Дисперзија угљеничних наноцеви у мастилима за 3Д штампање

Уједначена дисперзија ЦНТ-а у мастилима за 3Д штампање може побољшати својства мастила и омогућити нове примене у различитим областима. Ултразвук типа сонде је веома поуздана техника дисперговања за производњу стабилних наносуспензија ЦНТ-а у полимерима.

Ефикасна и стабилна ЦНТ дисперзија у полимерима због ултразвука

Угљеничне наноцеви (ЦНТ) се често распршују у силицијумским уљима за различите примене због својих јединствених својстава. Дисперзија ЦНТ-а у силицијумским уљима може побољшати механичка, термичка и електрична својства добијених материјала. Једна од таквих примена је производња полимера допираних ЦНТ-ом за проводне боје за 3Д штампање, на пример, за адитивну производњу носивих тактилних сензора на бази биологије, скела за регенерацију ткива специфичних за пацијента и флексибилних ЕКГ и ЕЕГ електрода.
Поред тога, ЦНТ дисперговани у силицијумским уљима могу се користити као проводна мастила у електронским уређајима, као што су флексибилни дисплеји и сензори. ЦНТ делују као проводни путеви, омогућавајући проток електричне струје.

Предности ултразвучне ЦНТ/полимерне дисперзије

Ултрасоницатион је веома ефикасна техника дисперговања, која долази са неколико предности. Предности ултразвучног дисперговања угљеничних наноцеви (ЦНТ) у полимерима укључују:

Општи протокол за ултразвучну производњу ЦНТ/ПДМС композита

Ултразвук се користи за дисперзију бројних материјала нано величине у полимерима. Специфична и често коришћена примена је дисперзија угљеничних наноцеви (ЦНТ) у диметилполисилоксану (ПДМС) коришћењем соникације типа сонде. Да би се ЦНТ распршили у ПДМС матрицу, ултразвук снаге и резултујући ефекти акустичне кавитације се користе за детанглеирање наноцеви и њихово равномерно мешање у наносуспензију. Соникација типа сонде је моћна метода за дисперговање ЦНТ-а због своје способности да генерише интензивне силе кавитације које могу ефикасно разбити и распршити агломериране ЦНТ-ове.
Ултразвучно дисперговање је једноставан корак обраде који не захтева посебан пре- или накнадни третман. Сама ултразвучна опрема је сигурна и лака за руковање.
Процес дисперзије коришћењем сонде типа сонде обично укључује следеће кораке:

1. Припрема смеше ЦНТ-ПДМС: Унапред одређена количина ЦНТ се додаје у ПДМС матрицу и претходно се меша помоћу механичке мешалице. Занимљиво је да би се пре-дисперговањем ЦНТ-а у растварачу могла повећати електрична проводљивост. Најбољи резултати се постижу тетрахидрофураном (ТХФ), ацетоном или хлороформом (поређани према најбољим резултатима).
2. Соникација типа сонде: Смеша се подвргава соникацији типа сонде коришћењем ултразвучне сонде високог интензитета која генерише ултразвучне таласе са фреквенцијом типично прибл. 20 кХз. У зависности од запремине и формулације, соникација се обично изводи неколико минута како би се осигурала потпуна дисперзија ЦНТ-а.
3. Праћење дисперзије: Дисперзија ЦНТ-а се прати коришћењем техника као што су скенирајућа електронска микроскопија (СЕМ), трансмисиона електронска микроскопија (ТЕМ) или УВ-Вис спектроскопија. Ове технике се могу користити за визуелизацију дистрибуције ЦНТ-а унутар ПДМС матрице и да би се осигурало да су ЦНТ-ови равномерно дисперговани.

Укратко, соникација типа сонде је моћна метода за дисперговање ЦНТ-а у полимерима као што је ПДМС због своје способности да генерише интензивне силе кавитације које могу ефикасно разбити и распршити агломериране ЦНТ.

