Bir devorli uglerod nanonaychalarini qanday qilib alohida dispersiyalash mumkin

Bir devorli uglerod nanonaychalari (SWNTs yoki SWCNTs) oʻziga xos xususiyatlarga ega, ammo bu xususiyatlarni namoyon etishi uchun ular alohida dispersiyalanishi kerak. Bir devorli uglerod nanonaychalarining ajoyib xususiyatlaridan toʻliq foydalanish uchun naychalarning chigallarini imkon qadar toʻliq ajratish kerak. SWNTs, boshqa nanozarrachalar kabi, juda yuqori tortishish kuchlariga ega, shuning uchun ularni ishonchli deaglomeratsiyalash va dispersiyalash uchun kuchli va samarali usul zarur. Oddiy aralashtirish usullari SWNTs chigallarini ularga zarar yetkazmasdan ajratish uchun zarur intensivlikni taʼminlamasa-da, yuqori quvvatli ultratovush SWCNTs chigallarini ajratishi va ularni dispersiyalashi isbotlangan. Ultratovush hosil qiladigan kavitatsion siljish kuchlari bogʻlanish kuchlarini yengish uchun yetarlicha kuchli, ayni paytda SWCNTs shikastlanishining oldini olish uchun ultratovush intensivligini aniq sozlash mumkin.

Muammo:

Bir devorli uglerod nanonaychalari (SWCNTs) koʻp devorli uglerod nanonaychalaridan (MWNTs/ MWCNTs) elektr xususiyatlari bilan farq qiladi. SWCNTs taqiqlangan zonasining kengligi noldan 2 eV gacha oʻzgarishi mumkin va ularning elektr oʻtkazuvchanligi metallarga yoki yarimoʻtkazgichlarga xos xususiyatlarni namoyon etadi. Bir devorli uglerod nanonaychalari bir-biriga juda kuchli yopishganligi sababli, SWCNTs ga ishlov berishdagi asosiy toʻsiqlardan biri naychalarning organik erituvchilar yoki suvda tabiatan erimasligidir. SWCNTs ning barcha imkoniyatlaridan foydalanish uchun naychalarni deaglomeratsiyalashning oddiy, ishonchli va miqyosini kengaytirish mumkin boʻlgan jarayoni zarur. Xususan, SWCNTs va organik erituvchi oʻrtasida mos fazalararo sirt hosil qilish uchun CNT yon devorlari yoki ochiq uchlarini funksionallashtirish SWCNTs ning faqat qisman qatlamlarga ajralishiga olib keladi. Shu sababli SWCNTs asosan alohida deaglomeratsiyalangan arqonsimon tolalar shaklida emas, balki tutamlar shaklida dispersiyalanadi. Dispersiyalash sharoitlari haddan tashqari keskin boʻlsa, SWCNTs uzunligi 80 dan 200nm gacha qisqaradi. Aksariyat amaliy qoʻllanishlar, yaʼni yarimoʻtkazgich yoki mustahkamlovchi SWCNTs uchun bu uzunlik juda kichik.

Yechim:

