Phân tán ống nano carbon trong mực in 3D
Sự phân tán đồng đều của CNT trong mực in 3D có thể tăng cường tính chất của mực in và cho phép các ứng dụng mới trong các lĩnh vực khác nhau. Ultrasonication loại thăm dò là một kỹ thuật phân tán có độ tin cậy cao để sản xuất huyền phù nano ổn định của CNT trong polyme.
Phân tán CNT hiệu quả và ổn định trong polyme do sonication
Các ống nano carbon (CNT) thường được phân tán trong dầu silicon cho các ứng dụng khác nhau do tính chất độc đáo của chúng. Sự phân tán CNT trong dầu silicon có thể cải thiện các tính chất cơ học, nhiệt và điện của vật liệu thu được. Một ứng dụng như vậy là chế tạo các polyme pha tạp CNT cho mực in 3D dẫn điện, ví dụ, để sản xuất phụ gia dựa trên sinh học của các cảm biến xúc giác có thể đeo được, giàn giáo tái tạo mô cụ thể cho bệnh nhân và điện cực ECG và EEG linh hoạt.
Ngoài ra, CNT phân tán trong dầu silicon có thể được sử dụng làm mực dẫn điện trong các thiết bị điện tử, chẳng hạn như màn hình và cảm biến linh hoạt. Các CNT hoạt động như các con đường dẫn điện, cho phép dòng điện.
Hệ thống siêu âm công suất công nghiệp để phân tán nội tuyến công nghiệp: Ultrasonicators hiệu suất cao là hệ thống trộn nội tuyến đáng tin cậy và hiệu quả cao để sản xuất các phân tán nano như CNT trong polyme.
Ưu điểm của siêu âm CNT / Polymer phân tán
Ultrasonication là một kỹ thuật phân tán rất hiệu quả, đi kèm với một số lợi ích. Những lợi thế của siêu âm phân tán ống nano carbon (CNT) trong polyme bao gồm:
Hệ thống công nghiệp siêu âm cho quá trình hòa tan nội tuyến, ví dụ như phân tán đồng đều các ống nano carbon vào các công thức polymer.
Giao thức chung cho sản xuất siêu âm vật liệu tổng hợp CNT / PDMS
Ultrasonication được sử dụng cho sự phân tán của nhiều vật liệu kích thước nano trong polyme. Một ứng dụng cụ thể và thường được sử dụng là sự phân tán các ống nano carbon (CNT) trong dimethylpolysiloxane (PDMS) bằng cách sử dụng sonication kiểu đầu dò. Để phân tán CNT vào ma trận PDMS, siêu âm điện và các hiệu ứng kết quả của xâm thực âm thanh được sử dụng để gỡ rối các ống nano và trộn chúng đồng đều thành một huyền phù nano. Sonication kiểu đầu dò là một phương pháp mạnh mẽ để phân tán CNT do khả năng tạo ra các lực xâm thực mạnh có thể phá vỡ và phân tán CNT kết tụ một cách hiệu quả.
Siêu âm phân tán là một bước xử lý đơn giản mà không đòi hỏi cụ thể trước hoặc sau điều trị. Các thiết bị siêu âm chính nó là an toàn và dễ dàng để hoạt động.
Quá trình phân tán bằng cách sử dụng sonication kiểu đầu dò thường bao gồm các bước sau:
- Chuẩn bị hỗn hợp CNT-PDMS: Một lượng CNT được xác định trước được thêm vào ma trận PDMS và được trộn sẵn bằng máy khuấy cơ học. Thật thú vị, bằng cách phân tán trước CNT trong dung môi, độ dẫn điện có thể được tăng lên. Kết quả tốt nhất đạt được bằng tetrahydrofuran (THF), acetone hoặc chloroform (được sắp xếp theo kết quả tốt nhất).
- Sonication kiểu đầu dò: Hỗn hợp này được sonication loại đầu dò bằng cách sử dụng đầu dò siêu âm cường độ cao tạo ra sóng siêu âm với tần số thường xấp xỉ 20 kHz. Tùy thuộc vào khối lượng và công thức, sonication thường được thực hiện trong vài phút để đảm bảo phân tán hoàn toàn các CNT.
- Giám sát sự phân tán: Sự phân tán của CNT được theo dõi bằng các kỹ thuật như kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) hoặc quang phổ UV-Vis. Những kỹ thuật này có thể được sử dụng để hình dung sự phân bố của CNT trong ma trận PDMS và để đảm bảo rằng các CNT được phân tán đồng đều.
Tóm lại, sonication kiểu đầu dò là một phương pháp mạnh mẽ để phân tán CNT trong các polyme như PDMS do khả năng tạo ra các lực xâm thực mạnh có thể phá vỡ và phân tán CNT kết tụ một cách hiệu quả.
Nghiên cứu trường hợp của siêu âm chế tạo vật liệu tổng hợp CNT / Polymer
Sự phân tán của ống nano và các vật liệu nano dựa trên carbon khác bằng cách sử dụng siêu âm loại thăm dò đã được nghiên cứu rộng rãi và sau đó đã được thực hiện vào sản xuất công nghiệp. Dưới đây, chúng tôi trình bày một vài nghiên cứu, trong đó chứng minh hiệu quả đặc biệt của phân tán ống nano siêu âm.
