Yagona devorli uglerod nanotubalarini qanday qilib alohida-alohida tarqatish mumkin

Yagona devorli uglerod nanotubalari (SWNTs yoki SWCNTs) o'ziga xos xususiyatlarga ega, ammo ularni ifodalash uchun ular individual ravishda tarqalishi kerak. Yagona devorli uglerod nanotubalarining o'ziga xos xususiyatlaridan to'liq foydalanish uchun quvurlarni to'liq chalkashtirib yuborish kerak. Boshqa nanozarrachalar kabi SWNTlar juda yuqori tortishish kuchlarini ko'rsatadi, shuning uchun ishonchli deaglomeratsiya va dispersiya uchun kuchli va samarali texnika kerak. Umumiy aralashtirish usullari SWNTlarni shikastlamasdan ajratish uchun zarur bo'lgan intensivlikni ta'minlamasa-da, yuqori quvvatli ultratovushlar SWCNTlarni parchalashi va tarqatishi isbotlangan. Ultrasonik tarzda yaratilgan kavitatsion kesish kuchlari bog'lanish kuchlarini engish uchun etarlicha kuchli, shu bilan birga ultratovush intensivligini SWCNTlarning shikastlanishiga yo'l qo'ymaslik uchun aniq sozlash mumkin.

Muammo:

Bir devorli uglerod nanotubalari (SWCNTs) ko'p devorli uglerod nanotubalaridan (MWNTs/MWCNTs) elektr xossalari bilan farq qiladi. SWCNTlarning tarmoqli bo'shlig'i noldan 2 eV gacha o'zgarishi mumkin va ularning elektr o'tkazuvchanligi metall yoki yarim o'tkazuvchanlik xususiyatiga ega. Yagona devorli uglerod nanotubalari yuqori darajada yopishqoq bo'lganligi sababli, SWCNTlarni qayta ishlashdagi asosiy to'siqlardan biri bu quvurlarning organik erituvchilar yoki suvda erimasligidir. SWCNTlarning to'liq salohiyatidan foydalanish uchun quvurlarni oddiy, ishonchli va kengaytiriladigan deaglomeratsiya jarayoni kerak. Ayniqsa, SWCNTs va organik erituvchi o'rtasida mos interfeys yaratish uchun CNT yon devorlari yoki ochiq uchlarini funksionallashtirish faqat SWCNTlarning qisman eksfoliatsiyasiga olib keladi. Shuning uchun, SWCNTlar asosan alohida deaglomeratsiyalangan arqonlar emas, balki to'plamlar sifatida tarqalgan. Agar dispersiya paytida vaziyat juda og'ir bo'lsa, SWCNTs 80 dan 200 nm gacha bo'lgan uzunlikka qisqartiriladi. Ko'pgina amaliy ilovalar uchun, ya'ni yarim o'tkazgich yoki SWCNTlarni mustahkamlash uchun bu uzunlik juda kichik.

Yechim:

Ultrasonikatsiya uglerod nanotubalarini tarqatish va deaglomeratsiya qilishning juda samarali usuli hisoblanadi, chunki yuqori intensivlikdagi ultratovushning ultratovush to'lqinlari suyuqliklarda kavitatsiya hosil qiladi. Suyuq muhitda tarqaladigan tovush to'lqinlari chastotaga bog'liq bo'lgan yuqori bosimli (siqilish) va past bosimli (kamdan-kam uchraydigan) tsikllarning o'zgarishiga olib keladi. Past bosimli aylanish jarayonida yuqori intensiv ultratovush to'lqinlari suyuqlikda kichik vakuum pufakchalari yoki bo'shliqlarni hosil qiladi. Pufakchalar energiyani o'zlashtira olmaydigan hajmga erishganda, ular yuqori bosimli aylanish jarayonida kuchli qulab tushadi. Ushbu hodisa kavitatsiya deb ataladi. Portlash paytida mahalliy darajada juda yuqori haroratlar (taxminan 5000K) va bosimlarga (taxminan 2000atm) erishiladi. Kavitatsiya qabariqining portlashi natijasida 280 m/s gacha tezlikda suyuqlik oqimi ham paydo bo'ladi. Bu suyuqlik jet oqimlaridan kelib chiqadi ultratovushli kavitatsiya, Uglerod nanotubalari orasidagi bog'lanish kuchlarini engib o'tadi va shuning uchun nanotubalar deaglomeratsiyaga aylanadi. Yumshoq, boshqariladigan ultratovushli davolash yuqori uzunlikdagi dispers SWCNTlarning sirt faol moddalar bilan barqarorlashtirilgan suspenziyalarini yaratish uchun mos usuldir. SWCNTlarni boshqariladigan ishlab chiqarish uchun Hielscherning ultratovushli protsessorlari ultratovush parametrlarining keng diapazonida ishlashga imkon beradi. Ultrasonik amplituda, suyuqlik bosimi va suyuqlik tarkibi o'ziga xos material va jarayonga qarab o'zgarishi mumkin. Bu o'zgaruvchan sozlash imkoniyatlarini taklif qiladi, masalan

• 170 mikrongacha bo'lgan sonotrod amplitudalari
• suyuqlik bosimi 10 bargacha
• 15L/min gacha suyuqlik oqimi tezligi (jarayonga qarab)
• 80 ° C gacha suyuqlik harorati (so'rov bo'yicha boshqa haroratlar)
• materialning yopishqoqligi 100.000 cp gacha

 

Bundan tashqari, ultratovushli tozalash polimer yordamida tozalash usuli sifatida o'sgan SWCNT lardan aralashmalarni samarali ravishda olib tashlashga imkon beradi. SWCNTlarning kimyoviy modifikatsiyasini molekulyar darajada o'rganish qiyin, chunki sof SWNTs olish qiyin. O'stirilgan SWCNTlar tarkibida metall zarralari va amorf uglerodlar kabi ko'plab aralashmalar mavjud. Poli (metil metakrilat) PMMA ning monoklorobenzol (MCB) eritmasida SWCNTs ning ultratovushli tekshiruvi, so'ngra filtrlash SWCNTlarni tozalashning samarali usuli hisoblanadi. Ushbu polimer yordamida tozalash usuli o'sib chiqqan SWCNT lardan aralashmalarni samarali ravishda olib tashlash imkonini beradi. Ultrasonikatsiya amplitudasini to'g'ri boshqarish SWCNTlarga zarar etkazmaslik yoki cheklash imkonini beradi.

ultratovush uskunalari

Hielscher yuqori ishlashni taklif qiladi ultratovushli protsessorlar har bir jildning sonikatsiyasi uchun. Klasterlarda o'rnatilishi mumkin bo'lgan 50 vattdan 16000 vattgacha bo'lgan ultratovush qurilmalari laboratoriyada ham, sanoatda ham har bir dastur uchun mos ultratovushni topishga imkon beradi. Nanotubalarning murakkab dispersiyasi uchun doimiy sonikatsiya tavsiya etiladi. Hielscherning oqim hujayralaridan foydalanib, CNTlarni polimerlar, yuqori viskoziteli eritmalar va termoplastiklar kabi yuqori yopishqoqlikdagi suyuqliklarga tarqatish mumkin bo'ladi.

Yuqori quvvatli ultratovush yordamida nanotubalarning tarqalishi va modifikatsiyasi haqida ko'proq o'qish uchun bu yerni bosing!