การกระจายตัวของท่อนาโนคาร์บอนในหมึกสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ
การกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอของ CNTs ในหมึกสำหรับการพิมพ์ 3 มิติสามารถปรับปรุงคุณสมบัติของหมึกและเปิดโอกาสให้เกิดการใช้งานใหม่ในหลากหลายสาขา การใช้คลื่นอัลตราโซนิกแบบโพรบเป็นเทคนิคการกระจายตัวที่เชื่อถือได้อย่างยิ่งสำหรับผลิตสารแขวนลอยระดับนาโนของ CNTs ในพอลิเมอร์ที่มีความเสถียร
การกระจายตัวของ CNTs ในพอลิเมอร์อย่างมีประสิทธิภาพและเสถียรด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิก
ท่อนาโนคาร์บอน (CNTs) มักถูกกระจายตัวในน้ำมันซิลิคอนสำหรับการใช้งานหลากหลายประเภทเนื่องจากมีคุณสมบัติเฉพาะตัว การกระจายตัวของ CNTs ในน้ำมันซิลิคอนสามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกล ทางความร้อน และทางไฟฟ้าของวัสดุที่ได้ ตัวอย่างหนึ่งของการใช้งานดังกล่าวคือการผลิตพอลิเมอร์ที่เติม CNTs สำหรับหมึกนำไฟฟ้าที่ใช้ในการพิมพ์ 3 มิติ เช่น สำหรับการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุโดยใช้วัสดุชีวภาพเพื่อสร้างเซนเซอร์สัมผัสแบบสวมใส่ โครงร่างรองรับการฟื้นฟูเนื้อเยื่อเฉพาะผู้ป่วย และอิเล็กโทรด ECG และ EEG แบบยืดหยุ่น
นอกจากนี้ CNTs ที่กระจายตัวในน้ำมันซิลิคอนยังสามารถใช้เป็นหมึกนำไฟฟ้าในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น จอแสดงผลและเซนเซอร์แบบยืดหยุ่น CNTs ทำหน้าที่เป็นเส้นทางนำไฟฟ้า ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้
ระบบอัลตราโซนิกกำลังสูงระดับอุตสาหกรรมสำหรับการกระจายตัวแบบอินไลน์ในอุตสาหกรรม: เครื่องอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงเป็นระบบผสมแบบอินไลน์ที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพสูงอย่างยิ่งสำหรับการผลิตระบบกระจายตัวระดับนาโน เช่น CNTs ในพอลิเมอร์
ข้อดีของการกระจายตัวของ CNTs ในพอลิเมอร์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
การใช้คลื่นอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคการกระจายตัวที่มีประสิทธิภาพสูงมากและมีประโยชน์หลายประการ ข้อดีของการกระจายตัวของท่อนาโนคาร์บอน (CNTs) ในพอลิเมอร์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก ได้แก่:
ระบบอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมสำหรับกระบวนการละลายแบบอินไลน์ เช่น การกระจายท่อนาโนคาร์บอนอย่างสม่ำเสมอในสูตรพอลิเมอร์
ขั้นตอนทั่วไปสำหรับการผลิตคอมโพสิต CNT/PDMS ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
การใช้คลื่นอัลตราโซนิกนำมาใช้เพื่อกระจายวัสดุขนาดนาโนหลายชนิดในพอลิเมอร์ การใช้งานเฉพาะอย่างหนึ่งที่พบได้บ่อยคือการกระจายท่อนาโนคาร์บอน (CNTs) ใน dimethylpolysiloxane (PDMS) ด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิกแบบโพรบ ในการกระจาย CNTs เข้าไปในเมทริกซ์ PDMS จะใช้คลื่นอัลตราโซนิกกำลังสูงและผลของคาวิเทชันจากคลื่นเสียงที่เกิดขึ้นเพื่อคลายท่อนาโนที่พันกันและผสมให้เป็นสารแขวนลอยระดับนาโนอย่างสม่ำเสมอ การใช้คลื่นอัลตราโซนิกแบบโพรบเป็นวิธีที่มีประสิทธิผลสูงในการกระจาย CNTs เนื่องจากสามารถสร้างแรงคาวิเทชันที่รุนแรง ซึ่งสลายและกระจาย CNTs ที่เกาะกลุ่มกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเป็นขั้นตอนการแปรรูปที่เรียบง่าย ซึ่งไม่จำเป็นต้องมีการปรับสภาพเฉพาะก่อนหรือหลังการแปรรูป ตัวอุปกรณ์อัลตราโซนิกเองมีความปลอดภัยและใช้งานง่าย
กระบวนการกระจายตัวด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิกแบบโพรบโดยทั่วไปประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:
- การเตรียมส่วนผสม CNT-PDMS: เติม CNTs ในปริมาณที่กำหนดไว้ล่วงหน้าลงในเมทริกซ์ PDMS แล้วผสมเบื้องต้นด้วยเครื่องกวนเชิงกล สิ่งที่น่าสนใจคือการกระจาย CNTs ในตัวทำละลายไว้ล่วงหน้าอาจเพิ่มการนำไฟฟ้าได้ ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดได้จากการใช้ tetrahydrofuran (THF), acetone หรือ chloroform (เรียงตามผลลัพธ์ที่ดีที่สุด)
