CNT të shpërndara në mënyrë të njëtrajtshme me ultratinguj

Për të shfrytëzuar funksionalitetet e jashtëzakonshme të nanotubave të karbonit (CNT), ato duhet të shpërndahen në mënyrë homogjene.
Disperguesit ultrasonikë janë mjeti më i zakonshëm për shpërndarjen e CNT-ve në suspensione ujore dhe me bazë tretësish.
Teknologjia e dispergimit ultrasonik krijon energji prerëse mjaftueshëm të lartë për të arritur ndarjen e plotë të CNT-ve pa i dëmtuar ato.

Dispergimi ultrasonik i nanotubave të karbonit

Nanotubat e karbonit (CNT) kanë një raport shumë të lartë të gjatësisë ndaj diametrit dhe shfaqin dendësi të ulët, si dhe një sipërfaqe jashtëzakonisht të madhe (disa qindra m2/g), gjë që u jep veti unike, si qëndrueshmëri shumë të lartë në tërheqje, ngurtësi dhe rezistencë ndaj thyerjes, si dhe përçueshmëri elektrike dhe termike shumë të lartë. Për shkak të forcave të Van der Waals-it, të cilat i tërheqin nanotubat individuale të karbonit (CNT) drejt njëra-tjetrës, CNT-të zakonisht organizohen në tufa ose lëmsha. Këto forca ndërmolekulare të tërheqjes bazohen në një dukuri të stivimit të lidhjeve π ndërmjet nanotubave fqinje, e njohur si stivimi π. Për të përfituar plotësisht nga nanotubat e karbonit, këto aglomerate duhet të shpleksen dhe CNT-të duhet të shpërndahen në mënyrë të njëtrajtshme në një dispersion homogjen. Trajtimi intensiv me ultratinguj krijon kavitacion akustik në lëngje. Sforcimi prerës lokal i krijuar në këtë mënyrë shpërbën agregatet e CNT-ve dhe i shpërndan ato në mënyrë të njëtrajtshme në një suspension homogjen. Teknologjia e dispergimit ultrasonik krijon energji prerëse mjaftueshëm të lartë për të arritur ndarjen e plotë të CNT-ve pa i dëmtuar ato. Edhe për SWNT-të e ndjeshme, trajtimi me ultratinguj zbatohet me sukses për t’i shpleksur individualisht. Trajtimi me ultratinguj siguron pikërisht nivelin e mjaftueshëm të sforcimit për të ndarë agregatet e SWNT-ve pa shkaktuar shumë thyerje të nanotubave individuale (Huang, Terentjev 2012).

Përparësitë e dispergimit ultrasonik të CNT-ve

CNT të disperguara individualisht
Shpërndarje homogjene
Efikasitet i lartë dispergimi
Përmbajtje të larta të CNT-ve
Pa degradim të CNT-ve
Përpunim i shpejtë
Kontroll i saktë i procesit

Nanofluidet e sintetizuara me ultratinguj janë lëngje efikase për ftohje dhe shkëmbim nxehtësie. Nanomaterialet termopërçuese rrisin ndjeshëm kapacitetin e transferimit dhe të shpërndarjes së nxehtësisë. Sonikimi është një metodë e konsoliduar për sintezën dhe funksionalizimin e nanogrimcave termopërçuese, si edhe për prodhimin e nanofluideve të qëndrueshme me performancë të lartë për zbatime ftohjeje.

