Si të dispergohen individualisht nanotubat e karbonit me një mur

Nanotubat e karbonit me një mur (SWNTs ose SWCNTs) kanë karakteristika unike, por për t’i shfaqur ato duhet të dispergohen individualisht. Për të shfrytëzuar plotësisht karakteristikat e jashtëzakonshme të nanotubave të karbonit me një mur, tubat duhet të çpleksen sa më plotësisht. SWNTs, ashtu si nanogrimcat e tjera, shfaqin forca tërheqëse shumë të larta, prandaj nevojitet një teknikë e fuqishme dhe efikase për çaglomerim dhe dispergim të besueshëm. Ndërsa teknikat e zakonshme të përzierjes nuk sigurojnë intensitetin e nevojshëm për t’i çpleksur SWNTs pa i dëmtuar, është provuar se ultratingujt me fuqi të lartë i çpleksin dhe i dispergojnë SWCNTs. Forcat prerëse të kavitacionit të krijuara nga ultratingujt janë mjaft të fuqishme për të kapërcyer forcat lidhëse, ndërsa intensiteti i ultratingujve mund të rregullohet me saktësi për të shmangur dëmtimin e SWCNTs.

Problemi:

Nanotubat e karbonit me një mur (SWCNTs) ndryshojnë nga nanotubat e karbonit me shumë mure (MWNTs/ MWCNTs) për nga vetitë e tyre elektrike. Hendeku energjetik i SWCNTs mund të ndryshojë nga zero deri në 2 eV dhe përçueshmëria e tyre elektrike shfaq sjellje metalike ose gjysmëpërçuese. Meqë nanotubat e karbonit me një mur kanë kohezion të lartë, një nga pengesat kryesore në përpunimin e SWCNTs është patretshmëria e tyre e qenësishme në tretës organikë ose në ujë. Për të shfrytëzuar potencialin e plotë të SWCNTs, nevojitet një proces i thjeshtë, i besueshëm dhe i shkallëzueshëm i çaglomerimit të tubave. Në veçanti, funksionalizimi i mureve anësore ose i skajeve të hapura të CNTs për të krijuar një ndërfaqe të përshtatshme ndërmjet SWCNTs dhe tretësit organik çon vetëm në eksfolim të pjesshëm të SWCNTs. Prandaj, SWCNTs dispergohen kryesisht si tufa dhe jo si fije individuale të çaglomeruara. Nëse kushtet gjatë dispergimit janë tepër të ashpra, SWCNTs do të shkurtohen në gjatësi nga 80 deri në 200nm. Për shumicën e zbatimeve praktike, pra për SWCNTs gjysmëpërçuese ose përforcuese, kjo gjatësi është tepër e vogël.

Zgjidhja:

Trajtimi me ultratinguj është një metodë shumë efektive për dispergimin dhe çaglomerimin e nanotubave të karbonit, pasi valët ultrasonike me intensitet të lartë krijojnë kavitacion në lëngje. Valët zanore që përhapen në mjediset e lëngshme shkaktojnë cikle të alternuara të presionit të lartë (ngjeshje) dhe presionit të ulët (rrallim), me ritme që varen nga frekuenca. Gjatë ciklit të presionit të ulët, valët ultrasonike me intensitet të lartë krijojnë flluska të vogla vakumi ose zgavra në lëng. Kur flluskat arrijnë një vëllim në të cilin nuk mund të thithin më energji, ato shemben dhunshëm gjatë një cikli të presionit të lartë. Ky fenomen quhet kavitacion. Gjatë implozionit arrihen lokalisht temperatura shumë të larta (rreth 5 000K) dhe presione shumë të larta (rreth 2 000atm). Implozioni i flluskës së kavitacionit krijon gjithashtu rryma të vrullshme lëngu me shpejtësi deri në 280m/s. Këto rryma të vrullshme lëngu, që krijohen nga kavitacioni ultrasonik, kapërcejnë forcat lidhëse ndërmjet nanotubave të karbonit dhe, si rrjedhojë, nanotubat çaglomerohen. Një trajtim i butë dhe i kontrolluar me ultratinguj është një metodë e përshtatshme për të krijuar suspensione të stabilizuara me surfaktantë të SWCNTs të disperguara me gjatësi të madhe. Për prodhimin e kontrolluar të SWCNTs, procesorët ultrasonikë të Hielscher mundësojnë punën me një gamë të gjerë kombinimesh parametrash ultrasonikë. Amplituda ultrasonike, presioni i lëngut dhe përbërja e lëngut mund të ndryshohen në përputhje me materialin dhe procesin specifik. Kjo ofron mundësi të ndryshme rregullimi, si

• amplituda të sonotrodës deri në 170 mikronë
• presione të lëngut deri në 10 bar
• prurje të lëngut deri në 15L/min (në varësi të procesit)
• temperatura të lëngut deri në 80 degC (temperatura të tjera sipas kërkesës)
• viskozitet të materialit deri në 100 000cp

 

Për më tepër, trajtimi me ultratinguj si metodë pastrimi e ndihmuar nga polimeri mundëson heqjen efektive të papastërtive nga SWCNTs në gjendjen e tyre fillestare pas rritjes. Është e vështirë të studiohet modifikimi kimik i SWCNTs në nivel molekular, sepse është e vështirë të përftohen SWNTs të pastra. SWCNTs në gjendjen e tyre fillestare pas rritjes përmbajnë shumë papastërti, si grimca metalike dhe forma amorfe të karbonit. Trajtimi me ultratinguj i SWCNTs në një tretësirë të poli(metakrilatit të metilit) PMMA në monoklorobenzen (MCB), i ndjekur nga filtrimi, është një mënyrë efektive për pastrimin e SWCNTs. Kjo metodë pastrimi e ndihmuar nga polimeri mundëson heqjen efektive të papastërtive nga SWCNTs në gjendjen e tyre fillestare pas rritjes. Kontrolli i saktë i amplitudës së trajtimit me ultratinguj mundëson shmangien ose kufizimin e dëmtimit të SWCNTs.

Pajisje ultrasonike

Hielscher ofron procesorë ultrasonikë me performancë të lartë për trajtimin me ultratinguj të çdo vëllimi. Pajisjet ultrasonike nga 50 vat deri në 16 000 vat, të cilat mund të organizohen në grupe, mundësojnë gjetjen e pajisjes së përshtatshme ultrasonike për çdo zbatim, si në laborator ashtu edhe në industri. Për dispergimin e avancuar të nanotubave rekomandohet trajtimi i vazhdueshëm me ultratinguj. Me përdorimin e qelizave të rrjedhjes të Hielscher, bëhet i mundur dispergimi i CNTs në lëngje me viskozitet të lartë, si polimeret, masat e shkrira me viskozitet të lartë dhe termoplastet.

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