Karbon Nanotüplerin Ultrasonik Dispersiyonu (CNT)

Karbon nanotüpler güçlü ve esnektir, ancak çok yapışkandır. Su, etanol, yağ, polimer veya epoksi reçine gibi sıvılara dağılmaları zordur. Ultrason, ayrık elde etmek için etkili bir yöntemdir – tek dağınık – karbon nanotüpler.

Karbon nanotüpler (CNT), yapıştırıcılarda, kaplamalarda ve polimerlerde ve plastiklerde elektrikli ekipmanlardaki statik yükleri dağıtmak için ve elektrostatik olarak boyanabilir otomobil gövde panellerinde elektriksel olarak iletken dolgu maddeleri olarak kullanılır. Nanotüplerin kullanılmasıyla, polimerler sıcaklıklara, sert kimyasallara, aşındırıcı ortamlara, aşırı basınçlara ve aşınmaya karşı daha dayanıklı hale getirilebilir. İki karbon nanotüp kategorisi vardır: Tek duvarlı nanotüpler (SWNT) ve çok duvarlı nanotüpler (MWNT).

Karbon nanotüpler genellikle kuru malzeme olarak, örneğin aşağıdaki gibi şirketlerden temin edilebilir: SES Araştırma veya CNT Co., Ltd. Nanotüpleri maksimum potansiyellerinde kullanmak için deaglomerasyon için basit, güvenilir ve ölçeklenebilir bir süreç gereklidir. 100.000 cP'ye kadar olan sıvılar için ultrason, nanotüplerin su, yağ veya polimerlerde düşük veya yüksek konsantrasyonlarda dağıtılması için çok etkili bir teknolojidir. Aşağıdakilerden kaynaklanan sıvı jet akımları ultrasonik kavitasyon, nanotüpler arasındaki bağlanma kuvvetlerinin üstesinden gelin ve tüpleri ayırın. Ultrasonik olarak üretilen kesme kuvvetleri ve mikro türbülanslar nedeniyle ultrason, nanotüplerin yüzey kaplamasına ve diğer malzemelerle kimyasal reaksiyonuna da yardımcı olabilir.

Genel olarak, kaba bir nanotüp dispersiyonu önce standart bir karıştırıcı ile önceden karıştırılır ve daha sonra ultrasonik akış hücresi reaktöründe homojenize edilir. Aşağıdaki video bir laboratuvar denemesini göstermektedir (bir UP400S) çok duvarlı karbon nanotüplerin düşük konsantrasyonda suda dağıtılması. Karbonun kimyasal yapısı nedeniyle, nanotüplerin sudaki dağılma davranışı oldukça zordur. Videoda gösterildiği gibi, ultrasonikasyonun nanotüpleri etkili bir şekilde dağıtma yeteneğine sahip olduğu kolayca gösterilebilir.

Yüksek Uzunluktaki Bireysel SWNT'lerin Dağılımı

SWNT'lerin işlenmesi ve manipülasyonu için önemli bir sorun, tüplerin yaygın organik çözücüler ve su içindeki doğal çözünmezliğidir. SWNT'ler ve çözücü arasında uygun bir arayüz oluşturmak için nanotüp yan duvarının veya açık uçların işlevselleştirilmesi, çoğunlukla sadece SWNT iplerinin kısmi pul pul dökülmesine yol açar.
Sonuç olarak, SWNT'ler tipik olarak tamamen yalıtılmış tek tek nesneler yerine demetler halinde dağıtılır. Dispersiyon sırasında çok sert koşullar kullanıldığında, SWNT'ler 80 ila 200nm arasındaki uzunluklara kısaltılır. Bu, belirli testler için yararlı olsa da, bu uzunluk, yarı iletken veya güçlendirici SWNT'ler gibi çoğu pratik uygulama için çok küçüktür. Kontrollü, hafif ultrasonik tedavi (örn. 40 mm sonotrot ile UP200Ht), uzun bireysel SWNT'lerin sulu dispersiyonlarını hazırlamak için etkili bir prosedürdür. Hafif ultrasonikasyon dizileri, kısalmayı en aza indirir ve yapısal ve elektronik özelliklerin maksimum korunmasına izin verir.

Polimer Destekli Ultrasonikasyon ile SWNT'nin Saflaştırılması

SWNT'lerin kimyasal modifikasyonunu moleküler düzeyde incelemek zordur, çünkü saf SWNT'leri elde etmek zordur. Yetiştirilmiş SWNT'ler, metal parçacıkları ve amorf karbonlar gibi birçok safsızlık içerir. SWNT'lerin bir monoklorobenzen (MCB) poli (metil metakrilat) PMMA çözeltisinde ultrasonikasyonu ve ardından filtrasyon, SWNT'leri saflaştırmanın etkili bir yoludur. Bu polimer destekli saflaştırma yöntemi, yetiştirilen SWNT'lerden safsızlıkların etkili bir şekilde uzaklaştırılmasını sağlar. (Yudasaka ve ark.) Ultrasonication genliğinin doğru kontrolü, SWNT'lere verilen zararları sınırlamaya izin verir.

Hielscher'ın Geniş ultrasonik cihaz yelpazesi ve nanotüplerin verimli bir şekilde dağıtılması için aksesuarlar.

• Kompakt laboratuvar cihazları a kadar olan 400 watt ultrason gücü 2 litreye kadar daha küçük hacimlere dağıtmak için
• UIP500hdT, UIP1000hdT ve UIP1500hdT daha büyük hacimleri işleyebilen ultrasonik işlemcilerdir.
• Ultrasonik sistemler 2kW (UIP2000hdT) ve 4kW (UIP4000hdT) Karbon nanotüplerin üretim ölçeğinde dağıtılması için kullanılabilir. bu UIP10000 (10 kilovat) ve UIP16000 (16 kilovat) Karbon nanotüplerin büyük ölçekli işlenmesi için birkaç ayrı birimden oluşan kümeler halinde kullanılabilir.”

Edebiyat

• Koshio, A., Yudasaka, M., Zhang, M., Iijima, S. (2001): A Simple Way to Chemically React Single-Wall Crabon Nanotubes with Organic Materials Using Ultrasonication; in Nano Letters, Vol. 1, No. 7, 2001, p. 361-363.
• Yudasaka, M., Zhang, M., Jabs, C. et al. (2000): Effect of an organic polymer in purification and cutting of single-wall carbon nanotubes. Appl Phys A 71, 449–451 (2000).
• Paredes, J. I., Burghard, M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length, in: Langmuir, Vol. 20, No. 12, 2004, 5149-5152, American Chemical Society.