Rovnomerný rozptyl CNT v tlačiarenských farbách podporujúcich 3D tlač môže zlepšiť vlastnosti atramentu a umožniť nové aplikácie v rôznych oblastiach. Ultrazvukom typu sondy je vysoko spoľahlivá dispergačná technika na výrobu stabilných nanosususpenzií CNT v polyméroch.

Efektívna a stabilná disperzia CNT v polyméroch vďaka ultrazvukom

Uhlíkové nanorúrky (CNT) sú často dispergované v kremíkových olejoch pre rôzne aplikácie kvôli ich jedinečným vlastnostiam. Disperzia CNT v kremíkových olejoch môže zlepšiť mechanické, tepelné a elektrické vlastnosti výsledných materiálov. Jednou z takýchto aplikácií je výroba polymérov dopovaných CNT pre vodivé 3D tlačené atramenty, napr. na výrobu aditív na biologickej báze nositeľných hmatových senzorov, lešení na regeneráciu tkanív špecifických pre pacienta a flexibilných elektród EKG a EEG.
Okrem toho sa CNT dispergované v kremíkových olejoch môžu používať ako vodivé atramenty v elektronických zariadeniach, ako sú flexibilné displeje a snímače. CNT pôsobia ako vodivé dráhy, ktoré umožňujú tok elektrického prúdu.

Výhody ultrazvukovej CNT / polymérnej disperzie

Ultrazvukom je veľmi efektívna dispergačná technika, ktorá prichádza s niekoľkými výhodami. Výhody ultrazvukového dispergovania uhlíkových nanorúrok (CNT) v polyméroch zahŕňajú:

Všeobecný protokol pre ultrazvukovú výrobu kompozitov CNT / PDMS

Ultrazvukom sa používa na disperziu mnohých nano-veľkých materiálov v polyméroch. Špecifickou a bežne používanou aplikáciou je disperzia uhlíkových nanorúrok (CNT) v dimetylpolysiloxáne (PDMS) pomocou sondovej ultrazvukom. Na rozptýlenie CNT do matrice PDMS sa používa výkonový ultrazvuk a výsledné účinky akustickej kavitácie na oddelenie nanorúrok a ich rovnomerné zmiešanie do nanosuspenzie. Sonikácia sondového typu je výkonná metóda na dispergovanie CNT vďaka svojej schopnosti generovať intenzívne kavitačné sily, ktoré môžu účinne rozbiť a rozptýliť aglomerované CNT.
Ultrazvukové dispergovanie je jednoduchý krok spracovania, ktorý nevyžaduje žiadnu špecifickú pred- alebo post-liečbu. Samotné ultrazvukové zariadenie je bezpečné a ľahko ovládateľné.
Proces disperzie pomocou sondovej ultrazvukom zvyčajne zahŕňa nasledujúce kroky:

1. Príprava zmesi CNT-PDMS: Vopred určené množstvo CNT sa pridá do matrice PDMS a vopred sa premieša pomocou mechanického miešadla. Je zaujímavé, že preddispergovaním CNT v rozpúšťadle by sa mohla zvýšiť elektrická vodivosť. Najlepšie výsledky dosahuje tetrahydrofurán (THF), acetón alebo chloroform (zoradené podľa najlepších výsledkov).
2. Sonikácia typu sondy: Zmes je vystavená sondovej ultrazvukom pomocou ultrazvukovej sondy s vysokou intenzitou, ktorá generuje ultrazvukové vlny s frekvenciou typicky približne 20 kHz. V závislosti od objemu a formulácie sa ultrazvukom zvyčajne vykonáva niekoľko minút, aby sa zabezpečila úplná disperzia CNT.
3. Monitorovanie rozptylu: Disperzia CNT sa monitoruje pomocou techník, ako je skenovacia elektrónová mikroskopia (SEM), transmisná elektrónová mikroskopia (TEM) alebo UV-VIS spektroskopia. Tieto techniky môžu byť použité na vizualizáciu distribúcie CNT v rámci matice PDMS a na zabezpečenie rovnomerného rozptylu CNT.

Stručne povedané, sondová ultrazvukom je výkonná metóda na dispergovanie CNT v polyméroch, ako je PDMS, vďaka svojej schopnosti generovať intenzívne kavitačné sily, ktoré môžu účinne rozbiť a rozptýliť aglomerované CNT.