Ultratovush bilan ishlov berish uglerod nanonaychalarini dispersiyalash va deaglomeratsiyalashning juda samarali usulidir, chunki yuqori intensivlikdagi ultratovush toʻlqinlari suyuqliklarda kavitatsiya hosil qiladi. Suyuq muhitda tarqaladigan tovush toʻlqinlari chastotaga bogʻliq tezlikda almashinadigan yuqori bosimli (siqilish) va past bosimli (siyraklashish) sikllarni yuzaga keltiradi. Past bosimli sikl davomida yuqori intensivlikdagi ultratovush toʻlqinlari suyuqlikda kichik vakuum pufakchalari yoki boʻshliqlarni hosil qiladi. Pufakchalar endi energiya yuta olmaydigan hajmga yetganda, yuqori bosimli sikl davomida keskin qulaydi. Bu hodisa kavitatsiya deb ataladi. Ichkariga qulash paytida mahalliy ravishda juda yuqori haroratlar (taxminan 5 000K) va bosimlar (taxminan 2 000atm) yuzaga keladi. Kavitatsiya pufakchasining ichkariga qulashi, shuningdek, tezligi 280m/s gacha boʻlgan suyuqlik oqimchalarini hosil qiladi. Bu suyuqlik oqimchalari ultratovush kavitatsiyasi natijasida yuzaga kelib, uglerod nanonaychalari orasidagi bogʻlanish kuchlarini yengadi va shu tariqa nanonaychalar deaglomeratsiyalanadi. Yumshoq, nazorat qilinadigan ultratovush bilan ishlov berish uzunligi katta boʻlgan dispersiyalangan SWCNTs ning sirt faol moddalar bilan barqarorlashtirilgan suspenziyalarini hosil qilish uchun mos usuldir. SWCNTs ni nazorat ostida ishlab chiqarish uchun Hielscher kompaniyasining ultratovush protsessorlari ultratovush parametrlarining keng doiradagi toʻplamlari bilan ishlash imkonini beradi. Ultratovush amplitudasi, suyuqlik bosimi va suyuqlik tarkibini muayyan material va jarayonga mos ravishda oʻzgartirish mumkin. Bu turli sozlash imkoniyatlarini beradi, masalan:

• sonotrod amplitudalari 170 mikrongacha
• suyuqlik bosimlari 10 bargacha
• suyuqlikning hajmiy oqim tezliklari 15L/min gacha (jarayonga bogʻliq)
• suyuqlik haroratlari 80 degC gacha (boshqa haroratlar soʻrov boʻyicha)
• material qovushqoqligi 100 000cp gacha

 

Bundan tashqari, polimer yordamida tozalash usuli sifatida ultratovush bilan ishlov berish oʻstirilgan holatdagi SWCNTs dan aralashmalarni samarali olib tashlash imkonini beradi. SWCNTs ning kimyoviy modifikatsiyasini molekulyar darajada oʻrganish qiyin, chunki sof SWNTs olish qiyin. Oʻstirilgan holatdagi SWCNTs tarkibida metall zarrachalari va amorf uglerod kabi koʻplab aralashmalar mavjud. SWCNTs ga poli(metil metakrilat) PMMA ning monoxlorbenzol (MCB) dagi eritmasida ultratovush bilan ishlov berish va undan keyin filtrlash SWCNTs ni tozalashning samarali usulidir. Polimer yordamidagi bu tozalash usuli oʻstirilgan holatdagi SWCNTs dan aralashmalarni samarali olib tashlash imkonini beradi. Ultratovush bilan ishlov berish amplitudasini aniq nazorat qilish SWCNTs ning shikastlanishini oldini olish yoki cheklash imkonini beradi.

Ultratovush uskunalari

Hielscher yuqori samarali ultratovush protsessorlarini har qanday hajmga ultratovush bilan ishlov berish uchun taklif etadi. Quvvati 50 vattdan 16 000 vattgacha boʻlgan, klasterlarga birlashtirish mumkin boʻlgan ultratovush qurilmalari laboratoriyada ham, sanoatda ham har bir qoʻllanish uchun mos ultratovush qurilmasini tanlash imkonini beradi. Nanonaychalarni puxta dispersiyalash uchun uzluksiz ultratovush bilan ishlov berish tavsiya etiladi. Hielscher kompaniyasining oqim hujayralaridan foydalanib, CNTs ni polimerlar, yuqori qovushqoqlikdagi suyuqlanmalar va termoplastlar kabi qovushqoqligi yuqori suyuqliklarda dispersiyalash mumkin.

Nanonaychalarni yuqori quvvatli ultratovush bilan dispersiyalash va modifikatsiyalash haqida batafsil oʻqish uchun bu yerni bosing!