Sisteme ultrasonike me performancë të lartë për dispersione të CNT-ve

Hielscher Ultrasonics ofron pajisje ultrasonike të fuqishme dhe të besueshme për dispergimin efikas të CNT-ve. Pavarësisht nëse ju duhet të përgatitni mostra të vogla CNT-sh për analiza dhe kërkim e zhvillim apo të prodhoni lote të mëdha industriale dispersionesh në sasi të mëdha, gama e produkteve të Hielscher ofron sistemin ultrasonik ideal për kërkesat tuaja. Nga aparate me ultratinguj 50W për laborator deri te njësi ultrasonike industriale 16kW për prodhim tregtar, Hielscher Ultrasonics i mbulon nevojat tuaja.
Për të prodhuar dispersione nanotubash karboni me cilësi të lartë, parametrat e procesit duhet të kontrollohen mirë. Amplituda, temperatura, presioni dhe koha e qëndrimit janë parametrat më kritikë për një shpërndarje të njëtrajtshme të CNT-ve. Aparatet me ultratinguj të Hielscher jo vetëm që mundësojnë kontrollin e saktë të secilit parametër, por të gjithë parametrat e procesit regjistrohen automatikisht në kartën SD të integruar të sistemeve ultrasonike digjitale të Hielscher. Protokolli i secilit proces trajtimi me ultratinguj ndihmon në sigurimin e rezultateve të riprodhueshme dhe të cilësisë së qëndrueshme. Nëpërmjet kontrollit në distancë nga shfletuesi, përdoruesi mund ta përdorë dhe ta monitorojë pajisjen ultrasonike pa qenë në vendndodhjen e sistemit ultrasonik.
Meqenëse nanotubat e karbonit me një mur (SWNT) dhe nanotubat e karbonit me shumë mure (MWNT), si dhe mjedisi i zgjedhur ujor ose tretës, kërkojnë intensitete specifike përpunimi, amplituda ultrasonike është një faktor kyç për produktin përfundimtar. Procesorët ultrasonikë industrialë të Hielscher Ultrasonics mund të ofrojnë amplituda shumë të larta, si dhe amplituda shumë të ulëta. Përcaktoni amplitudën ideale për kërkesat e procesit tuaj. Edhe me amplituda deri në 200µm mund të punohet lehtësisht pa ndërprerje në regjim 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotroda ultrasonike të personalizuara. Qëndrueshmëria e pajisjeve ultrasonike të Hielscher mundëson funksionimin 24/7 nën ngarkesë të rëndë dhe në mjedise kërkuese.
Klientët tanë janë të kënaqur me qëndrueshmërinë dhe besueshmërinë e jashtëzakonshme të sistemeve të Hielscher Ultrasonic. Instalimi në fusha aplikimesh me ngarkesë të rëndë, në mjedise kërkuese dhe funksionimi 24/7 sigurojnë përpunim efikas dhe ekonomik. Intensifikimi i procesit me ultratinguj shkurton kohën e përpunimit dhe arrin rezultate më të mira, d.m.th. cilësi më të lartë, rendimente më të larta dhe produkte novatore.
Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të aparateve tona me ultratinguj:

Vëllimi i lotit	Prurja	Pajisjet e rekomanduara
0,5 deri në 1,5mL	nuk zbatohet	VialTweeter
1 deri në 500mL	10 deri në 200mL/min	UP100H
10 deri në 2000mL	20 deri në 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 deri në 20L	0,2 deri në 4L/min	UIP2000hdT
10 deri në 100L	2 deri në 10L/min	UIP4000hdT
nuk zbatohet	10 deri në 100L/min	UIP16000
nuk zbatohet	më e madhe	grup njësish UIP16000

Na kontaktoni! / Na pyesni!

Dispergimi tejzanor i nanotubave të karbonit: Sonikatori Hielscher UP400S (400W) i dispergon dhe i shpleks nanotubat e karbonit (CNT) shpejt dhe me efikasitet në nanotuba të veçuar.

Tema të lidhura

Literatura / Referencat

SOP – Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator – Hielscher Ultrasonics
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.

Fakte që ia vlen të dini

Çfarë janë nanotubat e karbonit

Nanotubat e karbonit (CNT) bëjnë pjesë në një klasë të veçantë materialesh karboni njëpërmasore, të cilat shfaqin veti të jashtëzakonshme mekanike, elektrike, termike dhe optike. Ato janë një përbërës kryesor i përdorur në zhvillimin dhe prodhimin e nanomaterialeve të avancuara, si nanokompozitet, polimeret e përforcuara etj., dhe për këtë arsye përdoren në teknologjitë më të përparuara. CNT-të shfaqin qëndrueshmëri shumë të lartë në tërheqje, veti superiore të transferimit të nxehtësisë, hendeqe të vogla energjetike midis brezave dhe qëndrueshmëri optimale kimike e fizike, gjë që i bën nanotubat një aditiv premtues për materiale të shumëllojshme.
Në varësi të strukturës së tyre, CNTS ndahen në nanotuba karboni me një mur (SWNT), nanotuba karboni me dy mure (DWCNT) dhe nanotuba karboni me shumë mure (MWNT).
SWNT-të janë tuba cilindrikë të gjatë e të zbrazët, të formuar nga një mur karboni me trashësi prej një atomi. Fleta atomike e karbonit është e organizuar në një rrjetë në formë hoje mjalti. Shpesh, nga ana konceptuale, ato krahasohen me fletë të mbështjella grafiti njështresor ose grafeni.
DWCNT-të përbëhen nga dy nanotuba me një mur, ku njëra është e futur brenda tjetrës.
MWNT-të janë një formë CNT-sh, ku disa nanotuba karboni me një mur janë të futura njëra brenda tjetrës. Meqenëse diametri i tyre varion ndërmjet 3–30 nm dhe ato mund të rriten deri në disa cm gjatësi, raporti i gjatësisë ndaj diametrit të tyre mund të variojë ndërmjet 10 dhe dhjetë milionëve. Krahasuar me nanofibrat e karbonit, MWNT-të kanë një strukturë të ndryshme të murit, një diametër të jashtëm më të vogël dhe një brendësi të zbrazët. Lloje MWNT-sh të disponueshme në tregun industrial dhe të përdorura zakonisht janë, p.sh., Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 dhe FutureCarbon CNT-MW.
Sinteza e CNT-ve: CNT-të mund të prodhohen me metodën e sintezës me bazë plazme ose metodën e avullimit me shkarkim me hark elektrik, metodën e ablacionit me lazer, procesin e sintezës termike, depozitimin kimik nga faza e avullit (CVD) ose depozitimin kimik nga faza e avullit të përforcuar me plazmë.
Funksionalizimi i CNT-ve: Për të përmirësuar karakteristikat e nanotubave të karbonit dhe për t’i bërë kështu më të përshtatshme për një aplikim specifik, CNT-të shpesh funksionalizohen, p.sh. duke shtuar grupe të acidit karboksilik (-COOH) ose grupe hidroksile (-OH).