Prípadové štúdie ultrazvukovej výroby CNT / polymérnych kompozitov

Disperzia nanorúrok a iných nanomateriálov na báze uhlíka pomocou ultrazvukom typu sondy bola rozsiahle skúmaná a následne bola implementovaná do priemyselnej výroby. Nižšie uvádzame niekoľko výskumných štúdií, ktoré demonštrujú výnimočnú účinnosť disperzie ultrazvukových nanorúrok.

Ultrazvuková disperzia CNT v PDMS pre nositeľné senzory

Del Bosque et al. (2022) porovnávali trojvalcové frézovanie a ultrazvukom pre ich účinnosť disperzie CNT. Analýza disperzného postupu nanočastíc do polymérnej matrice ukazuje, že ultrazvuková technika poskytuje vyššiu elektrickú citlivosť v porovnaní s trojvalcovým mletím v dôsledku vyššej homogenity distribúcie CNT indukovanej kavitačnými silami. Pri testovaní rôznych zaťažení CNT sa zistilo, že prahová hodnota perkolácie systému CNT-PDMS, t. j. kritický obsah CNT, v ktorom sa stáva elektricky vodivým, je 0,4 hm. % CNT. Viacstenné uhlíkové nanorúrky (MWCNT) boli rozptýlené ultrazvukom pomocou Hielscher ultrasonicator UP400ST (pozri obrázok vľavo) pri 0,5 pulzných cykloch a 50% amplitúde po dobu 2 hodiny. Účinky ultrazvukového dispergovania v priebehu ultrazvukom sú uvedené na obrázku nižšie.
Na základe tejto analýzy boli optimálne podmienky pre výrobu nositeľných senzorov vybrané ako 0,4 hm.% CNT pomocou ultrazvukového procesu. V tomto ohľade analýza elektrickej odozvy v po sebe nasledujúcich cykloch zaťaženia ukázala vysokú robustnosť vyvinutých snímačov bez prítomnosti poškodenia pri 2%, 5% a 10% namáhaní, vďaka čomu sú tieto snímače spoľahlivé pre monitorovanie stredného namáhania.

Ultrazvuková disperzia MWCNTs v PDMS pomocou ultrasonicator UP400St v rôznych časoch ultrazvukom.
(Štúdia a obrázok: ©del Bosque et al., 2022)

Vysokovýkonné ultrazvukové dispergačné zariadenia pre CNT / polymérne nanokompozity

Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové sondy pre náročné dispergačné aplikácie v laboratóriu, bench-top a priemysle. Hielscher Ultrazvukom rozptyľovače poskytujú efektívnu a presnú homogenizáciu a disperziu nanomateriálov v rozpúšťadlách, polyméroch a kompozitoch.
Vďaka svojej pokročilej ultrazvukovej technológii ponúkajú tieto rozptyľovače rýchle a jednoduché riešenie na dosiahnutie rovnomernej distribúcie veľkosti častíc, stabilných disperzií a / alebo funkcionalizácie nanočastíc.
Skrátením času spracovania a minimalizáciou spotreby energie môžu rozptyľovače ultrazvukových sond zlepšiť produktivitu a znížiť prevádzkové náklady podnikov v rôznych priemyselných odvetviach.
Hielscher ultrasonicators môžu byť tiež prispôsobené tak, aby vyhovovali špecifickým požiadavkám, s možnosťami pre celý rad veľkostí sond, posilňovacie rohy, úrovne výkonu a prietokové bunky, čo ich robí všestrannými a prispôsobiteľnými rôznym nano-formuláciám a objemom.
Celkovo sú ultrazvukové rozptyľovače sond vynikajúcou investíciou pre laboratóriá a priemyselné odvetvia, ktoré chcú optimalizovať svoje pracovné postupy spracovania nanomateriálov a dosiahnuť konzistentné a spoľahlivé výsledky.

Dizajn, výroba a poradenstvo – Kvalita vyrobená v Nemecku

Hielscher ultrasonicators sú dobre známe pre svoju najvyššiu kvalitu a dizajnové štandardy. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú hladkú integráciu našich ultrasonicators do priemyselných zariadení. Drsné podmienky a náročné prostredie sú spoľahlivo zvládnuté Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť certifikovaná podľa ISO a kladie osobitný dôraz na vysoko výkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Samozrejme, Hielscher ultrasonicators sú v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: