Si të shpërndahen individualisht nanotubat e karbonit me një mur

Nanotubat e karbonit me një mur (SWNT ose SWCNT) kanë karakteristika unike, por për t'i shprehur ato duhet të shpërndahen individualisht. Për të shfrytëzuar plotësisht karakteristikat e jashtëzakonshme të nanotubave karboni me një mur, tubat duhet të zgjidhen plotësisht. SWNT si nanogrimcat e tjera shfaqin forca tërheqëse shumë të larta, kështu që nevojitet një teknikë e fuqishme dhe efikase për një deagglomerim dhe shpërndarje të besueshme. Përderisa teknikat e zakonshme të përzierjes nuk ofrojnë intensitetin e nevojshëm për të shkëputur SWNT-të pa i dëmtuar ato, ultrasonikët me fuqi të lartë është dëshmuar se shpërndajnë dhe shpërndajnë SWCNT-të. Forcat prerëse kavitacionale të gjeneruara në mënyrë tejzanor janë mjaft të fuqishme për të kapërcyer forcat e lidhjes, ndërsa intensiteti i ultrazërit mund të rregullohet me saktësi për të shmangur dëmtimin e SWCNT-ve.

Problemi:

Nanotubat karboni me një mur (SWCNTs) ndryshojnë nga nanotubat karboni me shumë mure (MWNTs/MWCNTs) për nga vetitë e tyre elektrike. Hendeku i brezit të SWCNT-ve mund të ndryshojë nga zero në 2 eV dhe përçueshmëria e tyre elektrike karakterizohet nga sjellje metalike ose gjysmëpërçuese. Duke qenë se nanotubat e karbonit me një mur janë shumë koheziv, një nga pengesat kryesore në përpunimin e SWCNT-ve është pazgjidhshmëria e natyrshme e tubave në tretës organikë ose në ujë. Për të përdorur potencialin e plotë të SWCNT-ve, nevojitet një proces i thjeshtë, i besueshëm dhe i shkallëzuar i deaglomerimit të tubave. Veçanërisht, funksionalizimi i mureve anësore të CNT ose skajeve të hapura për të krijuar një ndërfaqe të përshtatshme midis SWCNT-ve dhe tretësit organik rezulton vetëm në eksfolim të pjesshëm të SWCNT-ve. Prandaj, SWCNT-të shpërndahen kryesisht si tufa dhe jo si litarë individualë të deaglomeruar. Nëse gjendja gjatë shpërndarjes është shumë e ashpër, SWCNT-të do të shkurtohen në gjatësi nga 80 deri në 200 nm. Për shumicën e aplikimeve praktike, p.sh. për SWCNT-të gjysmëpërçuese ose përforcuese, kjo gjatësi është shumë e vogël.

Zgjidhja:

Ultratingulli është një metodë shumë efektive e shpërndarjes dhe deagglomerimit të Nanotubave të Karbonit, pasi valët tejzanor të ultrazërit me intensitet të lartë gjenerojnë kavitacion në lëngje. Valët e zërit të përhapura në median e lëngshme rezultojnë në cikle të alternuara të presionit të lartë (ngjeshje) dhe presionit të ulët (rrallimi), me shpejtësi në varësi të frekuencës. Gjatë ciklit të presionit të ulët, valët ultrasonike me intensitet të lartë krijojnë flluska të vogla vakumi ose zbrazëti në lëng. Kur flluskat arrijnë një vëllim në të cilin nuk mund të thithin më energji, ato shemben me dhunë gjatë një cikli me presion të lartë. Ky fenomen quhet kavitacion. Gjatë shpërthimit arrihen temperatura shumë të larta (rreth 5000K) dhe presione (afërsisht 2000atm) në nivel lokal. Shpërthimi i flluskës së kavitacionit rezulton gjithashtu në avionë të lëngshëm me shpejtësi deri në 280 m/s. Këto rryma avionësh të lëngshëm që rezultojnë nga kavitacion tejzanor, kapërcejnë forcat e lidhjes midis Nanotubave të Karbonit dhe kështu, nanotubat deagglomerohen. Një trajtim i butë, i kontrolluar me ultratinguj është një metodë e përshtatshme për të krijuar pezullime të stabilizuara me surfaktant të SWCNT-ve të shpërndara me gjatësi të lartë. Për prodhimin e kontrolluar të SWCNT-ve, procesorët tejzanor të Hielscher lejojnë funksionimin në një gamë të gjerë grupesh parametrash tejzanor. Amplituda tejzanor, presioni i lëngut dhe përbërja e lëngshme mund të ndryshojnë përkatësisht në materialin dhe procesin specifik. Kjo ofron mundësi të ndryshueshme rregullimesh, si p.sh

• amplituda sonotrode deri në 170 mikron
• presione të lëngshme deri në 10 bar
• Shkalla e rrjedhjes së lëngjeve deri në 15 L/min (në varësi të procesit)
• temperatura të lëngshme deri në 80 degC (temperatura të tjera sipas kërkesës)
• viskoziteti material deri në 100.000 cp

 

Për më tepër, ultratingulli si një metodë pastrimi me ndihmën e polimerit lejon që në mënyrë efektive të largohen papastërtitë nga SWCNT-të e rritura. Është e vështirë të studiohet modifikimi kimik i SWCNT-ve në nivel molekular, sepse është e vështirë të merren SWNT-të e pastra. SWCNT-të e rritura përmbajnë shumë papastërti, të tilla si grimcat metalike dhe karbonet amorfë. Ultrasonikimi i SWCNT-ve në një zgjidhje monoklorobenzene (MCB) të poli(metilmetakrilatit) PMMA e ndjekur nga filtrimi është një mënyrë efektive për të pastruar SWCNT-të. Kjo metodë e pastrimit me ndihmën e polimerit lejon heqjen e papastërtive nga SWCNT-të e rritura në mënyrë efektive. Kontrolli i saktë i amplitudës së ultrazërit ju lejon të shmangni ose kufizoni dëmtimin e SWCNT-ve.

Pajisjet me ultratinguj

Hielscher ofron performancë të lartë procesorë tejzanor për sonikimin e çdo vëllimi. Pajisjet tejzanor nga 50 watts deri në 16.000 watts, të cilat mund të vendosen në grupe, lejojnë gjetjen e ultrazërit të përshtatshëm për çdo aplikim, si në laborator ashtu edhe në industri. Për shpërndarjen e sofistikuar të nanotubave, rekomandohet një sonikacion i vazhdueshëm. Duke përdorur qelizat e rrjedhës së Hielscher, bëhet e mundur shpërndarja e CNT-ve në lëngje me viskozitet të ngritur si polimere, shkrirje me viskozitet të lartë dhe termoplastikë.

Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth shpërndarjes dhe modifikimit të nanotubave me ultratinguj me fuqi të lartë!