Ultratovush bilan ishlov berish orqali bir tekis disperslangan CNTlar

Uglerod nanonaychalarining (CNTlar) favqulodda funksional xususiyatlaridan foydalanish uchun ular bir jinsli disperslanishi kerak.
Ultratovushli dispersgatorlar CNTlarni suvli va erituvchi asosidagi suspenziyalarda taqsimlash uchun eng keng qoʻllaniladigan vositadir.
Ultratovushli disperslash texnologiyasi CNTlarni shikastlamasdan toʻliq ajratish uchun yetarlicha yuqori siljish energiyasini hosil qiladi.

Uglerod nanonaychalarini ultratovush yordamida disperslash

Uglerod nanonaychalari (CNTlar) uzunligining diametriga nisbati juda yuqori, zichligi past va sirt maydoni nihoyatda katta (bir necha yuz m2/g) boʻlib, bu ularga choʻzilishga juda yuqori mustahkamlik, bikrlik va sinishga chidamlilik hamda juda yuqori elektr va issiqlik oʻtkazuvchanligi kabi noyob xususiyatlarni beradi. Alohida uglerod nanonaychalarini (CNTlarni) bir-biriga tortuvchi Van der Vaals kuchlari tufayli CNTlar odatda tutamlar yoki chigallashgan toʻplamlar shaklida joylashadi. Bu molekulalararo tortishish kuchlari qoʻshni nanonaychalar orasidagi π-taxlanish deb ataladigan π-bogʻlarning ustma-ust taxlanish hodisasiga asoslanadi. Uglerod nanonaychalaridan toʻliq foyda olish uchun ushbu aglomeratlar chigaldan ajratilishi va CNTlar bir jinsli dispersiyada bir tekis taqsimlanishi kerak. Intensiv ultratovush bilan ishlov berish suyuqliklarda akustik kavitatsiyani hosil qiladi. Bunda yuzaga keladigan mahalliy siljish kuchlanishi CNT agregatlarini parchalaydi va ularni bir jinsli suspenziyada bir tekis disperslaydi. Ultratovushli disperslash texnologiyasi CNTlarni shikastlamasdan toʻliq ajratish uchun yetarlicha yuqori siljish energiyasini hosil qiladi. Hatto sezgir SWNTlarni ham birma-bir chigaldan ajratish uchun ultratovush bilan ishlov berish muvaffaqiyatli qoʻllaniladi. Ultratovush bilan ishlov berish alohida nanonaychalarda koʻp sinishlarga sabab boʻlmasdan SWNT agregatlarini ajratish uchun yetarli kuchlanish darajasini taʼminlaydi (Huang, Terentjev 2012).

CNTlarni ultratovush yordamida disperslashning afzalliklari

Alohida-alohida disperslangan CNTlar
Bir jinsli taqsimlanish
Disperslashning yuqori samaradorligi
CNTlarning yuqori miqdori
CNTlar degradatsiyaga uchramaydi
Tez ishlov berish
Jarayonni aniq boshqarish

Ultratovush yordamida sintezlangan nanosuyuqliklar samarali sovitish va issiqlik almashinish suyuqliklaridir. Issiqlik o‘tkazuvchi nanomateriallar issiqlik uzatish va tarqatish qobiliyatini sezilarli darajada oshiradi. Ultratovush bilan ishlov berish issiqlik o‘tkazuvchi nanozarrachalarni sintezlash va funksionallashtirishda, shuningdek, sovitish uchun barqaror, yuqori samarali nanosuyuqliklar ishlab chiqarishda keng qo‘llaniladi.

