Tek Duvarlı Karbon Nanotüpler Tek Ayrı Nasıl Dağıtılır

Tek Duvarlı Karbon Nanotüpler (SWNT'ler veya SWCNT'ler) benzersiz özelliklere sahiptir, ancak bunları ifade etmek için ayrı ayrı dağılmaları gerekir. Tek duvarlı karbon nanotüplerin istisnai özelliklerinden tam olarak yararlanmak için, tüplerin en eksiksiz şekilde çözülmesi gerekir. Diğer nanopartiküller gibi SWNT'ler de çok yüksek çekim kuvvetleri gösterir, bu nedenle güvenilir bir deagglomeration ve dispersiyon için güçlü ve verimli bir tekniğe ihtiyaç vardır. Yaygın karıştırma teknikleri, SWNT'leri zarar vermeden çözmek için gereken yoğunluğu sağlamasa da, yüksek güçlü ultrasoniklerin SWCNT'leri çözdüğü ve dağıttığı kanıtlanmıştır. Ultrasonik olarak üretilen kavitasyonel kesme kuvvetleri, bağlanma kuvvetlerinin üstesinden gelmek için yeterince güçlüdür, ultrason yoğunluğu ise SWCNT'lerin zarar görmesini önlemek için doğru bir şekilde ayarlanabilir.

Sorun:

Tek Duvarlı Karbon Nanotüpler (SWCNT'ler), elektriksel özelliklerine göre Çok Duvarlı Karbon Nanotüplerden (MWNT'ler / MWCNT'ler) farklıdır. SWCNT'lerin bant aralığı sıfır ila 2 eV arasında değişebilir ve elektrik iletkenlikleri metalik veya yarı iletken davranışa sahiptir. Tek Duvarlı Karbon Nanotüpler oldukça yapışkan olduğundan, SWCNT'lerin işlenmesindeki en büyük engellerden biri, tüplerin organik çözücüler veya su içinde doğal çözünmezliğidir. SWCNT'lerin tam potansiyelini kullanmak için, tüplerin basit, güvenilir ve ölçeklenebilir bir deagglomerasyon işlemine ihtiyaç vardır. Özellikle, SWCNT'ler ve organik çözücü arasında uygun bir arayüz oluşturmak için CNT yan duvarlarının veya açık uçların işlevselleştirilmesi, yalnızca SWCNT'lerin kısmi pul pul dökülmesine neden olur. Bu nedenle, SWCNT'ler, tek tek toplulaştırılmış halatlar yerine çoğunlukla demetler halinde dağıtılır. Dispersiyon sırasındaki durum çok sertse, SWCNT'ler 80 ila 200nm arasındaki uzunluklara kısaltılacaktır. Pratik uygulamaların çoğu için, yani yarı iletken veya güçlendirici SWCNT'ler için bu uzunluk çok küçüktür.

Çözüm:

Ultrasonikasyon, yüksek yoğunluklu ultrasonun ultrasonik dalgaları sıvılarda kavitasyon oluşturduğundan, Karbon Nanotüplerin dağılması ve deagglomerasyonu için çok etkili bir yöntemdir. Sıvı ortamda yayılan ses dalgaları, frekansa bağlı olarak değişen yüksek basınç (sıkıştırma) ve düşük basınç (seyrekleştirme) döngülerine neden olur. Düşük basınç döngüsü sırasında, yüksek yoğunluklu ultrasonik dalgalar sıvıda küçük vakum kabarcıkları veya boşluklar oluşturur. Kabarcıklar artık enerjiyi ememeyecekleri bir hacme ulaştıklarında, yüksek basınç döngüsü sırasında şiddetli bir şekilde çökerler. Bu fenomene kavitasyon denir. Patlama sırasında yerel olarak çok yüksek sıcaklıklara (yaklaşık 5.000K) ve basınçlara (yaklaşık 2.000atm) ulaşılır. Kavitasyon balonunun patlaması ayrıca 280m/s hıza kadar sıvı jetleri ile sonuçlanır. Bu sıvı jet akımları şunlardan kaynaklanır: ultrasonik kavitasyon, Karbon Nanotüpler arasındaki bağlanma kuvvetlerinin üstesinden gelir ve bu nedenle nanotüpler topaksızlaşır. Hafif, kontrollü bir ultrasonik tedavi, yüksek uzunlukta dağınık SWCNT'lerin yüzey aktif madde ile stabilize edilmiş süspansiyonlarını oluşturmak için uygun bir yöntemdir. SWCNT'lerin kontrollü üretimi için, Hielscher'ın ultrasonik işlemcileri çok çeşitli ultrasonik parametre setlerinde çalışmaya izin verir. Ultrasonik genlik, sıvı basıncı ve sıvı bileşimi, belirli malzeme ve prosese göre sırasıyla değiştirilebilir. Bu, aşağıdakiler gibi çeşitli ayarlama olanakları sunar

• 170 mikrona kadar sonotrot genlikleri
• 10 bar'a kadar sıvı basınçları
• 15L/dk'ya kadar sıvı akış hızları (prosese bağlı olarak)
• 80 ° C'ye kadar sıvı sıcaklıkları (talep üzerine diğer sıcaklıklar)
• 100.000cp'ye kadar malzeme viskozitesi

 

Ayrıca, polimer destekli bir saflaştırma yöntemi olarak ultrasonikasyon, yetiştirilen SWCNT'lerden safsızlıkların etkili bir şekilde giderilmesine izin verir. SWCNT'lerin kimyasal modifikasyonunu moleküler düzeyde incelemek zordur, çünkü saf SWNT'leri elde etmek zordur. Büyümüş SWCNT'ler, metal parçacıkları ve amorf karbonlar gibi birçok safsızlık içerir. SWCNT'lerin bir monoklorobenzen (MCB) poli (metil metakrilat) PMMA çözeltisinde ultrasonikasyonu ve ardından filtrasyon, SWCNT'leri saflaştırmanın etkili bir yoludur. Bu polimer destekli saflaştırma yöntemi, yetiştirilen SWCNT'lerden safsızlıkların etkili bir şekilde uzaklaştırılmasını sağlar. Ultrasonication genliğinin doğru kontrolü, SWCNT'lere zarar vermekten kaçınmayı veya sınırlamayı sağlar.

Ultrasonik Ekipmanlar

Hielscher yüksek performans sunuyor ultrasonik işlemciler her hacmin sonikasyonu için. 50 watt'tan 16.000 watt'a kadar olan ve kümeler halinde kurulabilen ultrasonik cihazlar, laboratuvarda ve endüstride her uygulama için uygun ultrasoniğin bulunmasını sağlar. Nanotüplerin sofistike dağılımı için sürekli bir sonikasyon önerilir. Hielscher'ın akış hücrelerini kullanarak, CNT'leri polimerler, yüksek viskoziteli eriyikler ve termoplastikler gibi yüksek viskoziteli sıvılara dağıtmak mümkün hale gelir.

Nanotüplerin yüksek güçlü ultrason ile dağılımı ve modifikasyonu hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!