Uniformly phân tán CNTs bởi Ultrasonication
Để khai thác các chức năng xuất sắc của các ống nano cacbon (CNTs), họ phải được phân tán homogeneously.
Siêu âm phân tán là công cụ phổ biến nhất để phân phối CNTs thành dung dịch nước và dựa trên dung môi.
Công nghệ phân tán siêu âm tạo ra năng lượng cắt đủ cao để đạt được một sự tách rời hoàn toàn của CNTs mà không làm hỏng chúng.
Siêu âm phân tán của các ống nano cacbon
Ống nano cacbon (CNTs) có một tỷ lệ khía cạnh rất cao và triển lãm một mật độ thấp cũng như một diện tích bề mặt rất lớn (vài trăm m2/g), trong đó cung cấp cho họ các tính chất độc đáo như độ bền kéo rất cao, độ cứng, và độ dẻo dai và độ dẫn điện và nhiệt rất cao. Do lực lượng Van der Waals, thu hút các ống nano cacbon đơn (CNTs) với nhau, CNTs sắp xếp bình thường trong bó hoặc skein. Các lực lượng giữa các phân tử thu hút được dựa trên một hiện tượng xếp chồng π-trái phiếu giữa các ống nano liền kề được gọi là π-xếp chồng. Để lấy được lợi ích đầy đủ từ các ống nano cacbon, các agglomerates phải được giải thể và và các CNTs phải được phân phối đồng đều trong một sự tán thành đồng nhất. Ultrasonication cường độ cao tạo ra cavitation âm thanh trong chất lỏng. Do đó tạo ra sự căng thẳng cắt địa phương phá vỡ CNT tập hợp và phân tán chúng đồng đều trong một hệ thống treo đồng nhất. Công nghệ phân tán siêu âm tạo ra năng lượng cắt đủ cao để đạt được một sự tách rời hoàn toàn của CNTs mà không làm hỏng chúng. Ngay cả đối với sonication SWNTs nhạy cảm được áp dụng thành công để disentangle chúng riêng lẻ. Ultrasonication chỉ cung cấp một mức độ căng thẳng đủ để tách các tập hợp SWNT mà không gây gãy xương nhiều cho các ống nano cá nhân (Huang, Terentjev 2012).
- Single-phân tán CNTs
- Phân bố đồng nhất
- Hiệu suất phân tán cao
- CNT hoạt cao
- Không có sự suy thoái CNT
- xử lý nhanh chóng
- kiểm soát quy trình chính xác
UIP2000hdT – 2kW ultrasonicator mạnh mẽ cho phân tán CNT
Hệ thống siêu âm hiệu suất cao cho phân tán CNT
Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị siêu âm mạnh mẽ và đáng tin cậy cho sự phân tán hiệu quả của CNTs. Cho dù bạn cần chuẩn bị các mẫu CNT nhỏ để phân tích và R&D hoặc bạn phải sản xuất nhiều công nghiệp lớn phân tán số lượng lớn, dòng sản phẩm của Hielscher cung cấp hệ thống siêu âm lý tưởng cho các yêu cầu của bạn. Từ 50W ultrasonicators cho phòng thí nghiệm lên đến 16kW đơn vị siêu âm công nghiệp cho sản xuất thương mại, Hielscher Ultrasonics có bạn bảo hiểm.
Để sản xuất phân tán ống nano cacbon chất lượng cao, các thông số quá trình phải được kiểm soát tốt. Biên độ, Nhiệt Ðộ, áp suất và thời gian lưu giữ là các thông số quan trọng nhất cho một phân phối CNT thậm chí. Ultrasonicators Hielscher của không chỉ cho phép kiểm soát chính xác của mỗi tham số, tất cả các thông số quá trình được tự động ghi lại trên thẻ SD tích hợp của hệ thống siêu âm kỹ thuật số của Hielscher. Giao thức của mỗi quá trình sonication giúp đảm bảo kết quả tái sản xuất và chất lượng phù hợp. Qua điều khiển trình duyệt từ xa người dùng có thể vận hành và giám sát các thiết bị siêu âm mà không được vào vị trí của hệ thống siêu âm.
Kể từ khi các ống nano cacbon đơn (SWNTs) và ống nano cacbon đa tường (MWNTs) cũng như môi trường nước hoặc dung môi được lựa chọn yêu cầu cường độ xử lý cụ thể, biên độ siêu âm là một yếu tố quan trọng mà nói đến sản phẩm cuối cùng. Hielscher Ultrasonics’ bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp có thể cung cấp rất cao cũng như biên độ rất nhẹ. Thiết lập biên độ lý tưởng cho các yêu cầu quy trình của bạn. Ngay cả biên độ lên đến 200 μm có thể dễ dàng liên tục chạy trong 24/7 hoạt động. Đối với biên độ cao hơn thậm chí, tùy chỉnh siêu âm sonotrodes có sẵn. Mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép 24/7 hoạt động ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi.
Khách hàng của chúng tôi được hài lòng bởi sự mạnh mẽ nổi bật và độ tin cậy của hệ thống siêu âm Hielscher. Việc lắp đặt trong các lĩnh vực ứng dụng nặng, môi trường đòi hỏi và hoạt động 24/7 đảm bảo xử lý hiệu quả và tiết kiệm. Tăng cường quy trình siêu âm làm giảm thời gian xử lý và đạt kết quả tốt hơn, tức là chất lượng cao hơn, năng suất cao hơn, sản phẩm sáng tạo.
