Ультразвукове диспергування вуглецевих нанотрубок (ВНТ)

Вуглецеві нанотрубки міцні та гнучкі, але дуже цілісні. Їх важко диспергувати в рідинах, таких як вода, етанол, масло, полімер або епоксидна смола. УЗД є ефективним методом отримання дискретних – однодисперсні – вуглецеві нанотрубки.

Вуглецеві нанотрубки (CNT) використовуються в клеях, покриттях і полімерах, а також як електропровідні наповнювачі в пластмасах для розсіювання статичних зарядів в електрообладнанні та в електростатично фарбованих панелях кузова автомобілів. Використовуючи нанотрубки, полімери можна зробити більш стійкими до температур, агресивних хімікатів, корозійних середовищ, екстремальних тисків і стирання. Існує дві категорії вуглецевих нанотрубок: одностінні нанотрубки (SWNT) і багатостінні нанотрубки (MWNT).

Вуглецеві нанотрубки, як правило, доступні у вигляді сухого матеріалу, наприклад, від компаній, таких як Дослідження СЕС або CNT Co., Ltd. Необхідний простий, надійний і масштабований процес деагломерації, щоб використовувати нанотрубки з максимальним потенціалом. Для рідин до 100 000 сП ультразвук є дуже ефективною технологією диспергування нанотрубок у воді, маслі або полімерах при низьких або високих концентраціях. Струмінь рідини, що виникає в результаті ультразвукова кавітація, подолати сили зв'язку між нанотрубками та відокремити трубки. Через ультразвукові сили зсуву та мікротурбулентності ультразвук може допомогти у покритті поверхні та хімічній реакції нанотрубок з іншими матеріалами.

Як правило, груба дисперсія нанотрубок спочатку попередньо змішується стандартною мішалкою, а потім гомогенізується в реакторі ультразвукових проточних елементів. У відео нижче показано лабораторне дослідження (пакетна ультразвукова діагностика за допомогою UP400S) диспергування багатостінних вуглецевих нанотрубок у воді при низькій концентрації. Через хімічну природу вуглецю дисперсна поведінка нанотрубок у воді досить складна. Як показано на відео, можна легко продемонструвати, що ультразвук здатний ефективно диспергувати нанотрубки.

Дисперсія окремих КСВНТ великої довжини

Основною проблемою для обробки та маніпуляцій з SWNT є властива нерозчинність трубок у звичайних органічних розчинниках та воді. Функціоналізація бічної стінки нанотрубки або відкритих кінців для створення відповідного інтерфейсу між SWNTs і розчинником в основному призводить лише до часткового відлущування канатів SWNT.
Як наслідок, SWNT зазвичай розсіюються у вигляді пучків, а не повністю ізольованих окремих об'єктів. Коли під час диспергування використовуються занадто суворі умови, SWNT скорочуються до довжини від 80 до 200 нм. Хоча це корисно для певних тестів, ця довжина занадто мала для більшості практичних застосувань, таких як напівпровідникові або армуючі SWNT. Контрольоване, легке ультразвукове лікування (наприклад, шляхом UP200Ht з сонотродом 40 мм) є ефективною процедурою для приготування водних дисперсій довгих індивідуальних SWNT. Послідовності м'якого ультразвуку мінімізують укорочення і дозволяють максимально зберегти структурні та електронні властивості.

Очищення УХНТ методом полімерного ультразвуку

На молекулярному рівні важко вивчати хімічну модифікацію SWNTs, тому що важко отримати чисті SWNTs. Вирощені SWNT містять багато домішок, таких як частинки металів та аморфні вуглеці. Ультразвукування SWNTs у монохлорбензольному (MCB) розчині полі(метилметакрилату) PMMA з подальшою фільтрацією є ефективним способом очищення SWNT. Цей метод очищення за допомогою полімерів дозволяє ефективно видаляти домішки з вирощених SWNT. (Yudasaka та ін.) Точний контроль амплітуди ультразвуку дозволяє обмежити пошкодження УХНТ.

Хвороба Хільшера широкий асортимент ультразвукових апаратів та аксесуари для ефективного диспергування нанотрубок.

• Компактні лабораторні прилади до Потужність ультразвуку 400 Вт для розсіювання на менші обсяги до 2 літрів
• UIP500hdT, UIP1000HDT і UIP1500hdT – це ультразвукові процесори, які можуть обробляти більші обсяги.
• Ультразвукові системи 2 кВт (UIP2000hdT) і 4 кВт (UIP4000hdT) може використовуватися для диспергування вуглецевих нанотрубок у виробничих масштабах. Об'єкт UIP10000 (10 кіловат) і UIP16000 (16 кіловат) Може використовуватися в кластерах по кілька окремих блоків для великомасштабної обробки вуглецевих нанотрубок.”

Література

• 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.