Ultrasonikasyon ile Düzgün Dağılmış CNT'ler
Karbon nanotüplerin (CNT'ler) olağanüstü işlevlerinden yararlanmak için homojen bir şekilde dağılmaları gerekir.
Ultrasonik dağıtıcılar, CNT'leri sulu ve solvent bazlı süspansiyonlara dağıtmak için en yaygın araçtır.
Ultrasonik dispersiyon teknolojisi, CNT'lerin zarar vermeden tamamen ayrılmasını sağlamak için yeterince yüksek kesme enerjisi oluşturur.
Karbon Nanotüplerin Ultrasonik Dispersiyonu
Karbon nanotüpler (CNT'ler) çok yüksek bir en-boy oranına sahiptir ve düşük bir yoğunluğun yanı sıra muazzam bir yüzey alanı (birkaç yüz m2 / g) sergiler, bu da onlara çok yüksek gerilme mukavemeti, sertlik ve tokluk gibi benzersiz özellikler verir ve çok yüksek elektriksel ve termal iletkenlik. Tek karbon nanotüpleri (CNT'ler) birbirine çeken Van der Waals kuvvetleri nedeniyle, CNT'ler normal olarak demetler veya çileler halinde düzenlenir. Bu moleküller arası çekim kuvvetleri, π istifleme olarak bilinen bitişik nanotüpler arasındaki π bağlı istifleme fenomenine dayanır. Karbon nanotüplerden tam fayda elde etmek için, bu aglomeraların çözülmesi ve CNT'lerin homojen bir dağılım içinde eşit olarak dağıtılması gerekir. Yoğun ultrasonikasyon sıvılarda akustik kavitasyon oluşturur. Bu şekilde üretilen yerel kesme gerilimi, CNT agregalarını kırar ve bunları homojen bir süspansiyon içinde homojen bir şekilde dağıtır. Ultrasonik dispersiyon teknolojisi, CNT'lerin zarar vermeden tamamen ayrılmasını sağlamak için yeterince yüksek kesme enerjisi oluşturur. Hassas SWNT'ler için bile, sonikasyon, bunları ayrı ayrı çözmek için başarıyla uygulanır. Ultrasonikasyon, tek tek nanotüplere çok fazla kırılmaya neden olmadan SWNT agregalarını ayırmak için yeterli bir stres seviyesi sağlar (Huang, Terentjev 2012).
- Tek dağınık CNT'ler
- Homojen dağılım
- Yüksek dispersiyon verimliliği
- Yüksek CNT yüklemeleri
- CNT bozulması yok
- Hızlı işleme
- Hassas proses kontrolü
UIP2000hdT – CNT dispersiyonları için 2kW güçlü ultrasonicator
CNT dispersiyonları için yüksek performanslı ultrasonik sistemler
Hielscher Ultrasonics, CNT'lerin verimli bir şekilde dağılması için güçlü ve güvenilir ultrasonik ekipman sağlar. Analiz için küçük CNT numuneleri hazırlamanız gerekip gerekmediği ve R&D ya da büyük endüstriyel yığın yığınları üretmek zorundasınız, Hielscher'ın ürün yelpazesi ihtiyaçlarınız için ideal ultrasonik sistemi sunar. Kaynak 50W ultrasonikatörler Laboratuvar için 16kW endüstriyel ultrasonik üniteler ticari üretim için, Hielscher Ultrasonik sizi kapsıyor.
Yüksek kaliteli karbon nanotüp dispersiyonları üretmek için proses parametrelerinin iyi kontrol edilmesi gerekir. Genlik, sıcaklık, basınç ve alıkonma süresi, eşit bir CNT dağılımı için en kritik parametrelerdir. Hielscher'ın ultrasonicators sadece her parametrenin hassas kontrolüne izin vermekle kalmaz, tüm işlem parametreleri otomatik olarak Hielscher'ın dijital ultrasonik sistemlerinin entegre SD kartına kaydedilir. Her sonikasyon işleminin protokolü, tekrarlanabilir sonuçlar ve tutarlı kalite sağlamaya yardımcı olur. Uzaktan tarayıcı kontrolü ile kullanıcı, ultrasonik sistemin bulunduğu yerde bulunmadan ultrasonik cihazı çalıştırabilir ve izleyebilir.
