En jämn spridning av CNT i 3D-utskrivbara bläck kan förbättra bläckets egenskaper och möjliggöra nya applikationer inom olika områden. Probe-typ ultraljud är en mycket tillförlitlig spridningsteknik för att producera stabila nanosuspensioner av CNT i polymerer.

Effektiv och stabil CNT-dispersion i polymerer på grund av ultraljudsbehandling

Kolnanorör (CNT) sprids ofta i kiseloljor för olika tillämpningar på grund av deras unika egenskaper. Spridningen av CNT i kiseloljor kan förbättra de mekaniska, termiska och elektriska egenskaperna hos de resulterande materialen. En sådan tillämpning är tillverkning av CNT-dopade polymerer för ledande 3D-utskrivbara bläck, t.ex. för biobaserad additiv tillverkning av bärbara taktila sensorer, patientspecifika vävnadsregenereringsställningar och flexibla EKG- och EEG-elektroder.
Dessutom kan CNT dispergerade i kiseloljor användas som ledande bläck i elektroniska enheter, såsom flexibla skärmar och sensorer. CNT: erna fungerar som ledande vägar, vilket möjliggör flödet av elektrisk ström.

Fördelar med ultraljud CNT / polymer dispersion

Ultraljud är en mycket effektiv spridningsteknik, som kommer med flera fördelar. Fördelarna med ultraljud spridning av kolnanorör (CNT) i polymerer inkluderar:

Allmänt protokoll för ultraljud produktion av CNT / PDMS kompositer

Ultraljud används för spridning av många nano-storlek material i polymerer. En specifik och vanligt förekommande tillämpning är dispersionen av kolnanorör (CNT) i dimetylpolysiloxan (PDMS) med hjälp av sond-typ ultraljudsbehandling. För att sprida CNT i PDMS-matrisen används ultraljud och de resulterande effekterna av akustisk kavitation för att reda ut nanorören och blanda dem enhetligt i en nanosuspension. Sond-typ ultraljudsbehandling är en kraftfull metod för spridning av CNT på grund av dess förmåga att generera intensiva kavitationskrafter som effektivt kan bryta upp och sprida agglomererade CNT.
Ultraljud spridning är ett enkelt bearbetningssteg som inte kräver någon specifik för- eller efterbehandling. Ultraljudsutrustningen i sig är säker och enkel att använda.
Dispersionsprocessen med hjälp av sond-typ ultraljudsbehandling innebär vanligtvis följande steg:

1. Beredning av CNT-PDMS-blandningen: En förutbestämd mängd CNT tillsätts till PDMS-matrisen och förblandas med mekanisk omrörare. Intressant nog kan den elektriska ledningsförmågan ökas genom att fördispergera CNT i ett lösningsmedel. Bästa resultat uppnås med tetrahydrofuran (THF), aceton eller kloroform (sorterade efter bästa resultat).
2. Sond-typ ultraljudsbehandling: Blandningen utsätts för sond-typ ultraljudsbehandling med hjälp av en högintensiv ultraljudssond som genererar ultraljudsvågor med en frekvens av typiskt ca. 20 kHz. Beroende på volym och formulering, ultraljudsbehandling utförs vanligtvis i flera minuter för att säkerställa fullständig spridning av CNT.
3. Övervakning av spridningen: Spridningen av CNT övervakas med hjälp av tekniker som svepelektronmikroskopi (SEM), transmissionselektronmikroskopi (TEM) eller UV-Vis-spektroskopi. Dessa tekniker kan användas för att visualisera fördelningen av CNT inom PDMS-matrisen och för att säkerställa att CNT: erna är jämnt spridda.

Sammanfattningsvis är sond-typ ultraljudsbehandling en kraftfull metod för att sprida CNT i polymerer såsom PDMS på grund av dess förmåga att generera intensiva kavitationskrafter som effektivt kan bryta upp och sprida agglomererade CNT.

Fallstudier av ultraljud tillverkning av CNT / polymer kompositer

Spridningen av nanorör och andra kolbaserade nanomaterial med hjälp av sond-typ ultraljud har undersökts omfattande och har därefter genomförts i industriell produktion. Nedan presenterar vi några forskningsstudier, som visar den exceptionella effektiviteten av ultraljud nanotube dispersion.

Ultraljud spridning av CNT i PDMS för bärbara sensorer

Del Bosque et al. (2022) jämförde trevalsfräsning och ultraljudsbehandling för deras effektivitet av CNT-dispersion. Analysen av dispersionsförfarandet för nanopartiklar i polymermatrisen visar att ultraljudstekniken ger en högre elektrisk känslighet jämfört med trevalsfräsning på grund av den högre homogeniteten hos CNT-fördelningen inducerad av kavitationskrafterna. Vid testning av olika CNT-belastningar visade sig perkolationströskeln för CNT-PDMS-systemet, det vill säga det kritiska CNT-innehållet i vilket det blir elektriskt ledande, vara 0,4 viktprocent CNT. Multi-Wall Carbon Nanotubes (MWCNTs) dispergerades genom ultraljud med Hielscher ultrasonicator UP400ST (se bilden till vänster) vid 0,5 pulscykler och 50% amplitud för 2h. Effekterna av ultraljud spridning under loppet av ultraljudsbehandling tid visas på bilden nedan.
Baserat på denna analys valdes de optimala förutsättningarna för tillverkning av bärbara sensorer som 0.4 viktprocent CNT med hjälp av en ultraljudsprocess. I detta avseende visade en analys av det elektriska svaret under på varandra följande belastningscykler en hög robusthet hos de utvecklade sensorerna, utan någon skada vid 2%, 5% och 10% belastning, vilket gör dessa sensorer tillförlitliga för övervakning av medelbelastning.

Ultraljud spridning av MWCNTs i PDMS med hjälp av ultrasonicator UP400St vid olika ultraljudsbehandling gånger.
(Studie och bild: ©del Bosque et al., 2022)

Högpresterande ultraljud dispergering utrustning för CNT / polymer nanokompositer

Hielscher Ultrasonics tillverkare hög effekt ultraljud sonder för krävande spridning applikationer i lab, bänk-top och industrin. Hielscher Ultrasonics dispersorer ger effektiv och exakt homogenisering och dispersion av nanomaterial i lösningsmedel, polymerer och kompositer.
Med sin avancerade ultraljudsteknik erbjuder dessa dispersorer en snabb och enkel lösning för att uppnå enhetlig partikelstorleksfördelning, stabila dispersioner och / eller nanopartikelfunktionalisering.
Genom att minska bearbetningstiden och minimera energiförbrukningen kan ultraljudsprobdispersorer förbättra produktiviteten och minska driftskostnaderna för företag inom en mängd olika branscher.
Hielscher ultrasonicators kan också anpassas för att passa specifika krav, med alternativ för en rad sondstorlekar, booster horn, effektnivåer, och flödesceller, vilket gör dem mångsidiga och anpassningsbara till olika nano-formuleringar och volymer.
Sammantaget är ultraljudssonddispersorer en utmärkt investering för laboratorier och industrier som vill optimera sina arbetsflöden för bearbetning av nanomaterial och uppnå konsekventa, tillförlitliga resultat.

Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielscher ultrasonicators är kända för sin högsta kvalitet och design standarder. Robusthet och enkel användning möjliggör smidig integration av våra ultraljudsapparater i industrianläggningar. Grova förhållanden och krävande miljöer hanteras på ett tillförlitligt sätt av Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultrasonicators med state-of-the-art teknik och användarvänlighet. Naturligtvis är Hielscher ultrasonicators CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera: