Siêu âm phân tán các ống nano cacbon (CNT)

Ống nano carbon chắc chắn 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 sự 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 xe ô tô có thể sơn tĩnh điện. Bằng cách sử dụng ống nano, polyme có thể được tạo ra khả năng chống chịu nhiệt độ cao hơn, 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).

Ống nano carbon thường có sẵn dưới dạng vật liệu khô, ví dụ: từ các công ty, chẳng hạn như Nghiên cứu SES hoặc CNT co., Ltd. Một quá trình đơn giản, đáng tin cậy và có khả năng mở rộng cho deagglomeration là cần thiết, để sử dụng các ống nano để tối đa của họ. Đối với chất lỏng siêu âm lên đến 100, 000cP là một công nghệ rất hiệu quả cho việc phân tán các ống nano trong nước, dầu hoặc polyme ở nồng độ thấp hoặc cao. Các dòng máy bay phản lực lỏng kết quả từ cavitation siêu âm, khắc phục các lực liên kết giữa các ống nano, và tách các ống. Do lực cắt ultrasonically tạo ra và siêu âm vi nhiễu có thể hỗ trợ trong lớp phủ bề mặt và phản ứng hóa học của ống nano với các vật liệu khác, quá.

Nói chung, một sự phân tán ống nano thô đầu tiên được trộn sẵn bởi một máy khuấy tiêu chuẩn và sau đó đồng nhất 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 đa 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 một cách hiệu quả.

Phân tán của các SWNTs cá nhân của chiều dài cao

Một vấn đề lớn cho việc xử lý và thao tác của Swnt là sự không hòa tan vốn có của các ống trong các dung môi và nước hữu cơ phổ biến. Chức năng của bức tường phía ống nano hoặc kết thúc mở để tạo ra một giao diện thích hợp giữa các Swnt và dung môi chủ yếu dẫn đến sự tẩy da chết một phần của các dây SWNT, chỉ.
Kết quả là, các Swnt thường được phân tán thành các bó chứ không phải là các đối tượng riêng lẻ hoàn toàn bị cô lập. Khi điều kiện quá khắc nghiệt được sử dụng trong quá trình phân tán, các Swnt được rút ngắn đến độ dài giữa 80 và 200nm. Mặc dù điều này rất hữu ích cho các xét nghiệm nhất định, chiều dài này quá nhỏ đối với hầu hết các ứng dụng thực tế, chẳng hạn như semitiến hoặc tăng cường SWNTs. kiểm soát, điều trị bằng siêu âm nhẹ (ví dụ: bằng UP200Ht với 40 mm sonotrode) là một thủ tục hiệu quả để chuẩn bị phân tán dung dịch của các Swnt dài cá nhân. các chuỗi ultrasonication nhẹ giảm thiểu việc rút ngắn và cho phép bảo quản tối đa các thuộc tính cấu trúc và điện tử.

Thanh lọc SWNT bằng Ultrasonication hỗ trợ polymer

Rất khó để nghiên cứu các sửa đổi hóa học của Swnt ở cấp độ phân tử, bởi vì rất khó để có được SWNTs tinh khiết. các Swnt như-trồng chứa nhiều tạp chất, chẳng hạn như các hạt kim loại và cacbon vô định hình. Ultrasonication swnts trong một giải pháp monochlorobenzene (MCB) của Poly (methyl Methacrylate) PMMA tiếp theo lọc là một cách hiệu quả để thanh tẩy swnts. Phương pháp thanh lọc hỗ trợ polymer này cho phép loại bỏ các tạp chất từ SWNTs như-trồng hiệu quả. (Yudasaka et al.) Kiểm soát chính xác biên độ ultrasonication cho phép hạn chế thiệt hại cho các Swnt.

Hielscher của một loạt các thiết bị siêu âm và các phụ kiện cho việc phân tán hiệu quả các ống nano.

• thiết bị phòng thí nghiệm nhỏ gọn lên đến Công suất siêu âm 400 watt cho các phân tán thành khối lượng nhỏ hơn lên đến 2 lít
• UIP500hdT, UIP1000hdT và UIP1500hdT là những 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 ống nano carbon. Các UIP10000 (10 kilowatt) và các 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.”

Văn chương

• 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.