Kako posamezno razpršiti enojne ogljikove nanocevke

Enostenske ogljikove nanocevke (SWNT ali SWCNT) imajo edinstvene značilnosti, vendar jih je treba izraziti posamično. Da bi v celoti izkoristili izjemne lastnosti enostenskih ogljikovih nanocevk, je treba cevi čim bolj razpletati. SWNT kot drugi nanodelci kažejo zelo visoke privlačne sile, zato je za zanesljivo deaglomeracijo in disperzijo potrebna močna in učinkovita tehnika. Medtem ko običajne tehnike mešanja ne zagotavljajo intenzivnosti, ki je potrebna za razpletanje SWNT, ne da bi jih poškodovali, je dokazano, da ultrazvok visoke moči razčesa in razprši SWCNT. Ultrazvočno ustvarjene kavitacijske strižne sile so dovolj močne, da premagajo sile vezi, medtem ko je intenzivnost ultrazvoka mogoče natančno prilagoditi, da se izognemo poškodbam SWCNT.

Problem:

Enostenske ogljikove nanocevke (SWCNT) se razlikujejo od večstenskih ogljikovih nanocevk (MWNT / MWCNT) po svojih električnih lastnostih. Pasovna vrzel SWCNT se lahko giblje od nič do 2 eV, njihova električna prevodnost pa ima kovinsko ali polprevodniško obnašanje. Ker so enostenske ogljikove nanocevke zelo kohezivne, je ena glavnih ovir pri obdelavi SWCNT inherentna netopnost cevi v organskih topilih ali vodi. Za izkoriščanje celotnega potenciala SWCNT je potreben enostaven, zanesljiv in prilagodljiv postopek deaglomeracije cevi. Zlasti funkcionalizacija stranskih sten ali odprtih koncev CNT, da se ustvari ustrezen vmesnik med SWCNT in organskim topilom, ima za posledico le delno luščenje SWCNT. Zato so SWCNT večinoma razpršeni kot snopi in ne kot posamezne deaglomerirane vrvi. Če so pogoji med disperzijo preostri, se SWCNT skrajšajo na dolžine med 80 in 200 nm. Za večino praktičnih aplikacij, tj. za polprevodniške ali ojačevalne SWCNT, je ta dolžina premajhna.

Rešitev:

Ultrasonication je zelo učinkovita metoda razpršitve in deaglomeracije ogljikovih nanocevk, saj ultrazvočni valovi ultrazvoka visoke intenzivnosti ustvarjajo kavitacijo v tekočinah. Zvočni valovi, ki se širijo v tekočem mediju, imajo za posledico izmenične visokotlačne (kompresijske) in nizkotlačne (redčene) cikle, s hitrostmi, ki so odvisne od frekvence. Med nizkotlačnim ciklom ultrazvočni valovi visoke intenzivnosti ustvarjajo majhne vakuumske mehurčke ali praznine v tekočini. Ko mehurčki dosežejo prostornino, pri kateri ne morejo več absorbirati energije, se med ciklom visokega tlaka silovito zrušijo. Ta pojav se imenuje kavitacija. Med implozijo se lokalno dosežejo zelo visoke temperature (približno 5.000 K) in tlaki (približno 2.000 atm). Implozija kavitacijskega mehurčka povzroči tudi tekoče curke s hitrostjo do 280 m / s. Ti tekoči curki so posledica Ultrazvočna kavitacija, premagajo vezivne sile med ogljikovimi nanocevkami in tako nanocevke postanejo deaglomerirane. Blaga, nadzorovana ultrazvočna obdelava je primerna metoda za ustvarjanje površinsko aktivnih suspenzij razpršenih SWCNT z veliko dolžino. Za nadzorovano proizvodnjo SWCNT Hielscherjevi ultrazvočni procesorji omogočajo delovanje v širokem razponu ultrazvočnih parametrov. Ultrazvočna amplituda, tlak tekočine in sestava tekočine se lahko spreminjajo glede na specifični material in proces. To ponuja različne možnosti prilagoditev, kot so

• Sonotrodne amplitude do 170 mikronov
• tlak tekočine do 10 barov
• pretok tekočine do 15 l/min (odvisno od postopka)
• temperature tekočine do 80 °C (druge temperature na zahtevo)
• Viskoznost materiala do 100.000CP

 

Poleg tega ultrazvočna obdelava kot metoda čiščenja s pomočjo polimerov omogoča učinkovito odstranjevanje nečistoč iz gojenih SWCNT. Težko je preučevati kemično modifikacijo SWCNT na molekularni ravni, ker je težko dobiti čiste SWNT. Ultrazvočna obdelava SWCNT v raztopini monoklorobenzena (MCB) poli(metil metakrilata) PMMA, ki ji sledi filtracija, je učinkovit način za čiščenje SWCNT. Ta metoda čiščenja s pomočjo polimerov omogoča učinkovito odstranjevanje nečistoč iz gojenih SWCNT. Natančen nadzor amplitude ultrasonication omogoča, da se izognete ali omejite poškodbe SWCNT.

Ultrazvočna oprema

Hielscher ponuja visoko zmogljivost ultrazvočni procesorji za ultrazvočno razbijanje vsakega zvezka. Ultrazvočne naprave od 50 vatov do 16.000 vatov, ki bi jih lahko postavili v grozde, omogočajo iskanje ustrezne ultrazvočne za vsako aplikacijo, tako v laboratoriju kot tudi v industriji. Za prefinjeno disperzijo nanocevk se priporoča neprekinjeno ultrazvočno razbijanje. Z uporabo Hielscherjevih pretočnih celic je mogoče razpršiti CNT v tekočine s povišano viskoznostjo, kot so polimeri, taline visoke viskoznosti in termoplasti.

Kliknite tukaj, če želite prebrati več o disperziji in modifikaciji nanocevk z ultrazvokom visoke moči!