Tek duvarlı karbon nanotüpler (SWNT'ler) ve çok duvarlı karbon nanotüpler (MWNT'ler) ile seçilen sulu veya çözücü ortamı belirli işlem yoğunlukları gerektirdiğinden, ultrasonik genlik, nihai ürün söz konusu olduğunda önemli bir faktördür. Hielscher Ultrasonik’ Endüstriyel ultrasonik işlemciler çok yüksek ve çok hafif genlikler sağlayabilir. Proses gereksinimleriniz için ideal genliği belirleyin. 200μm'ye kadar genlikler bile 7/24 çalışmada sürekli olarak kolayca çalıştırılabilir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur. Hielscher'ın ultrasonik ekipmanının sağlamlığı, ağır hizmet ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışmaya izin verir.
Müşterilerimiz, Hielscher Ultrasonic'in sistemlerinin olağanüstü sağlamlığı ve güvenilirliğinden memnunlar. Ağır hizmet tipi uygulamalar, zorlu ortamlar ve 7/24 çalışma alanlarında kurulum, verimli ve ekonomik işleme sağlar. Ultrasonik işlem yoğunlaştırma, işlem süresini azaltır ve daha iyi sonuçlar, yani daha yüksek kalite, daha yüksek verim, yenilikçi ürünler elde eder.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
| Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
|---|---|---|
| 0,5 - 1,5 mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sor!
Laboratuvardan pilota ve endüstriyel ölçeğe kadar yüksek güçlü ultrasonik işlemciler.
Literatür / Referanslar
- Biver T.; Criscitiello F.; Di Francesco F.; Minichino M.; Swager T.; Pucci A. (2015): MWCNT/Perylene bisimide Water Dispersions for Miniaturized Temperature Sensors. RSC Advances 5: 2015. 65023–65029.
- Chiou K.; Byun S.; Kim J.; Huang J. (2018): Additive-free carbon nanotube dispersions, pastes, gels, and doughs in cresols. PNAS Vol. 115, No. 22, 2018. 5703–5708.
- Huang, Y.Y:; Terentjev E.M. (2012): Dispersion of Carbon Nanotubes: Mixing, Sonication, Stabilization, and Composite Properties. Polymers 2012, 4, 275-295.
- Krause B.; Mende M.; Petzold G.; Pötschke P. (2010): Characterization on carbon nanotubes’ dispersability using centrifugal sedimentation analysis in aqueous surfactant dispersions. Conference paper ANTEC 2010, Orlando, USA, May 16-20 2010.
- Paredes J.I.; Burghard M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length. Langmuir 2004, 20, 5149-5152.
- Santos A.; Amorim L.; Nunes J.P.; Rocha L.A.; Ferreira Silva A.; Viana J.C. (2019): A Comparative Study between Knocked-Down Aligned Carbon Nanotubes and Buckypaper-Based Strain Sensors. Materials 2019, 12, 2013.
- Szelag M. (2017): Mechano-Physical Properties and Microstructure of Carbon Nanotube Reinforced Cement Paste after Thermal Load. Nanomaterials 7(9), 2017. 267.
Bilmeye Değer Gerçekler
Karbon Nanotüpler
Karbon nanotüpler (CNT'ler), olağanüstü mekanik, elektriksel, termal ve optik özellikler sergileyen özel bir tek boyutlu karbon malzeme sınıfının parçasıdır. Nano-kompozitler, güçlendirilmiş polimerler vb. gibi gelişmiş nanomalzemelerin geliştirilmesinde ve üretiminde kullanılan önemli bir bileşendir ve bu nedenle en son teknolojilerde kullanılırlar. CNT'ler çok yüksek bir gerilme mukavemeti, üstün termal transfer özellikleri, düşük bant boşlukları ve optimum kimyasal ve fiziksel stabilite sunar, bu da nanotüpleri manifold malzemeleri için umut verici bir katkı maddesi haline getirir.
Yapılarına bağlı olarak, CNTS tek duvarlı karbon nanotüpler (SWNT'ler), çift duvarlı karbon nanotüpler (DWCNT'ler) ve çok duvarlı karbon nanotüpler (MWNT'ler) olarak ayrılır.
