Рівномірна дисперсія фарб для 3D-друку може покращити властивості чорнила та забезпечити нове застосування в різних галузях. Ультразвукове дослідження зондового типу є високонадійною методом диспергування для отримання стабільних наносуспензій УНТ у полімерах.

Ефективна і стабільна дисперсія CNT в полімерах завдяки ультразвуковій обробці

Вуглецеві нанотрубки (УНТ) часто диспергують в кремнієвих маслах для різних застосувань завдяки своїм унікальним властивостям. Дисперсія УНТ в кремнієвих маслах може поліпшити механічні, теплові та електричні властивості отриманих матеріалів. Одним з таких застосувань є виготовлення легованих CNT полімерів для струмопровідних фарб для 3D-друку, наприклад, для біологічного адитивного виробництва носимих тактильних датчиків, специфічних для пацієнта тканинних риштувань та гнучких електродів ЕКГ та ЕЕГ.
Крім того, УНТ, дисперговані в кремнієвих маслах, можуть використовуватися в якості струмопровідних чорнил в електронних пристроях, таких як гнучкі дисплеї і датчики. УНТ діють як провідні шляхи, що дозволяють протікати електричний струм.

Переваги ультразвукової CNT / полімерної дисперсії

Ультразвукове дослідження є дуже ефективною технікою диспергування, яка має ряд переваг. Переваги ультразвукового диспергування вуглецевих нанотрубок (УНТ) в полімерах включають:

Загальний протокол ультразвукового виробництва композитів CNT / PDMS

Ультразвук використовується для дисперсії численних нанорозмірних матеріалів у полімерах. Специфічним і широко використовуваним застосуванням є дисперсія вуглецевих нанотрубок (УНТ) в диметилполісілоксані (PDMS) за допомогою ультразвукової обробки зондового типу. Для того, щоб розігнати УНТ в матрицю PDMS, ультразвук потужності і отримані ефекти акустичної кавітації використовуються для розплутування нанотрубок і рівномірного їх змішування в наносуспензію. Ультразвукова обробка зондового типу є потужним методом розсіювання УНТ завдяки своїй здатності генерувати інтенсивні сили кавітації, які можуть ефективно розбивати та розсіювати агломеровані УНТ.
Ультразвукове диспергування - це простий етап обробки, який не вимагає специфічної попередньої або післяобробки. Саме ультразвукове обладнання безпечне і просте в експлуатації.
Процес дисперсії за допомогою ультразвукової обробки зондового типу зазвичай включає наступні кроки:

1. Приготування суміші УНТ-ПДМС: До матриці PDMS додається задана кількість УНТ і попередньо змішується за допомогою механічної мішалки. Цікаво, що шляхом попереднього диспергування УНТ в розчиннику електропровідність можна було б збільшити. Найкращі результати досягаються тетрагідрофураном (ТГФ), ацетоном або хлороформом (сортуються за кращими результатами).
2. Ультразвукова обробка зондового типу: Суміш піддається ультразвуковій обробці типу зонда за допомогою ультразвукового зонда високої інтенсивності, який генерує ультразвукові хвилі з частотою, як правило, близько 20 кГц. Залежно від обсягу та рецептури, ультразвукова обробка зазвичай проводиться протягом декількох хвилин, щоб забезпечити повну дисперсію УНТ.
3. Моніторинг дисперсії: Дисперсія УНТ контролюється за допомогою таких методів, як скануюча електронна мікроскопія (SEM), трансмісійна електронна мікроскопія (TEM) або UV-Vis спектроскопія. Ці методи можуть бути використані для візуалізації розподілу УНТ всередині матриці PDMS і для забезпечення рівномірного диспергування УНТ.

Таким чином, ультразвукова обробка зондового типу є потужним методом диспергування УНТ у полімерах, таких як PDMS, завдяки своїй здатності генерувати інтенсивні сили кавітації, які можуть ефективно розбивати та розсіювати агломеровані УНТ.

