Однооборотні вуглецеві нанотрубки (SWNTs або SWCNTs) мають унікальні характеристики, але для їх вираження вони повинні бути індивідуально розподіленими. Щоб повністю використати виняткові характеристики одношарових вуглецевих нанотрубок, трубки повинні бути максимально повністю відокремлені. SWNTs, як і інші наночастинки, демонструють дуже високі сили тяжіння, тому для надійної деагломерації та дисперсії необхідна потужна та ефективна техніка. Хоча звичайні технології змішування не забезпечують інтенсивності, необхідної для розриву SWNTs, не пошкоджуючи їх, високопродуктивні ультразвукові пристрої, як доведено, сполучають і розсіюють SWCNTs. Ультразвукове посилення кавітаційних зсувних сил є достатньо потужним, щоб подолати сили зв'язування, тоді як інтенсивність ультразвуку можна точно регулювати, щоб уникнути пошкодження SWCNTs.

Проблема:

Однооборотні вуглецеві нанотрубки (SWCNTs) відрізняються від багатошарових вуглецевих нанотрубів (MWNTs / MWCNTs) за їх електричними властивостями. Розрив смуги SWCNTs може варіюватися від нуля до 2 еВ, а їх електропровідність має металеву або напівпровідникову поведінку. Оскільки одношарові вуглецеві нанотрубки дуже згуртовані, одна з основних перешкод при обробці SWCNT є властива нерозчинність труб у органічних розчинниках або у воді. Щоб використати повний потенціал SWCNT, потрібен простий, надійний та масштабований процес деагломерації труб. Особливо, функціоналізація бічних стінок або відкритих кінців CNT для створення відповідного інтерфейсу між SWCNTs та органічним розчинником призводить до часткового розпилення лише SWCNTs. Тому SWCNTs в основному розосереджуються як пучки, а не окремі деагломератні канати. Якщо стан при розкиданні надто різкий, то SWCNTs будуть скорочені до довжин від 80 до 200 нм. Для більшості практичних застосувань, тобто напівпровідникових або армованих SWCNT, ця довжина занадто мала.

Рішення:

Ультразвукове дослідження є дуже ефективним методом диспергування та деагломерації вуглецевих нанотрубок, оскільки ультразвукові хвилі високої інтенсивності ультразвуку генерують кавітацію у рідинах. Звукові хвилі, що поширюються в рідких середовищах, приводять до чергових циклів високого тиску (стиснення) та низького тиску (розрідження), причому ставки залежать від частоти. Під час циклу низького тиску ультразвукові хвилі високої інтенсивності утворюють у рідині невеликі вакуумні бульбашки або порожнини. Коли бульбашки досягають об'єму, на якому вони більше не можуть поглинати енергію, вони сильно колапсуються під час циклу високого тиску. Це явище називається кавітацією. Під час імплозії дуже високі температури (близько 5000 K) і тисків (приблизно 2000 атм) досягаються локально. Вплив кавітаційного міхура також призводить до утворення рідких струменів до швидкості 280 м / с. Ці рідинні струменя потоків, що виникають в результаті ультразвукова кавітація, подолання сил зв'язку між вуглецевими нанотрубками і, отже, нанотрубки стають деагломерованими. Помірковане, контрольоване ультразвукове лікування є належним методом для створення суспензій, що стабілізують поверхнево-активні речовини, дисперсних судин із високою довжиною. Для керованої виробництва SWCNT, ультразвукові процесори Hielscher дозволяють працювати на широкому діапазоні наборів параметрів ультразвуку. Амплітуда ультразвуку, тиск рідини та рідка композиція можуть бути змінені відповідно до конкретного матеріалу та процесу. Це пропонує різні варіанти коригування, такі як

• сонотродные амплітуди до 170 мікрон
• рідке тиск до 10 бар
• швидкість потоку рідини до 15л / хв (залежно від процесу)
• температура рідини до 80 ° С (інші температури на вимогу)
• В'язкість матеріалу до 100.000cp

 

Крім того, ультразвукове дослідження як метод полімеризації очищення допомагає ефективно видаляти домішки з вирощених SWCNTs. Важко вивчити хімічну модифікацію SWCNTs на молекулярному рівні, тому що важко отримати чисті SWNTs. Як вирощені SWCNTs містять багато домішок, таких як металеві частинки та аморфні вуглеводи. Ультразвукове дослідження SWCNTs в розчині монохлорбензолу (MCB) поліметалметакрилату PMMA з подальшою фільтрацією є ефективним способом очищення SWCNTs. Цей метод полімеризації допомагає очистити домішки від вирощених SWCNTs ефективно. Точний контроль над амплітудою ультразвуку дозволяє уникнути або обмежити пошкодження SWCNTs.

Ультразвукове обладнання

Hielscher пропонує високу продуктивність ультразвукові процесори для ультразвукової обробки кожного обсягу. Ультразвукові пристрої від 50 Вт до 16000 Вт, які можуть встановлюватися в кластери, дозволяють знаходити відповідний ультразвуковий пристрій для кожної програми в лабораторії, а також у промисловості. Для витонченої дисперсії нанотрубок рекомендується безперервна ультразвукова обробка. Використовуючи клітину потоку Хілера, стає можливим розсіювати УНТ у рідини підвищеної в'язкості, такі як полімери, розплави високої в'язкості та термопласти.

Натисніть тут, щоб дізнатись більше про дисперсію та модифікацію нанотрубок потужним ультразвуком!