SWNT'ler, bir atom kalınlığında karbon duvardan yapılmış içi boş, uzun silindirik tüplerdir. Atomik karbon tabakası bir petek kafes içinde düzenlenmiştir. Genellikle, kavramsal olarak tek katmanlı grafit veya grafenin sarılmış tabakalarıyla karşılaştırılırlar.
DWCNT'ler, biri diğerinin içine yerleştirilmiş iki tek duvarlı nanotüpten oluşur.
MWNT'ler, birden fazla tek duvarlı karbon nanotüpün birbirinin içine yerleştirildiği bir CNT formudur. Çapları 3–30 nm arasında değiştiğinden ve birkaç cm uzunluğunda büyüyebildiklerinden en boy oranları 10 ila on milyon arasında değişebilir. Karbon nanofiberlerle karşılaştırıldığında, MWNT'ler farklı bir duvar yapısına, daha küçük bir dış çapa ve içi boş bir iç kısma sahiptir. Yaygın olarak kullanılan endüstriyel olarak temin edilebilen MWNT tipleri, örneğin Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 ve FutureCarbon CNT-MW'dir.
CNT'lerin sentezi: CNT'ler, plazma bazlı sentez yöntemi veya ark deşarjı buharlaştırma yöntemi, lazer ablasyon yöntemi, termal sentez işlemi, kimyasal buhar biriktirme (CVD) veya plazma ile geliştirilmiş kimyasal buhar biriktirme ile üretilebilir.
CNT'lerin İşlevselleştirilmesi: Karbon nanotüplerin özelliklerini geliştirmek ve böylece onları belirli bir uygulamaya daha uygun hale getirmek için, CNT'ler genellikle karboksilik asit (-COOH) veya hidroksil (-OH) grupları eklenerek işlevselleştirilir.
CNT Dispersiyon Katkı Maddeleri
Süper asitler, iyonik sıvılar ve N-sikloheksil-2-pirolidinon gibi birkaç çözücü, CNT'lerin nispeten yüksek konsantrasyonlu dispersiyonlarını hazırlayabilirken, N-metil-2-pirolidon (NMP), dimetilformamid (DMF) ve 1,2-dikrolobenzen gibi nanotüpler için en yaygın çözücüler, nanotüpleri yalnızca çok düşük konsantrasyonlarda (örn. tipik olarak <0Tek duvarlı CNT'lerin ağırlıkça %0,02'si). En yaygın dispersiyon ajanları polivinilpirolidon (PVP), Sodyum Dodesil Benzen Sülfonat (SDBS), Triton 100 veya Sodyum Dodesil Sülfonattır (SDS).
Kresoller, CNT'leri onlarca ağırlığa kadar konsantrasyonlarda işleyebilen bir grup endüstriyel kimyasaldır, bu da CNT yüklemesi arttıkça seyreltik dispersiyonlardan, kalın macunlardan ve serbest duran jellerden benzeri görülmemiş bir oyun hamuru benzeri duruma sürekli bir geçişle sonuçlanır. Bu durumlar, diğer yaygın çözücülerle elde edilemeyen polimer benzeri reolojik ve viskoelastik özellikler sergiler, bu da nanotüplerin gerçekten ayrıştığını ve kresollerde ince bir şekilde dağıldığını düşündürür. Kresoller, CNT'lerin yüzeyini değiştirmeden ısıtma veya yıkama yoluyla işlendikten sonra çıkarılabilir. [Chiou ve ark. 2018]
CNT Dispersiyonlarının Uygulamaları
CNT'lerin faydalarını kullanmak için, polimerler gibi bir sıvıya dağıtılmaları gerekir, Eşit dağılmış CNT'ler, iletken plastiklerin, sıvı kristal ekranların, organik ışık yayan diyotların, dokunmatik ekranların, esnek ekranların, güneş pillerinin, iletken mürekkeplerin, filmler, köpükler, lifler ve kumaşlar dahil olmak üzere statik kontrol malzemelerinin, polimer kaplamaların ve yapıştırıcıların, olağanüstü mekanik mukavemet ve tokluğa sahip yüksek performanslı polimer kompozitlerin imalatında kullanılır. polimer/CNT kompozit elyafların yanı sıra hafif ve antistatik malzemeler.