Disperzija ogljikovih nanocevk v 3D-tiskalnih črnilih
Enakomerna disperzija CNT v 3D-tiskalnih črnilih lahko izboljša lastnosti črnila in omogoči nove aplikacije na različnih področjih. Ultrazvočna obdelava tipa sonde je zelo zanesljiva disperzijska tehnika za proizvodnjo stabilnih nanosuspenzij CNT v polimerih.
Učinkovita in stabilna disperzija CNT v polimerih zaradi ultrazvočnega razbijanja
Ogljikove nanocevke (CNT) so zaradi svojih edinstvenih lastnosti pogosto razpršene v silicijevih oljih za različne aplikacije. Disperzija CNT v silicijevih oljih lahko izboljša mehanske, toplotne in električne lastnosti nastalih materialov. Ena od takšnih aplikacij je izdelava CNT-dopunjenih polimerov za prevodna 3D-tiskana črnila, npr. za biološko aditivno proizvodnjo nosljivih taktilnih senzorjev, odrov za regeneracijo tkiva, specifičnih za pacienta, in fleksibilnih EKG in EEG elektrod.
Poleg tega se lahko CNT, razpršeni v silicijevih oljih, uporabljajo kot prevodna črnila v elektronskih napravah, kot so fleksibilni zasloni in senzorji. CNT delujejo kot prevodne poti, ki omogočajo pretok električnega toka.
Industrijski ultrazvočni sistem za industrijsko inline disperzijo: Visoko zmogljivi ultrazvočni sistemi so zanesljivi in visoko učinkoviti inline mešalni sistemi za proizvodnjo nanodisperzij, kot so CNT v polimerih.
Prednosti ultrazvočne CNT / polimerne disperzije
Ultrasonication je zelo učinkovita tehnika razprševanja, ki ima več prednosti. Prednosti ultrazvočne disperzije ogljikovih nanocevk (CNT) v polimerih vključujejo:
Ultrazvočni industrijski sistem za postopke raztapljanja v liniji, npr. enakomerno disperzijo ogljikovih nanocevk v polimerne formulacije.
Splošni protokol za ultrazvočno proizvodnjo CNT / PDMS kompozitov
Ultrasonication se uporablja za disperzijo številnih nano-velikih materialov v polimerih. Posebna in pogosto uporabljena uporaba je disperzija ogljikovih nanocevk (CNT) v dimetilpolisiloksanu (PDMS) z uporabo sondnega razbijanja. Za razpršitev CNT v matriko PDMS se za razpletanje nanocevk in njihovo enakomerno mešanje v nanosuspenzijo uporabljajo ultrazvok moči in posledični učinki akustične kavitacije. Sondna ultrazvočna razbijanje je močna metoda za razpršitev CNT zaradi svoje sposobnosti ustvarjanja intenzivnih kavitacijskih sil, ki lahko učinkovito razbijejo in razpršijo aglomerirane CNT.
Ultrazvočna disperzija je preprost korak obdelave, ki ne zahteva posebne pred- ali naknadne obdelave. Ultrazvočna oprema je varna in enostavna za uporabo.
Postopek disperzije z uporabo sondnega tipa ultrazvočnega razbijanja običajno vključuje naslednje korake:
- Priprava mešanice CNT-PDMS: Vnaprej določena količina CNT se doda matriki PDMS in se predhodno zmeša z mehanskim mešalom. Zanimivo je, da se lahko s predhodnim razprševanjem CNT v topilu poveča električna prevodnost. Najboljše rezultate dosežemo s tetrahidrofuranom (THF), acetonom ali kloroformom (razvrščeno po najboljših rezultatih).
- Ultrazvočno razbijanje tipa sonde: Mešanica je izpostavljena sondni ultrazvočni sondi z visoko intenzivno ultrazvočno sondo, ki ustvarja ultrazvočne valove s frekvenco običajno približno 20 kHz. Glede na prostornino in formulacijo se ultrazvočna obdelava običajno izvaja nekaj minut, da se zagotovi popolna disperzija CNT.
- Spremljanje disperzije: Disperzijo CNT spremljamo s tehnikami, kot so vrstična elektronska mikroskopija (SEM), transmisijska elektronska mikroskopija (TEM) ali UV-Vis spektroskopija. Te tehnike se lahko uporabijo za vizualizacijo porazdelitve CNT znotraj matrike PDMS in za zagotovitev, da so CNT enakomerno razpršeni.
Če povzamemo, ultrazvočna razbijanje tipa sonde je močna metoda za razpršitev CNT v polimerih, kot je PDMS, zaradi svoje sposobnosti ustvarjanja intenzivnih kavitacijskih sil, ki lahko učinkovito razbijejo in razpršijo aglomerirane CNT.
