Ultrasonic Dispersing of Carbon Nanotubes (CNT)
Ống nano carbon mạnh mẽ và linh hoạt nhưng rất gắn kết. Chúng rất khó phân tán thành chất lỏng, chẳng hạn như nước, ethanol, dầu, polymer hoặc nhựa epoxy. Siêu âm là một phương pháp hiệu quả để có được rời rạc – phân tán đơn – ống nano carbon.
Ống nano carbon (CNT) được sử dụng trong chất kết dính, lớp phủ và polyme và làm chất độn dẫn điện trong nhựa để tiêu tan điện tích tĩnh trong thiết bị điện và trong các tấm thân ô tô sơn tĩnh điện. Bằng cách sử dụng ống nano, polyme có thể được chế tạo tốt hơn chống lại nhiệt độ, hóa chất khắc nghiệt, môi trường ăn mòn, áp suất cực cao và mài mòn. Có hai loại ống nano carbon: ống nano đơn thành (SWNT) và ống nano nhiều thành (MWNT).
Nói chung, một sự phân tán ống nano thô đầu tiên được trộn sẵn bằng máy khuấy tiêu chuẩn và sau đó được đồng nhất hóa trong lò phản ứng tế bào dòng chảy siêu âm. Video dưới đây cho thấy một thử nghiệm trong phòng thí nghiệm (sonication hàng loạt bằng cách sử dụng một UP400S) phân tán ống nano carbon nhiều thành trong nước ở nồng độ thấp. Do tính chất hóa học của carbon, hành vi phân tán của ống nano trong nước khá khó khăn. Như thể hiện trong video, nó có thể dễ dàng chứng minh rằng ultrasonication có khả năng phân tán ống nano hiệu quả.
Sự phân tán của các SWNT riêng lẻ có chiều dài cao
Một vấn đề lớn đối với việc xử lý và thao tác SWNT là tính không hòa tan vốn có của các ống trong dung môi hữu cơ và nước thông thường. Chức năng hóa thành bên ống nano hoặc đầu mở để tạo ra một giao diện thích hợp giữa SWNT và dung môi chủ yếu chỉ dẫn đến tẩy da chết một phần dây SWNT.
Kết quả là, SWNT thường được phân tán dưới dạng bó thay vì các đối tượng riêng lẻ bị cô lập hoàn toàn. Khi các điều kiện quá khắc nghiệt được sử dụng trong quá trình phân tán, SWNT được rút ngắn xuống còn chiều dài từ 80 đến 200nm. Mặc dù điều này hữu ích cho một số thử nghiệm nhất định, chiều dài này quá nhỏ đối với hầu hết các ứng dụng thực tế, chẳng hạn như SWNT bán dẫn hoặc gia cố. Điều trị siêu âm nhẹ, có kiểm soát (ví dụ: bằng cách UP200Ht với sonotrode 40mm) là một thủ tục hiệu quả để chuẩn bị phân tán nước của SWNT cá nhân dài. Trình tự siêu âm nhẹ giảm thiểu sự rút ngắn và cho phép bảo tồn tối đa các thuộc tính cấu trúc và điện tử.
Thanh lọc SWNT bằng Polymer-Assisted Ultrasonication
Rất khó để nghiên cứu sự biến đổi hóa học của SWNT ở cấp độ phân tử, bởi vì rất khó để có được SWNT tinh khiết. SWNT phát triển chứa nhiều tạp chất, chẳng hạn như các hạt kim loại và carbon vô định hình. Ultrasonication của SWNT trong một giải pháp monochlorobenzene (MCB) của poly (methyl methacrylate) PMMA tiếp theo là lọc là một cách hiệu quả để thanh lọc SWNT. Phương pháp tinh chế hỗ trợ polymer này cho phép loại bỏ tạp chất khỏi SWNT phát triển một cách hiệu quả. (Yudasaka và cộng sự.) Kiểm soát chính xác biên độ siêu âm cho phép hạn chế thiệt hại cho SWNT.
Của Hielscher nhiều loại thiết bị siêu âm và các phụ kiện để phân tán hiệu quả các ống nano.
- Thiết bị phòng thí nghiệm nhỏ gọn lên đến Công suất siêu âm 400 watt để phân tán thành các thể tích nhỏ hơn lên đến 2 lít
- UIP500hdt, UIP1000hdt và UIP1500hdT là bộ vi xử lý siêu âm có thể xử lý khối lượng lớn hơn.
- Hệ thống siêu âm của 2kW (UIP2000hdT) và 4kW (UIP4000hdT) có thể được sử dụng cho quy mô sản xuất phân tán các ống nano carbon. Các UIP10000 (10 kilowatt) và UIP16000 (16 kilowatt) có thể được sử dụng trong các cụm của một số đơn vị riêng lẻ để xử lý quy mô lớn các ống nano carbon.”
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
Literature
- 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.