Uglerod nanonaychalarini (CNT) ultratovush yordamida dispersiyalash

Uglerod nanonaychalari mustahkam va egiluvchan, ammo bir-biriga juda kuchli yopishadi. Ularni suv, etanol, moy, polimer yoki epoksid qatroni kabi suyuqliklarda dispersiyalash qiyin. Ultratovush alohida – yakka holda dispersiyalangan – uglerod nanonaychalarini olishning samarali usulidir.

Uglerod nanonaychalari (CNT) yelimlar, qoplamalar va polimerlarda, shuningdek, elektr jihozlari va elektrostatik usulda boʻyash mumkin boʻlgan avtomobil kuzovi panellaridagi statik zaryadlarni tarqatish uchun plastmassalarda elektr oʻtkazuvchi toʻldirgichlar sifatida ishlatiladi. Nanonaychalardan foydalanib, polimerlarning harorat, kuchli taʼsir qiluvchi kimyoviy moddalar, korroziv muhitlar, oʻta yuqori bosim va ishqalanib yeyilishga chidamliligini oshirish mumkin. Uglerod nanonaychalarining ikki toifasi mavjud: bir devorli nanonaychalar (SWNT) va koʻp devorli nanonaychalar (MWNT).

Uglerod nanonaychalari odatda quruq material sifatida mavjud boʻlib, ularni, masalan, SES Research yoki CNT Co., Ltd. kabi kompaniyalardan olish mumkin. Nanonaychalarning imkoniyatlaridan maksimal darajada foydalanish uchun aglomeratlarni parchalashning oddiy, ishonchli va miqyosini kengaytirish mumkin boʻlgan jarayoni zarur. Qovushqoqligi 100 000cP gacha boʻlgan suyuqliklarda ultratovush nanonaychalarni suv, moy yoki polimerlarda past yoki yuqori konsentratsiyalarda dispersiyalash uchun juda samarali texnologiyadir. Suyuqlikning tez oqadigan oqimlari ultratovushli kavitatsiya natijasida hosil boʻlib, nanonaychalar orasidagi bogʻlanish kuchlarini yengadi va naychalarni bir-biridan ajratadi. Ultratovush hosil qiladigan siljish kuchlari va mikroturbulentlik tufayli ultratovush nanonaychalar sirtini qoplashga va ularning boshqa materiallar bilan kimyoviy reaksiyaga kirishishiga ham yordam berishi mumkin.

Odatda, nanonaychalarning dagʻal dispersiyasi avval standart aralashtirgich yordamida dastlabki aralashtirishdan oʻtkaziladi, soʻngra ultratovushli oqim hujayrasi reaktorida gomogenizatsiya qilinadi. Quyidagi videoda laboratoriya sinovi ( UP400S yordamida davriy rejimda ultratovush bilan ishlov berish) davomida koʻp devorli uglerod nanonaychalarining suvda past konsentratsiyada dispersiyalanishi koʻrsatilgan. Uglerodning kimyoviy tabiati tufayli nanonaychalarni suvda dispersiyalash ancha qiyin. Videoda koʻrsatilganidek, ultratovush bilan ishlov berish nanonaychalarni samarali dispersiyalay olishini osonlik bilan namoyish etish mumkin.

Uglerod nanonaychalarini ultratovush yordamida disperslash: Hielscher UP400S (400W) ultratovush qurilmasi chigallashgan uglerod nanonaychalarini tez va samarali ravishda bir-biridan ajratib, alohida nanonaychalar holida disperslaydi.

Uzunligi katta boʻlgan alohida SWNTlarni dispersiyalash

SWNTlarga ishlov berish va ularni boshqarishdagi asosiy muammo naychalarning odatiy organik erituvchilar va suvda tabiatan erimasligidir. SWNTlar va erituvchi oʻrtasida mos fazalararo sirt yaratish uchun nanonaychalarning yon devori yoki ochiq uchlarini funksionallashtirish koʻpincha faqat SWNTlarning arqonsimon tutamlarini qisman ajratishga olib keladi.
Natijada, SWNTlar odatda toʻliq ajratilgan alohida obyektlar holida emas, balki tutamlar shaklida dispersiyalanadi. Dispersiyalashda haddan tashqari keskin sharoitlar qoʻllanilsa, SWNTlar qisqarib, ularning uzunligi 80 va 200nm oraligʻida boʻlib qoladi. Bu ayrim sinovlar uchun foydali boʻlsa-da, yarimoʻtkazgich yoki mustahkamlovchi SWNTlar kabi koʻpchilik amaliy qoʻllanishlar uchun bu uzunlik juda kichikdir. Nazorat qilinadigan, yumshoq ultratovush bilan ishlov berish (masalan, 40mm sonotrodli UP200Ht yordamida) uzun, alohida SWNTlarning suvli dispersiyalarini tayyorlashning samarali usulidir. Yumshoq ultratovush bilan ishlov berish ketma-ketliklari qisqarishni minimallashtiradi va strukturaviy hamda elektron xususiyatlarni maksimal darajada saqlash imkonini beradi.

Polimer yordamida ultratovush bilan ishlov berish orqali SWNTni tozalash

SWNTlarning kimyoviy modifikatsiyasini molekulyar darajada oʻrganish qiyin, chunki sof SWNTlarni olish qiyin. Oʻstirilgan holatdagi SWNTlarda metall zarrachalari va amorf uglerod kabi koʻplab aralashmalar mavjud. SWNTlarga poli(metil metakrilat) PMMAning monoxlorbenzol (MCB)dagi eritmasida ultratovush bilan ishlov berib, keyin filtrlash SWNTlarni tozalashning samarali usulidir. Polimer yordamida tozalashning bu usuli oʻstirilgan holatdagi SWNTlardan aralashmalarni samarali olib tashlash imkonini beradi. (Yudasaka et al.) Ultratovush bilan ishlov berish amplitudasini aniq nazorat qilish SWNTlarning shikastlanishini cheklash imkonini beradi.

Hielscher kompaniyasining keng turdagi ultratovush qurilmalari va aksessuarlari nanonaychalarni samarali dispersiyalash uchun.

• Ixcham laboratoriya qurilmalari koʻpi bilan 400 vatt ultratovush quvvatiga ega boʻlib, 2 litrgacha boʻlgan kichikroq hajmlarda dispersiyalash uchun moʻljallangan
• UIP500hdT, UIP1000hdT va UIP1500hdT kattaroq hajmlarga ishlov bera oladigan ultratovush protsessorlaridir.
• Quvvati 2kW (UIP2000hdT) va 4kW (UIP4000hdT) boʻlgan ultratovush tizimlaridan uglerod nanonaychalarini ishlab chiqarish miqyosida dispersiyalash uchun foydalanish mumkin. UIP10000 (10 kilovatt) va UIP16000 (16 kilovatt) qurilmalaridan uglerod nanonaychalariga katta miqyosda ishlov berish uchun bir nechta alohida qurilmalardan tashkil topgan klasterlarda foydalanish mumkin.»

Adabiyotlar

• 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.