Študije primerov ultrazvočne izdelave CNT / polimernih kompozitov
Disperzija nanocevk in drugih nanomaterialov na osnovi ogljika z uporabo ultrazvočne sonde je bila obsežno raziskana in nato izvedena v industrijsko proizvodnjo. Spodaj predstavljamo nekaj raziskovalnih študij, ki kažejo izjemno učinkovitost ultrazvočne disperzije nanocevk.
Ultrazvočna disperzija CNT v PDMS za nosljive senzorje
Del Bosque et al. (2022) so primerjali trivaljalno rezkanje in ultrazvočno razbijanje glede učinkovitosti disperzije CNT. Analiza disperzijskega postopka nanodelcev v polimerno matrico kaže, da ultrazvočna tehnika zagotavlja večjo električno občutljivost v primerjavi s trivaljalnim rezkanjem zaradi večje homogenosti porazdelitve CNT, ki jo povzročajo kavitacijske sile. Pri testiranju različnih obremenitev CNT je bilo ugotovljeno, da je prag perkolacije sistema CNT-PDMS, to je kritična vsebnost CNT, v kateri postane električno prevoden, 0,4 mas. Večstenske ogljikove nanocevke (MWCNT) so bile razpršene z ultrazvokom z uporabo Hielscherjevega ultrazvočnega UP400ST (glej sliko levo) pri 0,5 impulznih ciklih in 50 % amplitudi za 2 uri. Učinki ultrazvočne disperzije v času ultrazvočnega razbijanja so prikazani na spodnji sliki.
Na podlagi te analize so bili z ultrazvočnim postopkom izbrani optimalni pogoji za izdelavo nosljivih senzorjev kot 0,4 mas.% CNT. V zvezi s tem je analiza električnega odziva pri zaporednih obremenitvenih ciklih pokazala visoko robustnost razvitih senzorjev, brez prisotnosti poškodb pri 2%, 5% in 10% obremenitvah, zaradi česar so ti senzorji zanesljivi za spremljanje obremenitve medija.
Ultrazvočna disperzija MWCNT v PDMS z uporabo ultrazvočnega UP400St v različnih časih ultrazvočnega razbijanja.
(Študija in slika: ©del Bosque et al., 2022)
Visoko zmogljiva ultrazvočna disperzijska oprema za CNT / polimerne nanokompozite
Hielscher Ultrasonics proizvaja ultrazvočne sonde visoke moči za zahtevne disperzijske aplikacije v laboratoriju, na mizi. Hielscher Ultrasonics dispergatorji zagotavljajo učinkovito in natančno homogenizacijo in disperzijo nanomaterialov v topilih, polimerih in kompozitih.
S svojo napredno ultrazvočno tehnologijo ti dispergatorji ponujajo hitro in enostavno rešitev za doseganje enakomerne porazdelitve velikosti delcev, stabilnih disperzij in / ali funkcionalizacije nanodelcev.
S skrajšanjem časa obdelave in zmanjšanjem porabe energije lahko ultrazvočni razpršilniki sond izboljšajo produktivnost in zmanjšajo operativne stroške za podjetja v različnih panogah.
Hielscher ultrazvočne aparate je mogoče prilagoditi tudi posebnim zahtevam, z možnostmi za vrsto velikosti sond, pospeševalnih rogov, ravni moči in pretočnih celic, zaradi česar so vsestranski in prilagodljivi različnim nano-formulacijama in volumnom.
Na splošno so ultrazvočni razpršilniki sond odlična naložba za laboratorije in industrije, ki želijo optimizirati svoje delovne tokove obdelave nanomaterialov in doseči dosledne in zanesljive rezultate.
Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji
Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Hielscher ultrazvočni aparati zanesljivo obvladujejo težke pogoje in zahtevna okolja.
Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 0.5 do 1.5 ml | n.a. | VialTweeter | 1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje za mešanje, disperzijo, emulgacijo in ekstrakcijo v laboratorijski, pilotni in industrijski ravni.
Ultrazvočni šaržni reaktor za industrijsko predelavo, npr. z vgradnjo CNT in drugih nanopolnil v polimere za 3D-tiskana črnila za aditivno proizvodnjo.
Literatura / Reference
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Kim, J., Hwang, JY., Hwang, H. et al. (2018): Simple and cost-effective method of highly conductive and elastic carbon nanotube/polydimethylsiloxane composite for wearable electronics. Scientific Reports 8, 1375 (2018).
- Lima, Márcio; Andrade, Mônica; Skákalová, Viera; Bergmann, Carlos; Roth, Siegmar (2007): Dynamic percolation of carbon nanotubes in liquid medium. Journal of Materials Chemistry 17, 2007. 4846-4853.
- Shar, A., Glass, P., Park, S. H., Joung, D. (2023): 3D Printable One-Part Carbon Nanotube-Elastomer Ink for Health Monitoring Applications. Advanced Functional Materials 33, 2023.
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje iz laboratorij k industrijska velikost.