CNT dispersiyalari uchun yuqori unumdorlikdagi ultratovush tizimlari

Hielscher Ultrasonics CNTlarni samarali disperslash uchun kuchli va ishonchli ultratovush uskunalarini yetkazib beradi. Tahlil hamda tadqiqot va ishlanmalar uchun kichik CNT namunalarini tayyorlashingiz kerak boʻladimi yoki katta hajmdagi dispersiyalarning yirik sanoat partiyalarini ishlab chiqarishingiz kerak boʻladimi, Hielscher mahsulotlari assortimenti talablaringizga ideal mos keladigan ultratovush tizimini taklif etadi. Laboratoriya uchun 50W ultratovush qurilmalaridan tijoriy ishlab chiqarish uchun 16kW sanoat ultratovush qurilmalarigacha Hielscher Ultrasonics ehtiyojlaringizni qondiradi.
Yuqori sifatli uglerod nanonaychalari dispersiyalarini ishlab chiqarish uchun jarayon parametrlari puxta boshqarilishi kerak. Amplituda, harorat, bosim va ushlab turish vaqti CNTlarning bir tekis taqsimlanishi uchun eng muhim parametrlardir. Hielscher ultratovush qurilmalari har bir parametrni aniq boshqarishga imkon berish bilan birga, barcha jarayon parametrlarini Hielscher raqamli ultratovush tizimlariga oʻrnatilgan SD kartaga avtomatik ravishda yozib boradi. Har bir ultratovush bilan ishlov berish jarayonining qaydnomasi takrorlanuvchan natijalar va barqaror sifatni taʼminlashga yordam beradi. Brauzer orqali masofadan boshqarish yordamida foydalanuvchi ultratovush tizimi joylashgan joyda boʻlmasdan turib ultratovush qurilmasini boshqarishi va kuzatishi mumkin.
Bir devorli uglerod nanonaychalari (SWNTlar) va koʻp devorli uglerod nanonaychalari (MWNTlar), shuningdek, tanlangan suvli yoki erituvchi muhit oʻziga xos ishlov berish intensivligini talab qilganligi sababli, yakuniy mahsulot uchun ultratovush amplitudasi asosiy omil hisoblanadi. Hielscher Ultrasonics sanoat ultratovush protsessorlari juda yuqori hamda juda past amplitudalarni taʼminlay oladi. Jarayoningiz talablariga ideal mos keladigan amplitudani belgilang. Hatto 200µm gacha boʻlgan amplitudalarda ham 24/7 rejimida uzluksiz ishlashni oson taʼminlash mumkin. Yanada yuqori amplitudalar uchun maxsus tayyorlangan ultratovush sonotrodlari mavjud. Hielscher ultratovush uskunalarining mustahkamligi katta yuklama ostida va murakkab muhitlarda 24/7 rejimida ishlash imkonini beradi.
Mijozlarimiz Hielscher Ultrasonic tizimlarining ajoyib mustahkamligi va ishonchliligidan mamnun. Ularni katta yuklamali qoʻllanish sohalarida, murakkab muhitlarda va 24/7 rejimida ishlash uchun oʻrnatish samarali va tejamkor ishlov berishni taʼminlaydi. Jarayonni ultratovush yordamida jadallashtirish ishlov berish vaqtini qisqartiradi va yaxshiroq natijalarga, yaʼni yuqoriroq sifatga, yuqoriroq mahsulot chiqishiga va innovatsion mahsulotlarga erishish imkonini beradi.
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:

Partiya hajmi	Hajmiy oqim tezligi	Tavsiya etiladigan qurilmalar
0,5 dan 1,5mL gacha	n.a.	VialTweeter
1 dan 500mL gacha	10 dan 200mL/min gacha	UP100H
10 dan 2000mL gacha	20 dan 400mL/min gacha	UP200Ht, UP400St
0,1 dan 20L gacha	0,2 dan 4L/min gacha	UIP2000hdT
10 dan 100L gacha	2 dan 10L/min gacha	UIP4000hdT
n.a.	10 dan 100L/min gacha	UIP16000
n.a.	yuqoriroq	quyidagi qurilmalar klasteri: UIP16000

Biz bilan bogʻlaning! / Bizga savol bering!

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

Tegishli mavzular

Adabiyotlar / Manbalar

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.

Bilishga arziydigan maʼlumotlar

Uglerod nanonaychalari nima

Uglerod nanonaychalari (CNTlar) bir oʻlchamli uglerod materiallarining maxsus sinfiga kiradi va favqulodda mexanik, elektr, issiqlik hamda optik xususiyatlarga ega. Ular nanokompozitlar, mustahkamlangan polimerlar va boshqalar kabi ilgʻor nanomateriallarni yaratish va ishlab chiqarishda ishlatiladigan asosiy tarkibiy qismlardan biri boʻlib, shu sababli eng zamonaviy texnologiyalarda qoʻllaniladi. CNTlar choʻzilishga juda yuqori mustahkamlik, ustun issiqlik uzatish xususiyatlari, kichik taqiqlangan zona kengliklari va optimal kimyoviy hamda fizik barqarorlikka ega boʻlib, bu nanonaychalarni turli materiallar uchun istiqbolli qoʻshimchaga aylantiradi.
Tuzilishiga qarab, CNTS bir devorli uglerod nanonaychalari (SWNTlar), ikki devorli uglerod nanonaychalari (DWCNTlar) va koʻp devorli uglerod nanonaychalariga (MWNTlar) ajratiladi.
SWNTlar qalinligi bir atomga teng uglerod devoridan tashkil topgan ichi boʻsh, uzun silindrsimon naychalardir. Uglerod atomlari qatlami asalari uyasi kataklari shaklidagi panjarada joylashgan. Ular koʻpincha tasavvurda oʻralgan bir qatlamli grafit yoki grafen varaqlariga qiyoslanadi.
DWCNTlar biri ikkinchisining ichiga joylashgan ikkita bir devorli nanonaychadan iborat.
MWNTlar bir nechta bir devorli uglerod nanonaychalari bir-birining ichiga joylashgan CNT shaklidir. Ularning diametri 3–30 nm oraligʻida boʻlgani va uzunligi bir necha cm ga yetishi mumkinligi sababli, uzunligining diametriga nisbati 10 dan oʻn milliongacha oʻzgarishi mumkin. Uglerod nanotolalari bilan solishtirganda, MWNTlar boshqacha devor tuzilishiga, kichikroq tashqi diametrga va ichi boʻsh tuzilishga ega. Sanoatda mavjud, keng qoʻllaniladigan MWNT turlariga, masalan, Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 va FutureCarbon CNT-MW kiradi.
CNTlarni sintez qilish: CNTlar plazmaga asoslangan sintez usuli yoki elektr yoyi razryadi yordamida bugʻlatish usuli, lazer ablyatsiyasi usuli, termik sintez jarayoni, kimyoviy bugʻ fazasidan choʻktirish (CVD) yoki plazma yordamida kuchaytirilgan kimyoviy bugʻ fazasidan choʻktirish orqali ishlab chiqarilishi mumkin.
CNTlarni funksionallashtirish: Uglerod nanonaychalarining xususiyatlarini yaxshilash va shu orqali ularni muayyan qoʻllanishga koʻproq moslashtirish uchun CNTlar koʻpincha, masalan, karboksil kislota (-COOH) yoki gidroksil (-OH) guruhlarini qoʻshish orqali funksionallashtiriladi.

