt o formă CNT, în care mai multe nanotuburi de carbon cu pereți unici sunt imbricate unul în interiorul celuilalt. Deoarece diametrul lor variază între 3-30 nm și deoarece pot crește câțiva cm lungime, raportul lor de aspect poate varia între 10 și zece milioane. În comparație cu nanofibrele de carbon, MWNT-urile au o structură diferită a peretelui, un diametru exterior mai mic și un interior gol. Utilizate în mod obișnuit disponibile industrial, tipizate de MWNT-uri sunt, de exemplu, Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 și FutureCarbon CNT-MW.
Sinteza CNT-urilor: CNT-urile pot fi produse prin metoda de sinteză pe bază de plasmă sau prin metoda de evaporare cu descărcare în arc, metoda de ablație cu laser, procesul de sinteză termică, depunerea chimică de vapori (CVD) sau depunerea chimică îmbunătățită cu vapori cu plasmă.
Functionalizarea CNT-urilor: Pentru a îmbunătăți caracteristicile nanotuburilor de carbon și pentru a le face astfel mai potrivite pentru o aplicație specifică, CNT-urile sunt adesea funcționalizate, de exemplu prin adăugarea de grupări acid carboxilic (-COOH) sau hidroxil (-OH).
Aditivi de dispersie CNT
Câțiva solvenți, cum ar fi superacizii, lichidele ionice și N-ciclohexil-2-pirolidnona sunt capabili să pregătească dispersii cu concentrație relativ ridicată de CNT, în timp ce cei mai obișnuiți solvenți pentru nanotuburi, cum ar fi N-metil-2-pirolidona (NMP), dimetilformamida (DMF) și 1,2-dichrolobenzenul, pot dispersa nanotuburile numai la concentrații foarte scăzute (de exemplu, de obicei <0.02 wt% din CNT-urile cu un singur perete). Cei mai obișnuiți agenți de dispersie sunt polivinilpirolidona (PVP), dodecil benzensulfonatul de sodiu (SDBS), Triton 100 sau dodecil sulfonatul de sodiu (SDS).
Crezolii sunt un grup de substanțe chimice industriale care pot procesa CNT la concentrații de până la zeci de procente de greutate, rezultând o tranziție continuă de la dispersii diluate, paste groase și geluri de sine stătătoare la o stare fără precedent, asemănătoare aluatului de joacă, pe măsură ce încărcarea CNT crește. Aceste stări prezintă proprietăți reologice și vâscoelastice asemănătoare polimerilor, care nu pot fi atinse cu alți solvenți obișnuiți, sugerând că nanotuburile sunt într-adevăr dezagregate și fin dispersate în criscoli. Cresolii pot fi îndepărtați după prelucrare prin încălzire sau spălare, fără a modifica suprafața CNT-urilor. [Chiou și colab. 2018]
Aplicații ale dispersiilor CNT
Pentru a utiliza beneficiile CNT-urilor, acestea trebuie dispersate într-un lichid, cum ar fi polimerii, CNT-urile dispersate uniform sunt utilizate pentru fabricarea materialelor plastice conductoare, a afișajelor cu cristale lichide, a diodelor organice emițătoare de lumină, a ecranelor tactile, a afișajelor flexibile, a celulelor solare, a cernelurilor conductoare, a materialelor de control static, inclusiv a filmelor, a spumei, a fibrelor și a țesăturilor, a acoperirilor polimerice și a adezivilor, a compozitelor polimerice de înaltă performanță cu rezistență mecanică și duritate excepționale, fibre compozite polimerice/CNT, precum și materiale ușoare și antistatice.