Рівномірно дисперсні ВНТ методом ультразвуку
Щоб використовувати виняткові функціональні можливості вуглецевих нанотрубок (ВНТ), вони повинні бути однорідно дисперговані.
Ультразвукові диспергатори є найбільш поширеним інструментом для розподілу ВНТ на водні суспензії та суспензії на основі розчинників.
Технологія ультразвукового диспергування створює досить високу енергію зсуву, щоб досягти повного розділення ВНТ без їх пошкодження.
Ультразвукове диспергування вуглецевих нанотрубок
Вуглецеві нанотрубки (ВНТ) мають дуже високе співвідношення сторін і демонструють низьку щільність, а також величезну площу поверхні (кілька сотень м2/г), що надає їм унікальні властивості, такі як дуже висока міцність на розрив, жорсткість і в'язкість, а також дуже висока електро- та теплопровідність. Завдяки силам Ван-дер-Ваальса, які притягують один до одного одиночні вуглецеві нанотрубки (ВНТ), ВНТ зазвичай розташовуються в пучках або мотках. Ці міжмолекулярні сили тяжіння засновані на явищі накопичення π зв'язків між сусідніми нанотрубками, відомому як π-стекування. Щоб отримати повну користь від вуглецевих нанотрубок, ці агломериати повинні бути розплутані, а ВНТ повинні бути рівномірно розподілені в однорідній дисперсії. Інтенсивний ультразвук створює акустичну кавітацію в рідинах. Створюване таким чином місцеве зсувне напруження розриває агрегати ВНТ і рівномірно розсіює їх в однорідній суспензії. Технологія ультразвукового диспергування створює досить високу енергію зсуву, щоб досягти повного розділення ВНТ без їх пошкодження. Навіть для чутливих КСВНТ успішно застосовується ультразвукове дослідження, що дозволяє розплутати їх окремо. Ультразвук просто забезпечує достатній рівень напруги для розділення агрегатів SWNT, не викликаючи значного руйнування окремих нанотрубок (Huang, Terentjev 2012).
- Однодисперсні ВНТ
- Однорідний розподіл
- Висока ефективність диспергування
- Високі навантаження на ВНТ
- Відсутність деградації ВНТ
- Швидка обробка
- Точне управління процесом
UIP2000HDT – Потужний ультразвуковий пристрій потужністю 2 кВт для дисперсії ВНТ
Високопродуктивні ультразвукові системи для диспергування ВНТ
Компанія Hielscher Ultrasonics поставляє потужне і надійне ультразвукове обладнання для ефективного розсіювання ВНТ. Чи потрібно готувати невеликі зразки ВНТ для аналізу і Р&D або вам потрібно виробляти великі промислові партії масових дисперсій, асортимент продукції Hielscher пропонує ідеальну ультразвукову систему для ваших вимог. Від Ультразвукові апарати 50 Вт для лабораторії до Промислові ультразвукові установки потужністю 16 кВт для комерційного виробництва Hielscher Ultrasonics допоможе вам.
Щоб отримати високоякісні дисперсії вуглецевих нанотрубок, параметри процесу необхідно добре контролювати. Амплітуда, температура, тиск і час утримання є найбільш критичними параметрами для рівномірного розподілу ВНТ. Ультразвукові апарати Hielscher не тільки дозволяють точно контролювати кожен параметр, всі параметри процесу автоматично записуються на вбудовану SD-карту цифрових ультразвукових систем Hielscher. Протокол кожного процесу ультразвукового дослідження допомагає забезпечити відтворювані результати та стабільну якість. За допомогою віддаленого керування браузером користувач може керувати та контролювати ультразвуковий пристрій, не перебуваючи на місці розташування ультразвукової системи.
Оскільки одностінні вуглецеві нанотрубки (SWNTs) і багатостінні вуглецеві нанотрубки (MWNTs), а також обране водне середовище або середовище з розчинником вимагають певної інтенсивності обробки, амплітуда ультразвуку є ключовим фактором, коли мова йде про кінцевий продукт. Ультразвук Hielscher’ Промислові ультразвукові процесори можуть видавати як дуже високі, так і дуже помірні амплітуди. Встановіть ідеальну амплітуду для вимог вашого процесу. Навіть амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.
Наші клієнти задоволені винятковою міцністю та надійністю систем Hielscher Ultrasonic. Установка у важких умовах, вимогливих умовах та робота 24/7 забезпечують ефективну та економічну переробку. Ультразвукова інтенсифікація процесу скорочує час обробки і дозволяє досягти кращих результатів, тобто більш високої якості, більш високих виходів, інноваційних продуктів.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| 0від .5 до 1.5 мл | Н.А. | VialTweeter |
| Від 1 до 500 мл | Від 10 до 200 мл/хв | UP100H |
| Від 10 до 2000 мл | Від 20 до 400 мл/хв | UP200Ht, UP400St |
| 0від 1 до 20 л | 0від .2 до 4 л/хв | UIP2000HDT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л/хв | UIP4000HDT |
| Н.А. | Від 10 до 100 л/хв | UIP16000 |
| Н.А. | Більше | кластер UIP16000 |
Зв'яжіться з нами! / Запитайте нас!
Високопотужні ультразвукові процесори від лабораторних до пілотних і промислових масштабів.