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 |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | lớn hơn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!
Bộ vi xử lý siêu âm công suất cao từ phòng thí nghiệm đến thí điểm và quy mô công nghiệp.
Văn học/tài liệu tham khảo
- 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.
Sự kiện đáng biết
ống nano carbon
Ống nano cacbon (CNTs) là một phần của một lớp đặc biệt của vật liệu cacbon một chiều, trưng bày các thuộc tính cơ học, điện, nhiệt và quang học xuất sắc. Họ là một thành phần chính được sử dụng trong việc phát triển và sản xuất các vật liệu nano tiên tiến như nano-composit, polyme gia cố vv và do đó được sử dụng trong công nghệ hiện đại. CNTs phơi bày một độ bền kéo rất cao, tính chất truyền nhiệt vượt trội, khoảng trống băng tần thấp và sự ổn định hóa học và vật lý tối ưu, làm cho ống nano trở thành một phụ gia đầy hứa hẹn cho các vật liệu đa dạng.
Tùy thuộc vào cấu trúc của chúng, CNTS được phân biệt thành các ống nano cacbon đơn (SWNTs), ống nano cacbon hai vách (DWCNTs), và ống nano cacbon đa tường (MWNTs).
SWNTs là rỗng, ống hình trụ dài được làm từ một bức tường carbon một nguyên tử dày. Tấm nguyên tử của cacbon được bố trí trong một mạng lưới tổ ong. Thường thì chúng là khái niệm so với các tấm cuộn-up của một lớp Graphite hoặc Graphene.
DWCNTs bao gồm hai ống nano đơn tường, với một lồng nhau bên trong khác.
MWNTs là một dạng CNT, trong đó nhiều ống nano carbon đơn tường được lồng vào nhau. Kể từ khi phạm vi đường kính của họ giữa 3-30 nm và vì chúng có thể phát triển một vài cm dài, tỷ lệ màn hình của họ có thể khác nhau giữa 10 và 10.000.000. So với các sợi Nano cacbon, Mwnt có cấu trúc tường khác nhau, đường kính ngoài nhỏ hơn, và nội thất rỗng. Thường được sử dụng công nghiệp có sẵn gõ của MWNTs là ví dụ như Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100, và FutureCarbon CNT-MW.
Tổng hợp CNTs: CNTs có thể được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp dựa trên plasma hoặc phương pháp bay hơi xả Arc, phương pháp cắt bỏ laser, quá trình tổng hợp nhiệt, lắng đọng hơi hóa học (CVD) hoặc lắng đọng hơi hóa học tăng cường huyết tương.
Functionalization của CNTs: Để cải thiện các đặc tính của ống nano cacbon và làm cho chúng qua đó phù hợp hơn với một ứng dụng cụ thể, CNTs thường được functionalized, ví dụ như bằng cách thêm các nhóm cacboxylic axit (-COOH) hoặc hydroxyl (-Oh).
Phụ gia phân tán CNT
Một số dung môi như axit siêu, chất lỏng ion, và N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone có khả năng chuẩn bị phân tán nồng độ cao của CNTs, trong khi các dung môi phổ biến nhất cho ống nano, như N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimetylformamide (dmf), và 1, 2-dichrolobenzene, chỉ có thể phân tán ống nano ở nồng độ rất thấp (ví dụ, thông thường <0.02 trọng lượng của CNTs một vách). Các tác nhân phân tán phổ biến nhất là polyvinylpyrrolidone (PVP), natri dodecyl benzene sulfonate (SDBS), Triton 100, hoặc natri dodecyl sulfonat (SDS).
Cresols là một nhóm các hóa chất công nghiệp có thể xử lý CNTs ở nồng độ lên đến hàng chục phần trăm trọng lượng, kết quả là một sự chuyển đổi liên tục từ phân tán pha loãng, bột nhão dày, và gel đứng tự do đến một nhà nước giống như bột nhão chưa từng thấy, như CNT tăng tải. Những trạng thái này triển lãm các tính chất polyme và viscoelastic, mà không thể đạt được với các dung môi phổ biến khác, cho thấy rằng các ống nano được thực sự phân tách và mịn phân tán trong cresols. Cresols có thể được loại bỏ sau khi chế biến bằng cách nung nóng hoặc rửa, mà không thay đổi bề mặt của CNTs. [Chiou et al. 2018]
Các ứng dụng của phân tán CNT
Để sử dụng các lợi ích của CNTs, chúng phải được phân tán thành chất lỏng như một polyme, các CNTs phân tán đồng đều được sử dụng để sản xuất nhựa dẫn điện, màn hình tinh thể lỏng, điốt phát sáng hữu cơ, màn hinh cảm ứng, Hiển thị linh hoạt, các tế bào năng lượng mặt trời , mực dẫn điện, vật liệu kiểm soát tĩnh, bao gồm phim, bọt, sợi, và vải, lớp phủ polymer và chất kết dính, chất kết hợp polymer hiệu suất cao với độ bền cơ học và độ dẻo dai, sợi tổng hợp polymer/CNT, cũng như vật liệu nhẹ và chống tĩnh điện.