Равномерно дисперговани ЦНТ ултразвуком
Да би се искористиле изузетне функционалности угљеничних наноцеви (ЦНТ), оне морају бити хомогено дисперговане.
Ултразвучни дисперзатори су најчешћи алат за дистрибуцију ЦНТ-а у водене суспензије и суспензије на бази растварача.
Ултразвучна технологија дисперговања ствара довољно велику енергију смицања да би се постигло потпуно одвајање ЦНТ-а без њиховог оштећења.
Ултразвучно дисперговање угљеничних наноцеви
Угљеничне наноцеви (ЦНТ) имају веома висок однос ширине и висине и показују ниску густину, као и огромну површину (неколико стотина м2/г), што им даје јединствена својства као што су веома висока затезна чврстоћа, крутост и жилавост и веома висока електрична и топлотна проводљивост. Због Ван дер Валсових сила, које привлаче појединачне угљеничне наноцеви (ЦНТ) једна другој, ЦНТ се нормално слажу у снопове или плетенице. Ове интермолекуларне силе привлачења су засноване на феномену слагања π-веза између суседних наноцеви познатом као π-слагање. Да би се извукла потпуна корист од угљеничних наноцеви, ови агломерати морају бити растављени, а ЦНТ морају бити равномерно распоређени у хомогеној дисперзији. Интензивна ултразвучна обрада ствара акустичну кавитацију у течностима. Тиме створено локално напрезање смицања ломи ЦНТ агрегате и равномерно их распршује у хомогену суспензију. Ултразвучна технологија дисперговања ствара довољно велику енергију смицања да би се постигло потпуно одвајање ЦНТ-а без њиховог оштећења. Чак и за осетљиве СВНТ-ове соникација се успешно примењује да би се они појединачно раздвојили. Ултразвук само испоручује довољан ниво напрезања да одвоји СВНТ агрегате без изазивања много лома појединачних наноцеви (Хуанг, Терентјев 2012).
- Једнодисперзни ЦНТ
- Хомогена дистрибуција
- Висока ефикасност дисперзије
- Висока ЦНТ оптерећења
- Нема деградације ЦНТ-а
- Брза обрада
- прецизна контрола процеса
УИП2000хдТ – 2кВ моћни ултрасоникатор за ЦНТ дисперзије
Ултразвучни системи високих перформанси за ЦНТ дисперзије
Хиелсцхер Ултрасоницс испоручује моћну и поуздану ултразвучну опрему за ефикасну дисперзију ЦНТ-а. Било да треба да припремите мале ЦНТ узорке за анализу и Р&Д или морате да производите велике индустријске серије расутих дисперзија, Хиелсцхер-ов асортиман производа нуди идеалан ултразвучни систем за ваше захтеве. Од 50В ултрасоникатори за лабораторију до 16кВ индустријске ултразвучне јединице за комерцијалну производњу, Хиелсцхер Ултрасоницс вас покрива.
Да би се произвеле висококвалитетне дисперзије угљеничних наноцеви, параметри процеса морају бити добро контролисани. Амплитуда, температура, притисак и време задржавања су најкритичнији параметри за равномерну дистрибуцију ЦНТ-а. Хиелсцхерови ултрасоникатори не само да омогућавају прецизну контролу сваког параметра, већ се сви параметри процеса аутоматски снимају на интегрисану СД картицу Хиелсцхерових дигиталних ултразвучних система. Протокол сваког процеса соникације помаже да се осигурају поновљиви резултати и доследан квалитет. Преко даљинске контроле претраживача корисник може управљати и надгледати ултразвучни уређај без да се налази на локацији ултразвучног система.
Пошто угљеничне наноцеви са једним зидом (СВНТ) и угљеничне наноцеви са више зидова (МВНТ), као и одабрани водени или растварач медијум захтевају специфичне интензитете обраде, ултразвучна амплитуда је кључни фактор када је у питању финални производ. Хиелсцхер Ултрасоницс’ индустријски ултразвучни процесори могу да испоруче веома високе, као и веома благе амплитуде. Одредите идеалну амплитуду за ваше захтеве процеса. Чак и амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде. Робусност Хиелсцхерове ултразвучне опреме омогућава 24/7 рад у тешким условима иу захтевним окружењима.
Наши купци су задовољни изузетном робусношћу и поузданошћу Хиелсцхер Ултрасониц система. Инсталација у области апликација за тешке услове рада, захтевних окружења и 24/7 рада обезбеђују ефикасну и економичну обраду. Ултразвучно интензивирање процеса скраћује време обраде и постиже боље резултате, односно већи квалитет, већи приноси, иновативни производи.
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:
| Батцх Волуме | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 0.5 до 1.5 мЛ | на | ВиалТвеетер |
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | УП100Х |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л/мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100 л | 2 до 10 л/мин | УИП4000хдТ |
| на | 10 до 100 л/мин | УИП16000 |
| на | већи | кластер оф УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Ултразвучни процесори велике снаге од лабораторијских до пилотских и индустријских размера.
Литература / Референце
- 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.
Чињенице које вреди знати
Царбон Нанотубес
Угљеничне наноцеви (ЦНТ) су део посебне класе једнодимензионалних угљеничних материјала, показујући изузетна механичка, електрична, термичка и оптичка својства. Они су главна компонента која се користи у развоју и производњи напредних наноматеријала као што су нано-композити, ојачани полимери итд. и стога се користе у најсавременијим технологијама. ЦНТ излажу веома високу затезну чврстоћу, супериорне особине топлотног преноса, ниске размаке и оптималну хемијску и физичку стабилност, што чини наноцеви обећавајућим додатком за различите материјале.
У зависности од њихове структуре, ЦНТС се разликују на угљеничне наноцеви са једним зидом (СВНТ), угљеничне наноцеви са двоструким зидовима (ДВЦНТ) и угљеничне наноцеви са више зидова (МВНТ).
СВНТ су шупље, дугачке цилиндричне цеви направљене од угљеничног зида дебљине једног атома. Атомски слој угљеника је распоређен у решетку саћа. Често се концептуално пореде са умотаним листовима једнослојног графита или графена.
ДВЦНТ се састоје од две једнозидне наноцеви, од којих је једна угнежђена у другу.
МВНТ су ЦНТ облик, где је више једнозидних угљеничних наноцеви угнежђено једна у другу. Пошто се њихов пречник креће између 3-30 нм и како могу да нарасту неколико цм дужине, њихов однос ширине и висине може да варира између 10 и десет милиона. У поређењу са угљеничним нановлакнима, МВНТ имају другачију структуру зида, мањи спољни пречник и шупљу унутрашњост. Обично коришћени индустријски доступни типови МВНТ-а су нпр. Баитубес® Ц150П, Наноцил® НЦ7000, Аркема Грапхистренгтх® Ц100 и ФутуреЦарбон ЦНТ-МВ.
Синтеза ЦНТ-а: ЦНТ се могу произвести методом синтезе заснованом на плазми или методом испаравања лучним пражњењем, методом ласерске аблације, процесом термалне синтезе, хемијским таложењем паре (ЦВД) или хемијским таложењем паре појачаним плазмом.
Функционализација ЦНТ-а: Да би се побољшале карактеристике угљеничних наноцеви и учиниле их прикладнијим за специфичну примену, ЦНТ се често функционализују, на пример додавањем карбоксилне киселине (-ЦООХ) или хидроксил (-ОХ) група.
ЦНТ дисперзивни адитиви
Неколико растварача као што су супер киселине, јонске течности и Н-циклохексил-2-пиролиднон су у стању да припреме дисперзије ЦНТ-а релативно високе концентрације, док су најчешћи растварачи за наноцеви, као што је Н-метил-2-пиролидон (НМП ), диметилформамид (ДМФ) и 1,2-дихролобензен, могу дисперговати наноцеви само при веома ниским концентрацијама (нпр. <0.02 теж% једнозидних ЦНТ). Најчешћи дисперзиони агенси су поливинилпиролидон (ПВП), натријум додецил бензен сулфонат (СДБС), Тритон 100 или натријум додецил сулфонат (СДС).
Крезоли су група индустријских хемикалија које могу да обрађују ЦНТ у концентрацијама до десетина тежинских процената, што доводи до континуираног преласка из разблажених дисперзија, густих паста и самостојећих гелова у стање налик на тесто без преседана, како се оптерећење ЦНТ-а повећава. . Ова стања показују реолошка и вискоеластична својства слична полимерима, која се не могу постићи другим уобичајеним растварачима, што сугерише да су наноцеви заиста дезагрегиране и фино дисперговане у крезолима. Крезоли се могу уклонити након обраде загревањем или прањем, без промене површине ЦНТ-а. [Цхиоу ет ал. 2018]
Примене ЦНТ дисперзија
Да би се искористиле предности ЦНТ-а, они морају бити распршени у течности као што су полимери. Равномерно дисперговани ЦНТ се користе за производњу проводљиве пластике, дисплеја са течним кристалима, органских светлећих диода, екрана осетљивих на додир, флексибилних дисплеја, соларних ћелија, проводне мастила, статичке контролне материјале, укључујући филмове, пене, влакна и тканине, полимерне превлаке и лепкове, полимерне композите високих перформанси са изузетном механичком чврстоћом и жилавошћу, полимер/ЦНТ композитна влакна, као и лагане и антистатичке материјале.