Ултразвучно дисперговање угљеничних наноцеви (ЦНТ)

Угљеничне наноцеви су јаке и флексибилне, али веома кохезивне. Тешко се распршују у течности, као што су вода, етанол, уље, полимер или епоксидна смола. Ултразвук је ефикасан метод за добијање дискретних – једнодисперзно – угљеничне наноцеви.

Угљеничне наноцеви (ЦНТ) се користе у лепковима, премазима и полимерима и као електрично проводљива пунила у пластици за распршивање статичког наелектрисања у електричној опреми и у панелима каросерије аутомобила који се могу фарбати електростатички. Коришћењем наноцеви, полимери се могу учинити отпорнијим на температуре, јаке хемикалије, корозивна окружења, екстремне притиске и абразију. Постоје две категорије угљеничних наноцеви: наноцеви са једним зидом (СВНТ) и наноцеви са више зидова (МВНТ).

Угљеничне наноцеви су генерално доступне као суви материјали, нпр. од компанија, као нпр СЕС Ресеарцх или ЦНТ Цо., Лтд. Потребан је једноставан, поуздан и скалабилан процес за деагломерацију, како би се наноцеви искористиле до њиховог максималног потенцијала. За течности до 100.000 цП ултразвук је веома ефикасна технологија за дисперговање наноцеви у води, уљу или полимерима при ниским или високим концентрацијама. Млаз течности произилази из ултразвучна кавитација, превазилазе силе везивања између наноцеви и раздвајају цеви. Због ултразвучно генерисаних сила смицања и микро турбуленција, ултразвук такође може помоћи у површинском премазивању и хемијској реакцији наноцеви са другим материјалима.

Генерално, груба дисперзија наноцеви се прво претходно меша помоћу стандардне мешалице, а затим хомогенизује у реактору са ултразвучним проточним ћелијама. Видео испод приказује лабораторијско испитивање (серијска соникација помоћу а УП400С) дисперговање вишезидних угљеничних наноцеви у води при ниској концентрацији. Због хемијске природе угљеника, дисперзивно понашање наноцеви у води је прилично тешко. Као што је приказано у видео снимку, лако се може показати да је ултразвук способан да ефикасно распрши наноцеви.

Дисперзија појединачних СВНТ-ова велике дужине

Главни проблем за обраду и манипулацију СВНТ-има је инхерентна нерастворљивост епрувета у уобичајеним органским растварачима и води. Функционализација бочног зида или отворених крајева наноцеви ради стварања одговарајућег интерфејса између СВНТ-а и растварача углавном доводи до делимичног љуштења само СВНТ ужади.
Као резултат тога, СВНТ-ови су обично распршени као снопови, а не као потпуно изоловани појединачни објекти. Када се током дисперзије користе претешки услови, СВНТ-ови се скраћују на дужине између 80 и 200 нм. Иако је ово корисно за одређене тестове, ова дужина је премала за већину практичних примена, као што су полупроводнички или ојачавајући СВНТ. Контролисани, благи ултразвучни третман (нпр УП200Хт са сонотродом од 40 мм) је ефикасан поступак за припрему водених дисперзија дугих појединачних СВНТ-а. Секвенце благе ултразвучне обраде минимизирају скраћивање и омогућавају максимално очување структурних и електронских својстава.

Пречишћавање СВНТ ултразвуком уз помоћ полимера

Тешко је проучавати хемијску модификацију СВНТ на молекуларном нивоу, јер је тешко добити чисте СВНТ. СВНТ које се узгајају садрже многе нечистоће, као што су металне честице и аморфни угљеници. Ултразвучна обрада СВНТ-а у раствору монохлоробензена (МЦБ) поли(метил метакрилата) ПММА праћена филтрацијом је ефикасан начин за пречишћавање СВНТ-а. Ова метода пречишћавања потпомогнута полимером омогућава ефикасно уклањање нечистоћа из СВНТ-а који су израсли. (Иудасака и др.) Прецизна контрола амплитуде ултразвучне обраде омогућава ограничавање оштећења СВНТ-ова.

Хиелсцхер'с широк спектар ултразвучних уређаја и прибор за ефикасно дисперговање наноцеви.

• Компактни лабораторијски уређаји до Снага ултразвука 400 вати за распршивање у мање запремине до 2 литра
• УИП500хдТ, УИП1000хдТ и УИП1500хдТ су ултразвучни процесори који могу да обрађују веће количине.
• Ултразвучни системи 2кВ (УИП2000хдТ) и 4кВ (УИП4000хдТ) може се користити за производњу скале дисперговања угљеничних наноцеви.Тхе УИП10000 (10 киловата) анд тхе УИП16000 (16 киловата) може се користити у кластерима од неколико појединачних јединица за велику обраду угљеничних наноцеви.”

Књижевност

• Koshio, A., Yudasaka, M., Zhang, M., Iijima, S. (2001): A Simple Way to Chemically React Single-Wall Crabon Nanotubes with Organic Materials Using Ultrasonication; in Nano Letters, Vol. 1, No. 7, 2001, p. 361-363.
• Yudasaka, M., Zhang, M., Jabs, C. et al. (2000): Effect of an organic polymer in purification and cutting of single-wall carbon nanotubes. Appl Phys A 71, 449–451 (2000).
• Paredes, J. I., Burghard, M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length, in: Langmuir, Vol. 20, No. 12, 2004, 5149-5152, American Chemical Society.