Література / Список літератури
- SOP – Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- 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.
Факти, які варто знати
Що таке вуглецеві нанотрубки
Вуглецеві нанотрубки (ВНТ) є частиною особливого класу одновимірних вуглецевих матеріалів, що демонструють виняткові механічні, електричні, теплові та оптичні властивості. Вони є основним компонентом, який використовується при розробці та виробництві передових наноматеріалів, таких як нанокомпозити, армовані полімери тощо, і тому використовуються в найсучасніших технологіях. ВНТ демонструють дуже високу міцність на розрив, чудові властивості термопередачі, низькі заборонені зони та оптимальну хімічну та фізичну стабільність, що робить нанотрубки перспективною добавкою для різноманітних матеріалів.
Залежно від структури ВНТ розрізняють на одностінні вуглецеві нанотрубки (SWNTs), вуглецеві нанотрубки з подвійними стінками (DWCNTs) та багатостінні вуглецеві нанотрубки (MWNTs).
SWNT — це порожнисті довгі циліндричні трубки, виготовлені з вуглецевої стінки товщиною в один атом. Атомарний лист вуглецю розташований у стільниковій решітці. Часто їх концептуально порівнюють з рулонними листами одношарового графіту або графену.
DWCNT складаються з двох одностінних нанотрубок, одна з яких вкладена в іншу.
MWNT — це форма ВНТ, де кілька одностінних вуглецевих нанотрубок вкладені одна в одну. Оскільки їх діаметр коливається від 3 до 30 нм і оскільки вони можуть виростати на кілька см в довжину, їх співвідношення сторін може варіюватися від 10 до 10 мільйонів. У порівнянні з вуглецевими нановолокнами, MWNT мають іншу структуру стінок, менший зовнішній діаметр і порожнисту внутрішню частину. Широко використовуваними промислово доступними типами MWNT є, наприклад, Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 і FutureCarbon CNT-MW.
Синтез ВНТ: ВНТ можуть бути виготовлені методом синтезу на основі плазми або методом випаровування дугового розряду, методом лазерної абляції, процесом термічного синтезу, хімічним осадженням парів (CVD) або хімічним осадженням з паровим зміцненням плазми.
Функціоналізація ВНТ: Щоб покращити характеристики вуглецевих нанотрубок і тим самим зробити їх більш придатними для конкретного застосування, ВНТ часто функціоналізують, наприклад, шляхом додавання карбонових кислот (-COOH) або гідроксильних (-OH) груп.
Диспергуючі присадки для ВНТ
Деякі розчинники, такі як суперкислоти, іонні рідини та N-циклогексил-2-піроліднон, здатні отримувати дисперсії ВНТ відносно високої концентрації, тоді як найпоширеніші розчинники для нанотрубок, такі як N-метил-2-піролідон (NMP), диметилформамід (DMF) та 1,2-дихролобензол, можуть диспергувати нанотрубки лише при дуже низьких концентраціях (наприклад, зазвичай <0.02 мас.% одностінних ВНТ). Найбільш поширеними дисперсійними агентами є полівінілпіролідон (PVP), додецилбензолсульфонат натрію (SDBS), тритон 100 або додецилсульфонат натрію (SDS).
Крезоли — це група промислових хімікатів, які можуть обробляти ВНТ у концентраціях до десятків вагових відсотків, що призводить до безперервного переходу від розбавлених дисперсій, густих паст і вільно стоячих гелів до безпрецедентного стану, схожого на тісто, зі збільшенням навантаження на ВНТ. Ці стани демонструють полімероподібні реологічні та в'язкопружні властивості, які недосяжні з іншими поширеними розчинниками, що свідчить про те, що нанотрубки дійсно дезагреговані та тонко дисперговані в крезолах. Крезоли можна видаляти після обробки шляхом нагрівання або промивання, не змінюючи поверхню ВНТ. [Chiou et al. 2018]
Застосування дисперсій ВНТ
Щоб використовувати переваги ВНТ, вони повинні бути дисперговані в рідині, такій як полімери, Рівномірно дисперсні ВНТ використовуються для виробництва струмопровідних пластмас, рідкокристалічних дисплеїв, органічних світлодіодів, сенсорних екранів, гнучких дисплеїв, сонячних елементів, провідних чорнил, статичних контрольних матеріалів, включаючи плівки, піни, волокна та тканини, полімерні покриття та клеї, високоефективні полімерні композити з винятковою механічною міцністю та в'язкістю, полімерні/ВНТ композитні волокна, а також легкі та антистатичні матеріали.
Які існують форми вуглецю?
Вуглець існує в декількох алотропах, серед яких:
- Кристалічні форми: алмаз, графіт, графен, вуглецеві нанотрубки (ВНТ), фулерени (наприклад, С60).
- Аморфні форми: деревне вугілля, сажа, сажа, склоподібний вуглець, алмазоподібний вуглець (DLC), одношаровий аморфний вуглець (МАК).
- Гібридні наноструктури: наноалмази, вуглецева цибуля, вуглецеві аерогелі та композити, такі як гібриди нановуглець-метал.
Кожна форма демонструє відмінні фізико-хімічні властивості, що мають відношення до застосувань у матеріалознавстві, електроніці та зберіганні енергії.