Ультразвуковое диспергирование углеродных нанотрубок (УНТ)

Углеродные нанотрубки прочные и гибкие, но очень связные. Они с трудом диспергируются в жидкостях, таких как вода, этанол, масло, полимер или эпоксидная смола. УЗИ является эффективным методом для получения дискретных – однодисперсный – углеродные нанотрубки.

Углеродные нанотрубки (УНТ) используются в клеях, покрытиях и полимерах, а также в качестве электропроводящих наполнителей в пластмассах для рассеивания статических зарядов в электрооборудовании и в электростатически окрашиваемых панелях автомобильных кузовов. Используя нанотрубки, полимеры можно сделать более устойчивыми к температурам, агрессивным химическим веществам, агрессивным средам, экстремальным давлениям и истиранию. Существует две категории углеродных нанотрубок: одностенные нанотрубки (SWNT) и многостенные нанотрубки (MWNT).

Углеродные нанотрубки обычно доступны в виде сухого материала, например, у таких компаний, как Исследования SES или CNT Co., Ltd. Необходим простой, надежный и масштабируемый процесс деагломерации, чтобы использовать нанотрубки в их максимальном потенциале. Для жидкостей с температурой до 100 000 сП ультразвук является очень эффективной технологией диспергирования нанотрубок в воде, масле или полимерах в низких или высоких концентрациях. Струи жидкости, возникающие в результате ультразвуковая кавитация, преодолевают силы связи между нанотрубками и разделяют трубки. Из-за создаваемых ультразвуком сил сдвига и микротурбулентностей ультразвук может помочь в нанесении поверхностного покрытия и химической реакции нанотрубок с другими материалами.

Как правило, грубая нанотрубка-дисперсия сначала смешивается с помощью стандартной мешалки, а затем гомогенизируется в ультразвуковом реакторе с проточной ячейкой. На видео ниже показано лабораторное испытание (пакетная ультразвуковая обработка с использованием УП400С), диспергирующие многостенные углеродные нанотрубки в воде в низкой концентрации. Из-за химической природы углерода диспергирующие свойства нанотрубок в воде довольно затруднены. Как показано на видео, можно легко продемонстрировать, что ультразвук способен эффективно диспергировать нанотрубки.

Диспергирование отдельных одностенных углеродных нанотрубок большой длины

Основной проблемой при обработке и манипулировании одностенными углеродными нанотрубками является присущая им нерастворимость в обычных органических растворителях и воде. Функционализация боковой стенки нанотрубки или открытых концов для создания соответствующего интерфейса между одностенными нанотрубками и растворителем в основном приводит только к частичному отслаиванию веревок нанотрубок.
В результате одностенные нанотрубки обычно рассредоточены в виде пучков, а не полностью изолированных отдельных объектов. Когда во время диспергирования используются слишком суровые условия, одностенные нанотрубки укорачиваются до длины от 80 до 200 нм. Несмотря на то, что это полезно для некоторых испытаний, эта длина слишком мала для большинства практических применений, таких как полупроводниковые или армирующие одностенные углеродные нанотрубки. Контролируемая, мягкая ультразвуковая обработка (например, путем UP200Ht с сонотродом 40 мм) является эффективной процедурой для получения водных дисперсий длинных отдельных одностенных углеродных нанотрубок. Последовательности мягкого ультразвука минимизируют укорочение и позволяют максимально сохранить структурные и электронные свойства.

Очистка одностенных углеродных нанотрубок с помощью ультразвука с помощью полимеров

Изучать химическую модификацию одностенных углеродных нанотрубок на молекулярном уровне сложно, так как трудно получить чистые одностенные углеродные нанотрубки. Выращенные одностенные углеродные нанотрубки содержат много примесей, таких как металлические частицы и аморфные углероды. Ультразвуковое исследование одностенных углеродных нанотрубок в растворе монохлорбензола (МКБ) полиметилметакрилата ПММА с последующей фильтрацией является эффективным способом очистки одностенных углеродных нанотрубок. Этот метод полимерной очистки позволяет эффективно удалять примеси из выращенных одностенных углеродных нанотрубок. (Yudasaka et al.) Точный контроль амплитуды ультразвука позволяет ограничить повреждения одностенных углеродных нанотрубок.

Хильшер Широкий ассортимент ультразвуковых приборов и аксессуары для эффективного диспергирования нанотрубок.

• Компактные лабораторные приборы до Мощность ультразвука 400 Вт для диспергирования в меньшие объемы до 2 литров
• УИП500HDT, УИП1000HDT и УИП1500HDT являются ультразвуковыми процессорами, которые могут обрабатывать большие объемы.
• Ультразвуковые системы 2 кВт (UIP2000hdT) и 4 кВт (UIP4000hdT) может быть использован для диспергирования углеродных нанотрубок в производственных масштабах. Тем UIP10000 (10 киловатт) и UIP16000 (16 киловатт) может быть использован в кластерах из нескольких отдельных блоков для крупномасштабной обработки углеродных нанотрубок.”

Литература

• 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.