Тематичні дослідження ультразвукового виготовлення CNT / полімерних композитів

Дисперсія нанотрубок та інших наноматеріалів на основі вуглецю за допомогою ультразвуку зондового типу була широко досліджена і згодом впроваджена в промислове виробництво. Нижче ми представляємо кілька досліджень, які демонструють виняткову ефективність дисперсії ультразвукових нанотрубок.

Ультразвукова дисперсія УНТ в PDMS для носимих датчиків

Del Bosque et al. (2022) порівняли тривалкове фрезерування та ультразвукову обробку за їх ефективністю дисперсії CNT. Аналіз процедури дисперсії наночастинок у полімерну матрицю показує, що техніка ультразвуку забезпечує більш високу електричну чутливість у порівнянні з тривалковим фрезеруванням через більш високу однорідність розподілу CNT, індукованого кавітаційними силами. Тестуючи різні навантаження CNT, було встановлено, що поріг перколяції системи CNT-PDMS, тобто критичний вміст CNT, при якому вона стає електропровідною, становить 0,4 мас.% CNT. Багатостінні вуглецеві нанотрубки (MWCNTs) були розсіяні ультразвуком за допомогою ультразвукового апарату Hielscher UP400ST (див. малюнок ліворуч) при 0,5 імпульсних циклах і 50% амплітуді протягом 2 годин. Ефекти ультразвукового розсіювання протягом часу ультразвукової обробки показані на малюнку нижче.
На основі цього аналізу оптимальні умови для виготовлення носимих датчиків були обрані як 0,4 мас.% CNT за допомогою ультразвукового процесу. У зв'язку з цим аналіз електричного відгуку при послідовних циклах навантаження показав високу надійність розроблених датчиків, без наявності пошкоджень при деформаціях 2%, 5% і 10%, що робить ці датчики надійними для контролю деформації середовища.

Ультразвукова дисперсія MWCNTs в PDMS за допомогою ультразвукового апарату UP400St в різні часи ультразвукової обробки.
(Дослідження та зображення: ©del Bosque et al., 2022)

Високопродуктивне ультразвукове диспергуюче обладнання для CNT / полімерних нанокомпозитів

Hielscher Ultrasonics виробляє ультразвукові зонди високої потужності для вимогливих диспергуючих застосувань у лабораторії, настільній та промисловій промисловості. Розсіювачі Hielscher Ultrasonics забезпечують ефективну та точну гомогенізацію та дисперсію наноматеріалів у розчинниках, полімерах та композитах.
Завдяки своїй передовій ультразвуковій технології ці диспергатори пропонують швидке та просте рішення для досягнення рівномірного розподілу розміру частинок, стабільних дисперсій та / або функціоналізації наночастинок.
Скорочуючи час обробки та мінімізуючи споживання енергії, ультразвукові розсіювачі зондів можуть підвищити продуктивність та зменшити експлуатаційні витрати для підприємств у різних галузях промисловості.
Ультразвукові апарати Hielscher також можуть бути налаштовані відповідно до конкретних вимог, з варіантами для діапазону розмірів зондів, підсилювальних рогів, рівнів потужності та клітин потоку, що робить їх універсальними та адаптованими до різних нано-формулювань та об'ємів.
В цілому, ультразвукові розсіювачі зондів є відмінною інвестицією для лабораторій та галузей, які прагнуть оптимізувати свої робочі процеси обробки наноматеріалів та досягти послідовних, надійних результатів.

Дизайн, виробництво та консалтинг – Якість виробництва Німеччини

Ультразвукові апарати Hielscher добре відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і простота експлуатації дозволяють плавно інтегрувати наші ультразвукові апарати в промислові об'єкти. Важкі умови та вимогливі середовища надійно обробляються ультразвуковими апаратами Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є сертифікованою ISO компанією і робить особливий акцент на високопродуктивних ультразвукових апаратах, що відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для користувачів. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher сумісні з CE і відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.

У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв: