วิธีการกระจายท่อนาโนคาร์บอนผนังเดี่ยวแยกกัน
ท่อนาโนคาร์บอนผนังเดียว (SWNT หรือ SWCNT) มีลักษณะเฉพาะตัว แต่ในการแสดงออกจะต้องกระจายตัวเป็นรายบุคคล เพื่อให้ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติพิเศษของท่อนาโนคาร์บอนผนังเดียวอย่างเต็มที่ท่อจะต้องพันกันอย่างสมบูรณ์ที่สุด SWNT เช่นเดียวกับอนุภาคนาโนอื่น ๆ แสดงแรงดึงดูดที่สูงมากดังนั้นจึงจําเป็นต้องมีเทคนิคที่ทรงพลังและมีประสิทธิภาพสําหรับการแยกตัวและการกระจายตัวที่เชื่อถือได้ แม้ว่าเทคนิคการผสมทั่วไปจะไม่ได้ให้ความเข้มที่จําเป็นในการแก้ SWNT พันกันโดยไม่ทําลาย แต่อัลตราโซนิกกําลังสูงได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถยุ่งเหยิงและกระจาย SWCNTs แรงเฉือนโพรงอากาศที่สร้างขึ้นด้วยอัลตราโซนิกนั้นมีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะเอาชนะแรงยึดติดในขณะที่ความเข้มของอัลตราซาวนด์สามารถปรับได้อย่างแม่นยําเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายของ SWCNT
ปัญหา:
ท่อนาโนคาร์บอนผนังเดียว (SWCNT) แตกต่างจากท่อนาโนคาร์บอนหลายผนัง (MWNTs/ MWCNT) โดยคุณสมบัติทางไฟฟ้า ช่องว่างแถบความถี่ของ SWCNT อาจแตกต่างกันไปตั้งแต่ 0 ถึง 2 eV และการนําไฟฟ้ามีลักษณะเป็นโลหะหรือเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากท่อนาโนคาร์บอนผนังเดี่ยวมีความเหนียวแน่นสูงอุปสรรคสําคัญประการหนึ่งในการประมวลผล SWCNT คือความไม่ละลายโดยธรรมชาติของหลอดในตัวทําละลายอินทรีย์หรือน้ํา ในการใช้ศักยภาพของ SWCNT อย่างเต็มที่จําเป็นต้องมีกระบวนการแยกตัวของท่อที่ง่ายเชื่อถือได้และปรับขนาดได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การทํางานของผนังด้านข้าง CNT หรือปลายเปิดเพื่อสร้างส่วนต่อประสานที่เหมาะสมระหว่าง SWCNT และตัวทําละลายอินทรีย์ส่งผลให้ SWCNT ถูกผลัดเซลล์ผิวบางส่วนเท่านั้น ดังนั้น SWCNTs ส่วนใหญ่จะกระจายเป็นมัดแทนที่จะเป็นเชือกแยกตัวกัน หากสภาวะระหว่างการกระจายตัวรุนแรงเกินไป SWCNT จะถูกย่อให้สั้นลงเหลือความยาวระหว่าง 80 ถึง 200 นาโนเมตร สําหรับการใช้งานจริงส่วนใหญ่ เช่น สําหรับ SWCNT แบบกึ่งตัวนําหรือเสริมแรง ความยาวนี้เล็กเกินไป

UIP2000hdtเครื่องอัลตราโซนิกทรงพลัง 2kW เพื่อกระจาย SWCNTs
สารละลาย:
อัลตราโซนิกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากในการกระจายตัวและการแยกตัวของท่อนาโนคาร์บอนเนื่องจากคลื่นอัลตราโซนิกของอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงทําให้เกิดโพรงอากาศในของเหลว คลื่นเสียงที่แพร่กระจายในสื่อของเหลวส่งผลให้เกิดรอบความดันสูง (การบีบอัด) และความดันต่ํา (หายาก) สลับกัน โดยมีอัตราขึ้นอยู่กับความถี่ ในระหว่างรอบความดันต่ําคลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงจะสร้างฟองสูญญากาศขนาดเล็กหรือช่องว่างในของเหลว เมื่อฟองอากาศมีปริมาตรที่ไม่สามารถดูดซับพลังงานได้อีกต่อไปฟองอากาศจะยุบตัวลงอย่างรุนแรงในระหว่างวัฏจักรความดันสูง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าโพรงอากาศ ในระหว่างการระเบิด อุณหภูมิที่สูงมาก (ประมาณ 5,000K) และความดัน (ประมาณ 2,000atm) จะถึงในท้องถิ่น การระเบิดของฟองอากาศยังส่งผลให้เกิดไอพ่นของเหลวที่มีความเร็วสูงถึง 280 ม./วินาที กระแสเจ็ทเหลวเหล่านี้เป็นผลมาจาก โพรงอากาศอัลตราโซนิกเอาชนะแรงยึดเกาะระหว่างท่อนาโนคาร์บอนและด้วยเหตุนี้ท่อนาโนจึงกลายเป็นการรวมตัวกัน การรักษาด้วยอัลตราโซนิกที่ควบคุมได้เล็กน้อยเป็นวิธีที่เหมาะสมในการสร้างสารแขวนลอยที่มีความเสถียรของสารลดแรงตึงผิวของ SWCNT ที่กระจายตัวและมีความยาวสูง สําหรับการผลิต SWCNT ที่มีการควบคุมโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกของ Hielscher ช่วยให้สามารถทํางานได้ที่ชุดพารามิเตอร์อัลตราโซนิกที่หลากหลาย แอมพลิจูดอัลตราโซนิกความดันของเหลวและองค์ประกอบของของเหลวสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามลําดับตามวัสดุและกระบวนการเฉพาะ สิ่งนี้มีความเป็นไปได้ในการปรับเปลี่ยนที่แตกต่างกัน เช่น
- แอมพลิจูด sonotrode สูงถึง 170 ไมครอน
- แรงดันของเหลวสูงถึง 10 บาร์
- อัตราการไหลของของเหลวสูงถึง 15 ลิตร/นาที (ขึ้นอยู่กับกระบวนการ)
- อุณหภูมิของเหลวสูงถึง 80 องศาเซลเซียส (อุณหภูมิอื่นๆ ตามคําขอ)
- ความหนืดของวัสดุสูงถึง 100.000CP
อุปกรณ์อัลตราโซนิก
Hielscher ให้ประสิทธิภาพสูง โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิก สําหรับการ sonication ของทุกเล่ม อุปกรณ์อัลตราโซนิกตั้งแต่ 50 วัตต์ถึง 16.000 วัตต์ซึ่งสามารถตั้งค่าเป็นกลุ่มช่วยให้สามารถค้นหาอัลตราโซนิกที่เหมาะสมสําหรับแต่ละการใช้งานในห้องปฏิบัติการและในอุตสาหกรรม สําหรับการกระจายตัวที่ซับซ้อนของท่อนาโนแนะนําให้ใช้ sonication อย่างต่อเนื่อง การใช้โฟลว์เซลล์ของ Hielscher ทําให้สามารถกระจาย CNT ลงในของเหลวที่มีความหนืดสูง เช่น โพลีเมอร์ ของเหลวที่มีความหนืดสูง และเทอร์โมพลาสติก
คลิกที่นี่เพื่ออ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการกระจายและการดัดแปลงท่อนาโนโดยอัลตราซาวนด์กําลังสูง!
ติดต่อเรา! / ถามเรา!

การกระจายอัลตราโซนิกของท่อนาโน (UP400 เซนต์)

การกระจาย CNT ด้วยอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการของ Hielscher UP50H

อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูง! กลุ่มผลิตภัณฑ์ของ Hielscher ครอบคลุมสเปกตรัมเต็มรูปแบบตั้งแต่เครื่องอัลตราโซนิกในห้องปฏิบัติการขนาดกะทัดรัดบนหน่วยแบบตั้งโต๊ะไปจนถึงระบบอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบ
วรรณกรรม / อ้างอิง
- 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.
ข้อเท็จจริงที่ควรค่าแก่การรู้
อุปกรณ์อัลตราโซนิกมักเรียกว่าโพรบ sonicator, ultrasonizer, sonic lyser, ultrasound disruptor, ultrasonic grinder, sono-ruptor, sonifier, sonic dismembrator, cell disrupter, ultrasonic disperser or dissolver เงื่อนไขที่แตกต่างกันเป็นผลมาจากการใช้งานต่างๆที่สามารถเติมเต็มได้โดยการ sonication