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 or you have to manufacture large industrial lots of bulk dispersions, Hielscher’s product range offers the ideal ultrasonic system for your requirements. From Ультразвукові апарати 50 Вт для лабораторії до Промислові ультразвукові установки потужністю 16 кВт для комерційного виробництва Hielscher Ultrasonics допоможе вам.
To produce high-quality carbon nanotube dispersions, the process parameters must be well controlled. Amplitude, temperature, pressure and retention time are the most critical parameters for a even CNT distribution. Hielscher’s ultrasonicators not only allow for the precise control of each parameter, all process parameters are automatically recorded on the integrated SD card of Hielscher’s digital ultrasonic systems. The protocol of each sonication process helps to ensure reproducible results and consistent quality. Via remote browser control the user can operate and monitor the ultrasonic device without being on the location of the ultrasonic system.
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’ industrial ultrasonic processors can deliver very high as well as very mild amplitudes. Establish the ideal amplitude for your process requirements. Even amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation. For even higher amplitudes, customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Our customers are satisfied by the outstanding robustness and reliability of Hielscher Ultrasonic’s systems. The installation in fields of heavy-duty applications, demanding environments and 24/7 operation ensure efficient and economical processing. Ultrasonic process intensification reduces processing time and achieves better results, i.e. higher quality, higher yields, innovative products.
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.