Siêu âm phân tán CNT trong PDMS cho cảm biến đeo được
Del Bosque et al. (2022) đã so sánh phay ba cuộn và sonication về hiệu quả phân tán CNT của chúng. Phân tích quy trình phân tán của các hạt nano vào ma trận polymer cho thấy kỹ thuật siêu âm cung cấp độ nhạy điện cao hơn so với phay ba cuộn do tính đồng nhất cao hơn của phân phối CNT gây ra bởi lực xâm thực. Thử nghiệm tải CNT khác nhau, ngưỡng thấm của hệ thống CNT-PDMS, nghĩa là hàm lượng CNT quan trọng trong đó nó trở nên dẫn điện, được tìm thấy là 0,4% trọng lượng CNT. Multi-Wall Carbon Nanotubes (MWCNTs) đã được phân tán bằng siêu âm bằng cách sử dụng Hielscher ultrasonicator UP400ST (xem hình bên trái) ở 0,5 chu kỳ xung và 50% biên độ cho 2h. Các hiệu ứng của siêu âm phân tán trong quá trình thời gian sonication được hiển thị trong hình dưới đây.
Dựa trên phân tích này, các điều kiện tối ưu để sản xuất các cảm biến đeo được đã được chọn là 0,4% trọng lượng CNT bằng phương tiện của một quá trình siêu âm. Về vấn đề này, một phân tích về phản ứng điện trong các chu kỳ tải liên tiếp cho thấy độ bền cao của các cảm biến được phát triển, không có bất kỳ thiệt hại nào ở biến dạng 2%, 5% và 10%, làm cho các cảm biến này đáng tin cậy để theo dõi biến dạng trung bình.
Siêu âm phân tán MWCNT trong PDMS bằng cách sử dụng ultrasonicator UP400St tại các thời điểm sonication khác nhau.
(Nghiên cứu và hình ảnh: ©del Bosque và cộng sự, 2022)
Thiết bị phân tán siêu âm hiệu suất cao cho vật liệu nanocomposite CNT / Polymer
Hielscher Ultrasonics nhà sản xuất đầu dò siêu âm công suất cao cho các ứng dụng phân tán đòi hỏi trong phòng thí nghiệm, băng ghế dự bị và công nghiệp. Hielscher Ultrasonics dispersers cung cấp hiệu quả và chính xác homogenization và phân tán của vật liệu nano trong dung môi, polyme và vật liệu tổng hợp.
Với công nghệ siêu âm tiên tiến của họ, các bộ phân tán này cung cấp một giải pháp nhanh chóng và dễ dàng để đạt được sự phân bố kích thước hạt đồng đều, phân tán ổn định và / hoặc chức năng hạt nano.
Bằng cách giảm thời gian xử lý và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng, máy phân tán đầu dò siêu âm có thể cải thiện năng suất và giảm chi phí hoạt động cho các doanh nghiệp trên nhiều ngành công nghiệp.
Hielscher ultrasonicators cũng có thể được tùy chỉnh để phù hợp với yêu cầu cụ thể, với các tùy chọn cho một loạt các kích thước đầu dò, sừng tăng cường, mức năng lượng, và tế bào dòng chảy, làm cho chúng linh hoạt và thích ứng với các công thức nano khác nhau và khối lượng.
Nhìn chung, máy phân tán đầu dò siêu âm là một khoản đầu tư tuyệt vời cho các phòng thí nghiệm và ngành công nghiệp muốn tối ưu hóa quy trình xử lý vật liệu nano của họ và đạt được kết quả nhất quán, đáng tin cậy.
Thiết kế, Sản xuất và Tư vấn – Chất lượng Sản xuất tại Đức
Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế của họ. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi khắt khe được xử lý đáng tin cậy bởi Hielscher ultrasonicators.
Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ hiện đại và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.
Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm:
| batch Khối lượng | Tốc độ dòng | Thiết bị khuyến nghị |
|---|---|---|
| 0.5 đến 1.5mL | N.A. | VialTweeter | 1 đến 500ml | 10 đến 200mL / phút | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL / phút | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 đến 20L | 00,2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdT |
| 15 đến 150L | 3 đến 15L / phút | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | lớn hơn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!
Hielscher Ultrasonics sản xuất hiệu suất cao siêu âm homogenizers cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ tương và khai thác trên phòng thí nghiệm, thí điểm và quy mô công nghiệp.
Lò phản ứng lô siêu âm cho chế biến công nghiệp, ví dụ như kết hợp CNT và các chất độn nano khác vào polyme cho mực in 3D để sản xuất phụ gia.
Văn học/tài liệu tham khảo
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Kim, J., Hwang, JY., Hwang, H. et al. (2018): Simple and cost-effective method of highly conductive and elastic carbon nanotube/polydimethylsiloxane composite for wearable electronics. Scientific Reports 8, 1375 (2018).
- Lima, Márcio; Andrade, Mônica; Skákalová, Viera; Bergmann, Carlos; Roth, Siegmar (2007): Dynamic percolation of carbon nanotubes in liquid medium. Journal of Materials Chemistry 17, 2007. 4846-4853.
- Shar, A., Glass, P., Park, S. H., Joung, D. (2023): 3D Printable One-Part Carbon Nanotube-Elastomer Ink for Health Monitoring Applications. Advanced Functional Materials 33, 2023.
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ Phòng thí nghiệm đến kích thước công nghiệp.