- การใช้คลื่นอัลตราโซนิกแบบโพรบ: นำส่วนผสมมาผ่านการใช้คลื่นอัลตราโซนิกแบบโพรบ โดยใช้โพรบอัลตราโซนิกความเข้มสูงที่สร้างคลื่นอัลตราโซนิกซึ่งโดยทั่วไปมีความถี่ประมาณ 20 kHz โดยทั่วไปจะใช้คลื่นอัลตราโซนิกเป็นเวลาหลายนาทีเพื่อให้มั่นใจว่า CNTs กระจายตัวอย่างสมบูรณ์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปริมาตรและสูตรส่วนผสม
- การติดตามการกระจายตัว: ติดตามการกระจายตัวของ CNTs ด้วยเทคนิคต่าง ๆ เช่น จุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) จุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) หรือสเปกโทรสโกปี UV-Vis เทคนิคเหล่านี้สามารถใช้แสดงภาพการกระจายของ CNTs ภายในเมทริกซ์ PDMS และตรวจสอบให้มั่นใจว่า CNTs กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ
โดยสรุป การใช้คลื่นอัลตราโซนิกแบบโพรบเป็นวิธีที่มีประสิทธิผลสูงในการกระจาย CNTs ในพอลิเมอร์ เช่น PDMS เนื่องจากสามารถสร้างแรงคาวิเทชันที่รุนแรง ซึ่งสลายและกระจาย CNTs ที่เกาะกลุ่มกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ
กรณีศึกษาการผลิตคอมโพสิต CNT/พอลิเมอร์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
การกระจายท่อนาโนและวัสดุนาโนที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบชนิดอื่นด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิกแบบโพรบได้รับการวิจัยอย่างกว้างขวาง และต่อมาได้นำไปใช้ในการผลิตระดับอุตสาหกรรม ด้านล่างนี้ เรานำเสนองานวิจัยบางส่วนที่แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพอันโดดเด่นของการกระจายท่อนาโนด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
การกระจาย CNTs ใน PDMS ด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสำหรับเซนเซอร์แบบสวมใส่
Del Bosque et al. (2022) เปรียบเทียบประสิทธิผลของการบดด้วยเครื่องบดแบบสามลูกกลิ้งกับการใช้คลื่นอัลตราโซนิกในการกระจาย CNTs การวิเคราะห์ขั้นตอนการกระจายอนุภาคนาโนในเมทริกซ์พอลิเมอร์แสดงให้เห็นว่าเทคนิคการใช้คลื่นอัลตราโซนิกให้ความไวทางไฟฟ้าสูงกว่าการบดด้วยเครื่องบดแบบสามลูกกลิ้ง เนื่องจากแรงคาวิเทชันทำให้ CNTs กระจายตัวเป็นเนื้อเดียวกันมากกว่า จากการทดสอบปริมาณ CNTs ที่เติมในระดับต่าง ๆ พบว่าเกณฑ์การเกิดโครงข่ายนำไฟฟ้าของระบบ CNT-PDMS ซึ่งหมายถึงปริมาณ CNTs วิกฤตที่ทำให้ระบบเริ่มนำไฟฟ้าได้ อยู่ที่ 0.4 wt% CNT ท่อนาโนคาร์บอนหลายผนัง (MWCNTs) ถูกกระจายด้วยคลื่นอัลตราโซนิกโดยใช้เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher รุ่น UP400ST (ดูภาพด้านซ้าย) ที่รอบพัลส์ 0.5 และแอมพลิจูด 50 % เป็นเวลา 2h ผลของการกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกตามระยะเวลาที่ใช้คลื่นอัลตราโซนิกแสดงในภาพด้านล่าง
จากการวิเคราะห์นี้ ได้เลือกสภาวะที่เหมาะสมที่สุดในการผลิตเซนเซอร์แบบสวมใส่เป็น CNT 0.4 wt.% โดยใช้กระบวนการอัลตราโซนิก ในการนี้ การวิเคราะห์การตอบสนองทางไฟฟ้าภายใต้รอบการรับแรงที่ต่อเนื่องกันแสดงให้เห็นว่าเซนเซอร์ที่พัฒนาขึ้นมีความทนทานสูง โดยไม่พบความเสียหายใด ๆ ที่ความเครียด 2%, 5% และ 10% ทำให้เซนเซอร์เหล่านี้เชื่อถือได้สำหรับการติดตามความเครียดระดับปานกลาง
การกระจาย MWCNTs ใน PDMS ด้วยคลื่นอัลตราโซนิกโดยใช้เครื่องอัลตราโซนิก UP400St ที่ระยะเวลาการใช้คลื่นอัลตราโซนิกต่าง ๆ
(งานวิจัยและภาพ: ©del Bosque et al., 2022)
อุปกรณ์กระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับนาโนคอมโพสิต CNT/พอลิเมอร์
Hielscher Ultrasonics ผลิตโพรบอัลตราโซนิกกำลังสูงสำหรับงานกระจายตัวที่มีข้อกำหนดสูงในห้องปฏิบัติการ ระดับตั้งโต๊ะ และระดับอุตสาหกรรม เครื่องกระจายตัวของ Hielscher Ultrasonics ให้การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันและการกระจายวัสดุนาโนในตัวทำละลาย พอลิเมอร์ และคอมโพสิตอย่างมีประสิทธิภาพและแม่นยำ
