Как диспергировать одностенные углеродные нанотрубки по отдельности
Одностенные углеродные нанотрубки (ОДНОСТЕННЫЕ или ОДНОСТЕННЫЕ) обладают уникальными характеристиками, но для их выражения они должны быть индивидуально диспергированы. Чтобы в полной мере использовать исключительные характеристики одностенных углеродных нанотрубок, пробирки должны быть распутаны наиболее полно. Одностенные наноуглеродные наночастицы, как и другие наночастицы, демонстрируют очень высокие силы притяжения, поэтому для надежной деагломерации и диспергирования необходим мощный и эффективный метод. В то время как обычные методы смешивания не обеспечивают необходимой интенсивности для распутывания одностенных углеродных нанотрубок без их повреждения, доказано, что ультразвук высокой мощности распутывает и диспергирует одностенные углеродные нанотрубки. Создаваемые ультразвуком кавитационные силы сдвига достаточно велики, чтобы преодолеть силы связывания, в то время как интенсивность ультразвука может быть точно отрегулирована, чтобы избежать повреждения одностенных углеродных нанотрубок.
Проблема:
Одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) отличаются от многостенных углеродных нанотрубок (МВНТ/СОУНТ) своими электрическими свойствами. Запрещенная зона одностенных углеродных нанотрубок может варьироваться от нуля до 2 эВ, а их электропроводность характеризуется металлическими или полупроводниковыми свойствами. Поскольку одностенные углеродные нанотрубки обладают высокой когезией, одним из основных препятствий при обработке одностенных углеродных нанотрубок является присущая им нерастворимость в органических растворителях или воде. Чтобы в полной мере использовать потенциал одностенных углеродных нанотрубок, необходим простой, надежный и масштабируемый процесс деагломерации труб. В частности, функционализация боковых стенок или открытых концов УНТ для создания подходящей границы между одностенными углеродными нанотрубками и органическим растворителем приводит только к частичному отслаиванию одностенных углеродных нанотрубок. Таким образом, одностенные углеродные нанотрубки в основном диспергируются в виде пучков, а не отдельных деагломерированных канатов. Если условия диспергирования будут слишком жесткими, одностенные углеродные нанотрубки будут укорочены до длины от 80 до 200 нм. Для большинства практических применений, т.е. для полупроводниковых или армирующих одностенных углеродных нанотрубок, эта длина слишком мала.

УИП2000HDT, мощный ультразвуковой аппарат мощностью 2 кВт для диспергирования одностенных углеродных нанотрубок.
Решение:
Ультразвуковая обработка является очень эффективным методом диспергирования и деагломерации углеродных нанотрубок, так как ультразвуковые волны ультразвука высокой интенсивности создают кавитацию в жидкостях. Звуковые волны, распространяющиеся в жидкой среде, приводят к чередованию циклов высокого давления (сжатие) и низкого давления (разрежение), скорость которых зависит от частоты. Во время цикла низкого давления ультразвуковые волны высокой интенсивности создают небольшие вакуумные пузырьки или пустоты в жидкости. Когда пузырьки достигают объема, при котором они больше не могут поглощать энергию, они сильно схлопываются во время цикла высокого давления. Это явление называется кавитацией. Во время имплозии локально достигаются очень высокие температуры (около 5 000 К) и давления (около 2 000 атм). Схлопывание кавитационного пузыря также приводит к образованию струй жидкости со скоростью до 280 м/с. Эти струи жидкости образуются в результате ультразвуковая кавитация, преодолевают силы связи между углеродными нанотрубками и, следовательно, нанотрубки деагломерируются. Мягкая, контролируемая ультразвуковая обработка является подходящим методом для создания стабилизированных поверхностно-активными веществами суспензий дисперсных одностенных углеродных нанотрубок большой длины. Для контролируемого производства одностенных углеродных нанотрубок ультразвуковые процессоры Hielscher позволяют работать с широким диапазоном наборов ультразвуковых параметров. Амплитуда ультразвука, давление жидкости и состав жидкости могут варьироваться в зависимости от конкретного материала и процесса. Это обеспечивает различные возможности регулировки, такие как
- Амплитуды сонотрода до 170 мкм
- давление жидкости до 10 бар
- расход жидкости до 15 л/мин (в зависимости от процесса)
- температура жидкости до 80 градусов Цельсия (другие температуры по запросу)
- вязкость материала до 100 000cp
Ультразвуковое оборудование
Hielscher предлагает высокую производительность ультразвуковые процессоры для созвучия каждого тома. Ультразвуковые устройства мощностью от 50 Вт до 16 000 Вт, которые могут быть объединены в кластеры, позволяют найти подходящий ультразвуковой прибор для каждого применения, как в лаборатории, так и в промышленности. Для сложной дисперсии нанотрубок рекомендуется непрерывная ультразвук. С помощью проточных ячеек Хильшера становится возможным диспергировать УНТ в жидкости повышенной вязкости, такие как полимеры, расплавы высокой вязкости и термопласты.
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Ультразвуковое диспергирование нанотрубок (УП400Ст)

Диспергирование УНТ с помощью лабораторного устройства Хильшера UP50H

Высокопроизводительный ультразвук! Ассортимент продукции Hielscher охватывает весь спектр от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов и настольных установок до полностью промышленных ультразвуковых систем.
Литература / Литература
- Cheng, Qiaohuan; Debnath, Sourabhi; Gregan, Elizabeth; Byrne, Hugh J. (2010): Ultrasound-Assisted SWNTs Dispersion: Effects of Sonication Parameters and Solvent Properties. The Journal of Physical Chemistry C, 114(19), 2010. 8821–8827.
- Tenent, Robert; Barnes, Teresa; Bergeson, Jeremy; Ferguson, Andrew; To, Bobby; Gedvilas, Lynn; Heben, Michael; Blackburn, Jeffrey (2009): Ultrasmooth, Large‐Area, High‐Uniformity, Conductive Transparent Single‐Walled‐Carbon‐Nanotube Films for Photovoltaics Produced by Ultrasonic Spraying. Advanced Materials. 21. 3210 – 3216.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
Факты, которые стоит знать
Ультразвуковые устройства часто называют зондовым ультразвуковым аппаратом, ультразвуковым гомогенизатором, звуковым лизером, ультразвуковым разрушителем, ультразвуковым измельчителем, соноразрывом, сонификатором, звуковым дисмембранатором, клеточным разрушителем, ультразвуковым диспергатором или растворителем. Различные термины являются результатом различных применений, которые могут быть выполнены с помощью ультразвуковой обработки.