CNTlarni disperslash uchun qoʻshimchalar

Superkislotalar, ionli suyuqliklar va N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone kabi ayrim erituvchilar CNTlarning nisbatan yuqori konsentratsiyali dispersiyalarini tayyorlash imkonini beradi, nanonaychalar uchun eng keng qoʻllaniladigan N-metil-2-pirrolidon (NMP), dimetilformamid (DMF) va 1,2-dichrolobenzene kabi erituvchilar esa nanonaychalarni faqat juda past konsentratsiyalarda disperslay oladi (masalan, bir devorli CNTlar uchun odatda <0,02 wt%). Eng keng qoʻllaniladigan disperslovchi moddalar polivinilpirrolidon (PVP), natriy dodesilbenzolsulfonat (SDBS), Triton 100 yoki natriy dodesilsulfonat (SDS) hisoblanadi.
Krezollar CNTlarga oʻnlab massa foizigacha boʻlgan konsentratsiyalarda ishlov berish imkonini beradigan sanoat kimyoviy moddalari guruhidir; CNT miqdori oshgani sari suyultirilgan dispersiyalar, quyuq pastalar va oʻz shaklini saqlaydigan gellardan ilgari kuzatilmagan, oʻyin xamiriga oʻxshash holatga uzluksiz oʻtish yuz beradi. Bu holatlar boshqa keng qoʻllaniladigan erituvchilar bilan erishib boʻlmaydigan, polimerlarnikiga oʻxshash reologik va qovushqoq-elastik xususiyatlarni namoyon etadi, bu esa nanonaychalar krezollarda haqiqatan ham agregatlardan ajratilganini va mayin disperslanganini koʻrsatadi. Ishlov berishdan soʻng krezollarni CNTlar sirtini oʻzgartirmasdan qizdirish yoki yuvish orqali olib tashlash mumkin. [Chiou et al. 2018]

CNT dispersiyalarining qoʻllanish sohalari

CNTlarning afzalliklaridan foydalanish uchun ularni polimerlar kabi suyuqlikda disperslash kerak. Bir tekis disperslangan CNTlar elektr oʻtkazuvchi plastmassalar, suyuq kristalli displeylar, organik yorugʻlik chiqaruvchi diodlar, sensorli ekranlar, egiluvchan displeylar, quyosh elementlari, elektr oʻtkazuvchi siyohlar, statik elektrni nazorat qiluvchi materiallar, jumladan, plyonkalar, koʻpiklar, tolalar va matolar, polimer qoplamalar va yelimlar, favqulodda mexanik mustahkamlik va sinishga chidamlilikka ega yuqori samarali polimer kompozitlar, polimer/CNT kompozit tolalar, shuningdek, yengil va antistatik materiallarni ishlab chiqarishda qoʻllaniladi.

Uglerodning qanday shakllari mavjud?
Uglerod bir nechta allotrop shakllarda mavjud, jumladan:

Kristall shakllar: olmos, grafit, grafen, uglerod nanonaychalari (CNTlar), fullerenlar (masalan, C₆₀).
Amorf shakllar: yogʻoch koʻmiri, qurum, texnik uglerod, shishasimon uglerod, olmosga oʻxshash uglerod (DLC), bir qatlamli amorf uglerod (MAC).
Gibrid nanotuzilmalar: nanoolmoslar, piyozsimon qatlamli uglerod tuzilmalari, uglerod aerogellari va nanouglerod-metall gibridlari kabi kompozitlar.

Har bir shakl materialshunoslik, elektronika va energiyani saqlash sohalaridagi qoʻllanishlarga aloqador oʻziga xos fizik-kimyoviy xususiyatlarni namoyon etadi.