ด้วยเทคโนโลยีอัลตราโซนิกขั้นสูง เครื่องกระจายตัวเหล่านี้จึงเป็นวิธีที่รวดเร็วและง่ายในการทำให้การกระจายขนาดอนุภาคสม่ำเสมอ ได้ระบบกระจายตัวที่เสถียร และ/หรือเติมหมู่ฟังก์ชันให้อนุภาคนาโน
ด้วยการลดระยะเวลาในการแปรรูปและลดการใช้พลังงานให้เหลือน้อยที่สุด เครื่องกระจายตัวด้วยโพรบอัลตราโซนิกสามารถเพิ่มผลิตภาพและลดต้นทุนการดำเนินงานสำหรับธุรกิจในหลากหลายอุตสาหกรรม
เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ยังสามารถปรับแต่งให้เหมาะกับข้อกำหนดเฉพาะได้ โดยมีตัวเลือกขนาดโพรบ ฮอร์นเพิ่มแอมพลิจูด ระดับกำลัง และเซลล์การไหลที่หลากหลาย ทำให้ใช้งานได้อเนกประสงค์และปรับให้เหมาะกับสูตรวัสดุนาโนและปริมาตรต่าง ๆ ได้
โดยรวมแล้ว เครื่องกระจายตัวด้วยโพรบอัลตราโซนิกเป็นการลงทุนที่ดีเยี่ยมสำหรับห้องปฏิบัติการและภาคอุตสาหกรรมที่ต้องการปรับกระบวนการแปรรูปวัสดุนาโนให้เหมาะสมที่สุด และให้ได้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอและเชื่อถือได้
การออกแบบ การผลิต และการให้คำปรึกษา – คุณภาพจากการผลิตในเยอรมนี
เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านมาตรฐานคุณภาพและการออกแบบที่สูงที่สุด ความแข็งแรงทนทานและการใช้งานง่ายช่วยให้สามารถนำเครื่องอัลตราโซนิกของเราไปผสานเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher สามารถทำงานในสภาวะรุนแรงและสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดสูงได้อย่างเชื่อถือได้
Hielscher Ultrasonics เป็นบริษัทที่ได้รับการรับรอง ISO และให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงที่มีเทคโนโลยีล้ำสมัยและใช้งานง่าย แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher สอดคล้องกับ CE และเป็นไปตามข้อกำหนดของ UL, CSA และ RoHs
ตารางด้านล่างแสดงความสามารถในการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
| ปริมาตรต่อแบตช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนำ |
|---|---|---|
| 0.5 ถึง 1.5mL | n.a. | VialTweeter | 1 ถึง 500mL | 10 ถึง 200mL/min | UP100H |
| 10 ถึง 2000mL | 20 ถึง 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 ถึง 150L | 3 ถึง 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 ถึง 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | สูงกว่า | ชุดเครื่อง UIP16000 |
ติดต่อเรา! / สอบถามเรา!
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับงานผสม การกระจายตัว การทำอิมัลชัน และการสกัดในระดับห้องปฏิบัติการ ระดับนำร่อง และระดับอุตสาหกรรม
เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกแบบแบตช์สำหรับการแปรรูประดับอุตสาหกรรม เช่น การผสม CNTs และสารเติมแต่งระดับนาโนอื่นเข้ากับพอลิเมอร์เพื่อผลิตหมึกสำหรับการพิมพ์ 3 มิติที่ใช้ในการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Kim, J., Hwang, JY., Hwang, H. et al. (2018): Simple and cost-effective method of highly conductive and elastic carbon nanotube/polydimethylsiloxane composite for wearable electronics. Scientific Reports 8, 1375 (2018).
- Lima, Márcio; Andrade, Mônica; Skákalová, Viera; Bergmann, Carlos; Roth, Siegmar (2007): Dynamic percolation of carbon nanotubes in liquid medium. Journal of Materials Chemistry 17, 2007. 4846-4853.
- Shar, A., Glass, P., Park, S. H., Joung, D. (2023): 3D Printable One-Part Carbon Nanotube-Elastomer Ink for Health Monitoring Applications. Advanced Functional Materials 33, 2023.
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงตั้งแต่ ระดับห้องปฏิบัติการ ไปจนถึง ขนาดอุตสาหกรรม