Одностенные углеродные нанотрубки (SWNT или SWCNT) имеют уникальные характеристики, но, чтобы выразить их, они должны быть индивидуально разогнаны. Чтобы в полной мере использовать исключительные характеристики одностенных углеродных нанотрубок, трубы должны быть полностью распущены. ОСНТ, как и другие наночастицы, демонстрируют очень высокие силы притяжения, поэтому для надежной деагломерации и дисперсии необходим мощный и эффективный метод. Хотя общие методы смешивания не обеспечивают интенсивность, необходимую для раскручивания SWNT без их повреждения, высокопроизводительный ультразвук, как оказалось, распутывает и рассеивает ОУНТ. Ультразвуковые кавитационные сдвиговые силы достаточно мощны, чтобы преодолеть силы сцепления, в то время как интенсивность ультразвука можно точно отрегулировать, чтобы избежать повреждения ОУНТ.

Проблема:

Одностенные углеродные нанотрубки (SWCNT) отличаются от многослойных углеродных нанотрубок (MWNTs / MWCNT) их электрическими свойствами. Зазор между полосами ОУНТ может варьироваться от нуля до 2 эВ, а их электропроводность характеризуется металлическим или полупроводниковым поведением. Поскольку однослойные углеродные нанотрубки являются высокосвязанными, одним из основных препятствий в обработке ОУНТ является присущая нерастворимость труб в органических растворителях или воде. Чтобы использовать весь потенциал ОУНТ, необходим простой, надежный и масштабируемый процесс дезагломерации труб. В частности, функционализация боковых стенок УНТ или открытых концов для создания подходящего интерфейса между ОУНТ и органическим растворителем приводит лишь к частичной эксфолиации ОУНТ. Поэтому ОУНТ в основном рассеиваются как пучки, а не отдельные деагломерированные канаты. Если условие во время дисперсии слишком суровое, SWCNT будут сокращены до длин от 80 до 200 нм. Для большинства практических применений, то есть для полупроводниковых или усиливающих ОУНТ, эта длина слишком мала.

Решение:

Ультразвук является очень эффективным методом диспергирования и деагломерации углеродных нанотрубок, поскольку ультразвуковые волны высокоинтенсивного ультразвука генерируют кавитацию в жидкостях. Звуковые волны, распространяющиеся в жидких средах, приводят к чередованию циклов высокого давления (сжатия) и низкого давления (разрежения) со скоростями, зависящими от частоты. Во время цикла низкого давления высокоинтенсивные ультразвуковые волны создают небольшие вакуумные пузырьки или пустоты в жидкости. Когда пузырьки достигают объема, при котором они больше не могут поглощать энергию, они сильно разваливаются во время цикла высокого давления. Это явление называют кавитацией. Во время имплозии очень высокие температуры (около 5000 К) и давления (около 2000 атм) достигаются локально. Имплозия кавитационного пузырька также приводит к жидкостным струям со скоростью до 280 м / с. Эти жидкие струйные потоки, возникающие в результате Ультразвуковая кавитация, преодолевают силы сцепления между углеродными нанотрубками и, следовательно, нанотрубки становятся деагломерированными. Мягкая, контролируемая ультразвуковая обработка является подходящим методом для создания суспензий, стабилизированных сурфактантом, с диспергированными ОУНТ с большой длиной. Для контролируемой продукции SWCNT, ультразвуковые процессоры Hielscher позволяют работать в широком диапазоне наборов ультразвуковых параметров. Ультразвуковая амплитуда, давление жидкости и жидкая композиция могут быть изменены соответственно конкретному материалу и процессу. Это предлагает переменные возможности настройки, такие как

• амплитуды сонотрода до 170 микрон
• давление жидкости до 10 бар
• скорость потока жидкости до 15 л / мин (в зависимости от процесса)
• температура жидкости до 80 ° С (другие температуры по запросу)
• вязкость материала до 100 000 ч.

 

Кроме того, ультразвуковое исследование в качестве способа очистки с помощью полимера позволяет эффективно удалять примеси из выращиваемых ОУНТ. Трудно изучать химическую модификацию ОУНТ на молекулярном уровне, поскольку трудно получить чистые ОСНТ. В выращенных ОУНТ содержится много примесей, таких как частицы металлов и аморфные атомы углерода. Ультразвук ОУНТ в растворе полиметилметакрилата (МЦМ) монохлорбензола (МСБ) с последующей фильтрацией является эффективным способом очистки ОУНТ. Этот способ очистки с помощью полимера позволяет эффективно удалять примеси из выращиваемых ОУНТ. Точный контроль амплитуды ультразвука позволяет избежать или ограничить повреждение ОУНТ.

Ультразвуковое оборудование

Hielscher предлагает высокую производительность ультразвуковые процессоры для обработки звука каждого тома. Ультразвуковые приборы мощностью от 50 Вт до 16 000 Вт, которые могут быть установлены в кластерах, позволяют находить подходящий ультразвук для каждого приложения, как в лаборатории, так и в промышленности. Для сложной дисперсии нанотрубок рекомендуется непрерывная обработка ультразвуком. Используя проточные ячейки Hielscher, становится возможным рассеивать УНТ в жидкости с повышенной вязкостью, такие как полимеры, расплавы с высокой вязкостью и термопласты.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше о дисперсии и модификации нанотрубок мощным ультразвуком!