Aditivë për dispergimin e CNT-ve

Disa tretës, si superacidet, lëngjet jonike dhe N-cikloheksil-2-pirrolidoni, mundësojnë përgatitjen e dispersioneve të CNT-ve me përqendrime relativisht të larta, ndërsa tretësit më të zakonshëm për nanotubat, si N-metil-2-pirrolidoni (NMP), dimetilformamidi (DMF) dhe 1,2-diklorobenzeni, mund t’i dispergojnë nanotubat vetëm në përqendrime shumë të ulëta (p.sh., zakonisht <0,02 wt% të CNT-ve me një mur). Agjentët dispergues më të zakonshëm janë polivinilpirrolidoni (PVP), dodecilbenzensulfonati i natriumit (SDBS), Triton 100 ose dodecilsulfonati i natriumit (SDS).
Krezolet janë një grup kimikatesh industriale që mund të përpunojnë CNT në përqendrime deri në dhjetëra për qind të masës, duke sjellë një kalim të vazhdueshëm nga dispersionet e holluara, pastat e trasha dhe xhelet që ruajnë formën pa mbështetje, në një gjendje të paparë më parë, të ngjashme me brumin për modelim, me rritjen e përmbajtjes së CNT-ve. Këto gjendje shfaqin veti reologjike dhe viskoelastike të ngjashme me ato të polimereve, të cilat nuk arrihen me tretës të tjerë të zakonshëm, duke sugjeruar se nanotubat janë vërtet të çagreguara dhe të disperguara imët në krezole. Krezolet mund të hiqen pas përpunimit me ngrohje ose larje, pa ndryshuar sipërfaqen e CNT-ve. [Chiou et al. 2018]

Aplikimet e dispersioneve të CNT-ve

Për të shfrytëzuar përfitimet e CNT-ve, ato duhet të dispergohen në një lëng, si p.sh. një polimer. CNT-të e disperguara në mënyrë të njëtrajtshme përdoren për prodhimin e plastikave përçuese, ekraneve me kristale të lëngëta, diodave organike që emetojnë dritë, ekraneve me prekje, ekraneve fleksibël, qelizave diellore, bojërave përçuese, materialeve për kontrollin e elektricitetit statik, përfshirë filmat, shkumat, fibrat dhe pëlhurat, veshjeve dhe ngjitësve polimerikë, kompoziteve polimerike me performancë të lartë, me qëndrueshmëri mekanike dhe rezistencë ndaj thyerjes të jashtëzakonshme, fibrave kompozite polimer/CNT, si dhe materialeve të lehta dhe antistatike.

Cilat janë format e karbonit?
Karboni ekziston në disa forma alotropike, përfshirë:

Forma kristalore: Diamanti, grafiti, grafeni, nanotubat e karbonit (CNT), fulerenet (p.sh., C₆₀).
Forma amorfe: Qymyri i drurit, bloza, e zeza e karbonit, karboni qelqor, karboni i ngjashëm me diamantin (DLC), karboni amorf njështresor (MAC).
Nanostruktura hibride: Nanodiamantet, strukturat e karbonit me shtresa koncentrike si qepë, aeroxhelet e karbonit dhe kompozitet si hibridet nanokarbon–metal.

Secila formë shfaq veti fiziko-kimike të dallueshme, me rëndësi për aplikime në shkencën e materialeve, elektronikë dhe ruajtjen e energjisë.