Како појединачно распршити угљеничне наноцеви са једним зидом
Угљеничне наноцеви са једним зидом (СВНТ или СВЦНТ) имају јединствене карактеристике, али да би их изразиле морају бити појединачно дисперговане. Да би се у потпуности искористиле изузетне карактеристике угљеничних наноцеви са једним зидом, цеви морају бити најпотпуније расплетене. СВНТ као и друге наночестице показују веома високе силе привлачења, тако да је потребна моћна и ефикасна техника за поуздану деагломерацију и дисперзију. Док уобичајене технике мешања не обезбеђују интензитет потребан за расплетање СВНТ-а без њиховог оштећења, доказано је да ултразвук велике снаге раставља и распршује СВНТ. Ултразвучно генерисане кавитационе смичне силе су довољно моћне да превазиђу силе везивања, док се интензитет ултразвука може прецизно подесити како би се избегло оштећење СВЦНТ-а.
Проблем:
Угљеничне наноцеви са једним зидом (СВЦНТ) се разликују од угљеничних наноцеви са више зидова (МВНТс/МВЦНТ) по својим електричним својствима. Размак у појасу СВЦНТ може да варира од нула до 2 еВ и њихова електрична проводљивост карактерише метално или полупроводно понашање. Пошто су угљеничне наноцеви са једним зидом веома кохезивне, једна од главних препрека у обради СВЦНТ-а је инхерентна нерастворљивост цеви у органским растварачима или води. Да би се искористио пуни потенцијал СВЦНТ-а, потребан је једноставан, поуздан и скалабилан процес деагломерације цеви. Посебно, функционализација бочних зидова или отворених крајева ЦНТ-а да би се створио одговарајући интерфејс између СВЦНТ-а и органског растварача резултира само делимичним пилингом СВЦНТ-а. Стога се СВЦНТ-ови углавном распршују као снопови, а не као појединачни деагломерирани ужад. Ако су услови током дисперзије сувише тешки, СВЦНТ ће се скратити на дужине између 80 и 200 нм. За већину практичних примена, односно за полупроводничке или ојачане СВЦНТ, ова дужина је премала.

УИП2000хдТ, 2кВ моћан ултрасоникатор за распршивање СВЦНТ-а.
Решење:
Ултразвук је веома ефикасан метод дисперговања и деагломерације угљеничних наноцеви, пошто ултразвучни таласи ултразвука високог интензитета стварају кавитацију у течностима. Звучни таласи који се шире у течном медију резултирају наизменичним циклусима високог притиска (компресија) и ниског притиска (разређивања), са брзинама које зависе од фреквенције. Током циклуса ниског притиска, ултразвучни таласи високог интензитета стварају мале вакуумске мехуриће или празнине у течности. Када мехурићи достигну запремину при којој више не могу да апсорбују енергију, они се насилно срушавају током циклуса високог притиска. Овај феномен се назива кавитација. Током имплозије локално се постижу веома високе температуре (око 5.000 К) и притисци (приближно 2.000 атм). Имплозија кавитационог мехурића такође резултира млазовима течности брзине до 280м/с. Ове течне млазне струје настају из ултразвучна кавитација, превазилазе силе везивања између угљеничних наноцеви и стога наноцеви постају деагломериране. Благи, контролисани ултразвучни третман је одговарајући метод за стварање суспензија диспергованих СВЦНТ-ова велике дужине стабилизованих сурфактантом. За контролисану производњу СВЦНТ-а, Хиелсцхерови ултразвучни процесори омогућавају рад у широком опсегу скупова ултразвучних параметара. Ултразвучна амплитуда, притисак течности и састав течности могу се мењати у зависности од специфичног материјала и процеса. Ово нуди променљиве могућности подешавања, као нпр
- амплитуде сонотроде до 170 микрона
- притисци течности до 10 бара
- проток течности до 15Л/мин (у зависности од процеса)
- температуре течности до 80 °Ц (остале температуре на захтев)
- вискозност материјала до 100.000 цп
Ултрасониц Екуипмент
Хиелсцхер нуди високе перформансе ултразвучни процесори за соникацију сваке свеске. Ултразвучни уређаји од 50 вати до 16.000 вати, који се могу поставити у кластере, омогућавају проналажење одговарајућег ултразвучног уређаја за сваку примену, како у лабораторији тако иу индустрији. За софистицирану дисперзију наноцеви, препоручује се континуирана соникација. Користећи Хиелсцхерове проточне ћелије, постаје могуће распршити ЦНТ у течности повишеног вискозитета као што су полимери, растопине високог вискозитета и термопласти.
Кликните овде да прочитате више о дисперзији и модификацији наноцеви ултразвуком велике снаге!
Контактирајте нас! / Питајте нас!

Ултразвучно дисперговање наноцеви (УП400Ст)

Распршивање ЦНТ-а помоћу Хиелсцхеровог лабораторијског уређаја УП50Х

Ултразвук високих перформанси! Хиелсцхеров асортиман производа покрива читав спектар од компактног лабораторијског ултразвучног апарата преко стоних уређаја до потпуно индустријских ултразвучних система.
Литература / Референце
- Cheng, Qiaohuan; Debnath, Sourabhi; Gregan, Elizabeth; Byrne, Hugh J. (2010): Ultrasound-Assisted SWNTs Dispersion: Effects of Sonication Parameters and Solvent Properties. The Journal of Physical Chemistry C, 114(19), 2010. 8821–8827.
- Tenent, Robert; Barnes, Teresa; Bergeson, Jeremy; Ferguson, Andrew; To, Bobby; Gedvilas, Lynn; Heben, Michael; Blackburn, Jeffrey (2009): Ultrasmooth, Large‐Area, High‐Uniformity, Conductive Transparent Single‐Walled‐Carbon‐Nanotube Films for Photovoltaics Produced by Ultrasonic Spraying. Advanced Materials. 21. 3210 – 3216.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
Чињенице које вреди знати
Ултразвучни уређаји се често називају соникатор сонде, ултразвучни хомогенизатор, звучни лизер, ултразвучни дисруптор, ултразвучни млин, соно-руптор, сонификатор, звучни дисмембратор, ћелијски дисруптор, ултразвучни дисперзер или растварач. Различити термини произилазе из различитих апликација које се могу испунити соникацијом.