Студије случаја ултразвучне производње ЦНТ/полимерних композита

Дисперзија наноцеви и других наноматеријала заснованих на угљенику коришћењем ултразвучне сонде је опсежно истражена и касније је имплементирана у индустријску производњу. У наставку представљамо неколико истраживачких студија, које показују изузетну ефикасност ултразвучне дисперзије наноцеви.

Ултразвучна дисперзија ЦНТ у ПДМС за носиве сензоре

Дел Боскуе и др. (2022) упоредили су млевење са три ваљка и соникацију за њихову ефикасност дисперзије ЦНТ-а. Анализа поступка дисперзије наночестица у полимерну матрицу показује да техника ултразвучне обраде обезбеђује већу електричну осетљивост у односу на троваљно млевење због веће хомогености дистрибуције ЦНТ изазване силама кавитације. Тестирањем различитих ЦНТ оптерећења, утврђено је да је праг перколације ЦНТ-ПДМС система, односно критични садржај ЦНТ у којем он постаје електрично проводљив, 0,4 теж.% ЦНТ. Вишезидне угљеничне наноцеви (МВЦНТ) су дисперговане ултразвуком коришћењем Хиелсцхер ултрасоницатора УП400СТ (види слику лево) при 0,5 импулсних циклуса и 50 % амплитуде током 2 сата. Ефекти ултразвучног дисперговања током времена соникације приказани су на слици испод.
На основу ове анализе изабрани су оптимални услови за производњу носивих сензора као 0,4 теж.% ЦНТ-а помоћу процеса ултразвучне обраде. С тим у вези, анализа електричног одзива при узастопним циклусима оптерећења показала је високу робусност развијених сензора, без присуства оштећења од 2%, 5% и 10% деформације, што ове сензоре чини поузданим за праћење средњег напрезања.

Ултразвучна дисперзија МВЦНТ-а у ПДМС-у помоћу ултразвучног апарата УП400Ст у различитим временима соникације.
(Студија и слика: ©дел Боскуе ет ал., 2022)

Ултразвучна опрема за дисперговање високих перформанси за ЦНТ/полимерне нанокомпозите

Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучне сонде велике снаге за захтевне апликације за дисперзију у лабораторији, на столу и у индустрији. Хиелсцхер Ултрасоницс дисперзатори обезбеђују ефикасну и прецизну хомогенизацију и дисперзију наноматеријала у растварачима, полимерима и композитима.
Са својом напредном ултразвучном технологијом, ови дисперзатори нуде брзо и једноставно решење за постизање уједначене дистрибуције величине честица, стабилних дисперзија и/или функционализације наночестица.
Смањењем времена обраде и минимизирањем потрошње енергије, ултразвучни дисперзатори сонде могу побољшати продуктивност и смањити оперативне трошкове за предузећа у различитим индустријама.
Хиелсцхер ултрасоникатори се такође могу прилагодити специфичним захтевима, са опцијама за низ величина сонде, појачавача, нивоа снаге и проточних ћелија, што их чини разноврсним и прилагодљивим различитим нано-формулацијама и запреминама.
Све у свему, ултразвучни дисперзатори сонде су одлична инвестиција за лабораторије и индустрије које желе да оптимизују своје радне токове обраде наноматеријала и постигну конзистентне, поуздане резултате.

Дизајн, производња и консалтинг – Квалитет Маде ин Германи

Хиелсцхер ултрасоникатори су познати по свом највишем квалитету и стандардима дизајна. Робусност и једноставан рад омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних апарата у индустријске објекте. Хиелсцхер ултрасоникатори поуздано управљају тешким условима и захтевним окружењима.

Хиелсцхер Ултрасоницс је ИСО сертификована компанија и ставља посебан нагласак на ултрасоникаторе високих перформанси са најсавременијом технологијом и једноставношћу за коришћење. Наравно, Хиелсцхер ултрасоникатори су усаглашени са ЦЕ и испуњавају захтеве УЛ, ЦСА и РоХ.

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: