Enakomerno razpršeni CNT z ultrazvokom
Da bi izkoristili izjemne funkcionalnosti ogljikovih nanocevk (CNT), morajo biti homogeno razpršeni.
Ultrazvočni razpršilniki so najpogostejše orodje za distribucijo CNT v vodne suspenzije in suspenzije na osnovi topil.
Tehnologija ultrazvočne disperzije ustvarja dovolj visoko strižno energijo, da se doseže popolna ločitev CNT, ne da bi jih poškodovali.
Ultrazvočna disperzija ogljikovih nanocevk
Ogljikove nanocevke (CNT) imajo zelo visoko razmerje širine in višine in kažejo nizko gostoto ter ogromno površino (več sto m2 / g), kar jim daje edinstvene lastnosti, kot so zelo visoka natezna trdnost, togost in žilavost ter zelo visoka električna in toplotna prevodnost. Zaradi Van der Waalsovih sil, ki med seboj pritegnejo enojne ogljikove nanocevke (CNT), se CNT normalno razporedijo v snope ali predenice. Te medmolekularne privlačne sile temeljijo na pojavu zlaganja π-vezi med sosednjimi nanocevkami, znanim kot π-zlaganje. Da bi v celoti izkoristili ogljikove nanocevke, je treba te aglomerate razpletati in CNT enakomerno porazdeliti v homogeni disperziji. Intenzivna ultrazvočna razglasitev ustvarja akustično kavitacijo v tekočinah. Tako nastala lokalna strižna napetost razbije CNT agregate in jih enakomerno razprši v homogeni suspenziji. Tehnologija ultrazvočne disperzije ustvarja dovolj visoko strižno energijo, da se doseže popolna ločitev CNT, ne da bi jih poškodovali. Tudi za občutljive SWNT se sonication uspešno uporablja za njihovo ločitev posamično. Ultrasonication zagotavlja zadostno raven napetosti za ločevanje agregatov SWNT, ne da bi povzročil veliko zlomov posameznih nanocevk (Huang, Terentjev 2012).
- Enojno dispergirani CNT
- Homogena porazdelitev
- Visoka učinkovitost disperzije
- Visoke obremenitve CNT
- Brez razgradnje CNT
- Hitra obdelava
- natančen nadzor procesa
UIP2000hdT – 2kW zmogljiv ultrazvočni aparat za CNT disperzije
Visoko zmogljivi ultrazvočni sistemi za CNT disperzije
Hielscher Ultrasonics dobavlja zmogljivo in zanesljivo ultrazvočno opremo za učinkovito disperzijo CNT. Ali morate pripraviti majhne vzorce CNT za analizo in R&D ali morate izdelati velike industrijske serije razsutih disperzij, Hielscherjeva paleta izdelkov ponuja idealen ultrazvočni sistem za vaše zahteve. Od 50W ultrazvočni aparati za laboratorij do 16kW industrijske ultrazvočne enote za komercialno proizvodnjo vas pokriva Hielscher Ultrasonics.
Za proizvodnjo visokokakovostnih disperzij ogljikovih nanocevk morajo biti procesni parametri dobro nadzorovani. Amplituda, temperatura, tlak in zadrževalni čas so najbolj kritični parametri za enakomerno porazdelitev CNT. Hielscherjevi ultrazvočni aparati ne omogočajo le natančnega nadzora vsakega parametra, temveč se vsi procesni parametri samodejno zabeležijo na integrirano SD kartico Hielscherjevih digitalnih ultrazvočnih sistemov. Protokol vsakega postopka ultrazvočnega razbijanja pomaga zagotoviti ponovljive rezultate in dosledno kakovost. Z oddaljenim upravljanjem brskalnika lahko uporabnik upravlja in spremlja ultrazvočno napravo, ne da bi bil na lokaciji ultrazvočnega sistema.
Ker enostenske ogljikove nanocevke (SWNT) in večstenske ogljikove nanocevke (MWNT) ter izbrani vodni ali topni medij zahtevajo specifične intenzivnosti obdelave, je ultrazvočna amplituda ključni dejavnik pri končnem izdelku. Hielscher Ultrasonics’ Industrijski ultrazvočni procesorji lahko zagotovijo zelo visoke in zelo blage amplitude. Določite idealno amplitudo za vaše procesne zahteve. Celo amplitude do 200 μm se lahko enostavno neprekinjeno izvajajo v 24/7 delovanju. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode. Robustnost Hielscherjeve ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Naše stranke so zadovoljne z izjemno robustnostjo in zanesljivostjo sistemov Hielscher Ultrasonic. Vgradnja na področjih težkih aplikacij, zahtevnih okolij in delovanja 24/7 zagotavlja učinkovito in ekonomično obdelavo. Ultrazvočna intenzifikacija procesa skrajša čas obdelave in doseže boljše rezultate, tj. višjo kakovost, višje donose, inovativne izdelke.
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 |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Ultrazvočni procesorji visoke moči od laboratorija do pilotnega in industrijskega obsega.
Literatura / Reference
- Biver T.; Criscitiello F.; Di Francesco F.; Minichino M.; Swager T.; Pucci A. (2015): MWCNT/Perylene bisimide Water Dispersions for Miniaturized Temperature Sensors. RSC Advances 5: 2015. 65023–65029.
- Chiou K.; Byun S.; Kim J.; Huang J. (2018): Additive-free carbon nanotube dispersions, pastes, gels, and doughs in cresols. PNAS Vol. 115, No. 22, 2018. 5703–5708.
- Huang, Y.Y:; Terentjev E.M. (2012): Dispersion of Carbon Nanotubes: Mixing, Sonication, Stabilization, and Composite Properties. Polymers 2012, 4, 275-295.
- Krause B.; Mende M.; Petzold G.; Pötschke P. (2010): Characterization on carbon nanotubes’ dispersability using centrifugal sedimentation analysis in aqueous surfactant dispersions. Conference paper ANTEC 2010, Orlando, USA, May 16-20 2010.
- Paredes J.I.; Burghard M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length. Langmuir 2004, 20, 5149-5152.
- Santos A.; Amorim L.; Nunes J.P.; Rocha L.A.; Ferreira Silva A.; Viana J.C. (2019): A Comparative Study between Knocked-Down Aligned Carbon Nanotubes and Buckypaper-Based Strain Sensors. Materials 2019, 12, 2013.
- Szelag M. (2017): Mechano-Physical Properties and Microstructure of Carbon Nanotube Reinforced Cement Paste after Thermal Load. Nanomaterials 7(9), 2017. 267.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Ogljikove nanocevke
Ogljikove nanocevke (CNT) so del posebnega razreda enodimenzionalnih ogljikovih materialov, ki kažejo izjemne mehanske, električne, toplotne in optične lastnosti. So glavna sestavina, ki se uporablja pri razvoju in proizvodnji naprednih nanomaterialov, kot so nanokompoziti, ojačani polimeri itd., in se zato uporabljajo v najsodobnejših tehnologijah. CNT izpostavljajo zelo visoko natezno trdnost, vrhunske lastnosti toplotnega prenosa, nizkopasovne vrzeli in optimalno kemijsko in fizikalno stabilnost, zaradi česar so nanocevke obetaven dodatek za različne materiale.
Glede na njihovo strukturo se CNTS razlikujejo v enostenske ogljikove nanocevke (SWNT), dvostenske ogljikove nanocevke (DWCNT) in večstenske ogljikove nanocevke (MWNT).
SWNT so votle, dolge cilindrične cevi, izdelane iz ogljikove stene debeline enega atoma. Atomska plošča ogljika je razporejena v rešetko satja. Pogosto jih konceptualno primerjajo z zvitimi listi iz enoslojnega grafita ali grafena.
DWCNT so sestavljeni iz dveh enostenskih nanocevk, pri čemer je ena ugnezdena v drugo.
MWNT so oblika CNT, kjer je več enostenskih ogljikovih nanocevk ugnezdenih ena v drugo. Ker se njihov premer giblje med 3–30 nm in ker lahko zrastejo nekaj centimetrov, se lahko njihovo razmerje širine in višine giblje med 10 in deset milijoni. V primerjavi z ogljikovimi nanovlakni imajo MWNT drugačno strukturo stene, manjši zunanji premer in votlo notranjost. Pogosto uporabljeni industrijsko dostopni tipizirani MWNT so npr. Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 in FutureCarbon CNT-MW.
Sinteza CNT: CNT se lahko proizvajajo z metodo sinteze na osnovi plazme ali metodo izhlapevanja z obločnim izpustom, metodo laserske ablacije, postopkom toplotne sinteze, kemičnim nanašanjem iz pare (CVD) ali kemičnim nanašanjem s paro okrepljeno s plazemsko okrepljeno.
Funkcionalizacija CNT: Da bi izboljšali lastnosti ogljikovih nanocevk in jih naredili primernejše za določeno uporabo, se CNT pogosto funkcionalizirajo, npr. z dodajanjem skupin karboksilne kisline (-COOH) ali hidroksilnih (-OH).
CNT disperzijski dodatki
Nekaj topil, kot so super kisline, ionske tekočine in N-cikloheksil-2-pirolidon, lahko pripravi relativno visoke koncentracije disperzij CNT, medtem ko najpogostejša topila za nanocevke, kot so N-metil-2-pirolidon (NMP), dimetilformamid (DMF) in 1,2-dikrolobenzen, lahko razpršijo nanocevke le pri zelo nizkih koncentracijah (npr. <00,02 mas. % enostenskih CNT). Najpogostejša disperzijska sredstva so polivinilpirolidon (PVP), natrijev dodecil benzen sulfonat (SDBS), Triton 100 ali natrijev dodecil sulfonat (SDS).
Cresoli so skupina industrijskih kemikalij, ki lahko obdelujejo CNT v koncentracijah do več deset masnih odstotkov, kar ima za posledico neprekinjen prehod iz razredčenih disperzij, debelih past in prostostoječih gelov v stanje brez primere, ko se obremenitev CNT poveča. Ta stanja kažejo polimerne reološke in viskoelastične lastnosti, ki jih ni mogoče doseči z drugimi običajnimi topili, kar kaže, da so nanocevke dejansko razčlenjene in fino razpršene v krezolih. Cresole je mogoče po obdelavi odstraniti s segrevanjem ali pranjem, ne da bi spremenili površino CNT. [Chiou et al. 2018]
Uporaba CNT disperzij
Da bi izkoristili prednosti CNT, jih je treba razpršiti v tekočino, kot so polimeri, Enakomerno razpršeni CNT se uporabljajo za proizvodnjo prevodne plastike, zaslonov s tekočimi kristali, organskih svetlečih diod, zaslonov na dotik, fleksibilnih zaslonov, sončnih celic, prevodnih črnil, statičnih kontrolnih materialov, vključno s filmi, penami, vlakni in tkaninami, polimernimi premazi in lepili, visoko zmogljivimi polimernimi kompoziti z izjemno mehansko trdnostjo in žilavostjo, polimerna / CNT kompozitna vlakna ter lahki in antistatični materiali.