CNT phân tán đồng đều bằng siêu âm
Để khai thác các chức năng đặc biệt của ống nano carbon (CNT), chúng phải được phân tán đồng nhất.
Máy phân tán siêu âm là công cụ phổ biến nhất để phân phối CNT vào huyền phù dựa trên nước và dung môi.
Công nghệ phân tán siêu âm tạo ra năng lượng cắt đủ cao để đạt được sự tách biệt hoàn toàn CNT mà không làm hỏng chúng.
Phân tán siêu âm của ống nano carbon
Ống nano carbon (CNT) có tỷ lệ khung hình rất cao và thể hiện mật độ thấp cũng như diện tích bề mặt khổng lồ (vài trăm m2 / g), mang lại cho chúng các đặc tính độc đáo như độ bền kéo, độ cứng và độ dẻo dai rất cao và độ dẫn điện và nhiệt rất cao. Do lực Van der Waals, thu hút các ống nano carbon đơn (CNT) với nhau, CNT sắp xếp bình thường thành bó hoặc xiên. Những lực hút liên phân tử này dựa trên hiện tượng xếp chồng liên kết π giữa các ống nano liền kề được gọi là xếp chồng π. Để thu được lợi ích đầy đủ từ các ống nano carbon, các chất kết tụ này phải được gỡ rối và CNT phải được phân phối đều trong một sự phân tán đồng nhất. Ultrasonication cường độ cao tạo ra cavitation âm thanh trong chất lỏng. Ứng suất cắt cục bộ do đó tạo ra phá vỡ các tập hợp CNT 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 sự tách biệt hoàn toàn CNT mà không làm hỏng chúng. Ngay cả đối với các SWNT nhạy cảm, sonication được áp dụng thành công để gỡ rối chúng riêng lẻ. Ultrasonication chỉ cung cấp một mức độ căng thẳng đủ để tách các tập hợp SWNT mà không gây ra nhiều gãy xương cho các ống nano riêng lẻ (Huang, Terentjev 2012).
- CNT phân tán đơn
- Phân bố đồng nhất
- Hiệu quả phân tán cao
- Tải CNT cao
- Không suy thoái CNT
- Xử lý nhanh chóng
- Kiểm soát quy trình chính xác
UIP2000hdT – 2kW ultrasonicator mạnh mẽ cho CNT phân tán
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 CNT. Cho dù bạn cần chuẩn bị các mẫu CNT nhỏ để phân tích và R&D hoặc bạn phải sản xuất rất nhiều công nghiệp lớn phân tán số lượng lớn, phạm vi sản phẩm của Hielscher cung cấp hệ thống siêu âm lý tưởng cho yêu cầu của bạn. Từ Máy siêu âm 50W cho phòng thí nghiệm lên đến Đơn vị siêu âm công nghiệp 16kW cho sản xuất thương mại, Hielscher Ultrasonics có bạn bảo hiểm.
Để tạo ra sự phân tán ống nano carbon chất lượng cao, các thông số quy trình phải được kiểm soát tốt. Biên độ, nhiệt độ, áp suất và thời gian lưu giữ là những thông số quan trọng nhất cho phân phối CNT đồng đều. Ultrasonicators của Hielscher không chỉ cho phép kiểm soát chính xác từng thông 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 từng quá trình sonication giúp đảm bảo kết quả tái tạo và chất lượng nhất quán. Thông qua điều khiển trình duyệt từ xa, người dùng có thể vận hành và giám sát thiết bị siêu âm mà không cần ở vị trí của hệ thống siêu âm.
Vì ống nano carbon đơn thành (SWNT) và ống nano carbon nhiều thành (MWNT) cũng như môi trường nước hoặc dung môi được chọn đòi hỏi cường độ xử lý cụ thể, biên độ siêu âm là yếu tố chính khi nói đến sản phẩm cuối cùng. Hielscher Siêu âm’ Bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp có thể cung cấp biên độ rất cao cũng như rất nhẹ. Thiết lập biên độ lý tưởng cho các yêu cầu quy trình của bạn. Ngay cả biên độ lên đến 200μm cũng có thể dễ dàng chạy liên tục trong hoạt động 24/7. Đối với biên độ cao hơn, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Sự mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép hoạt động 24/7 ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi khắt khe.
Khách hàng của chúng tôi hài lòng bởi sự mạnh mẽ và độ tin cậy vượt trội của hệ thống siêu âm Hielscher. Việc lắp đặt trong các lĩnh vực ứng dụng nặng, môi trường đòi hỏi khắt khe và hoạt động 24/7 đảm bảo xử lý hiệu quả và tiết kiệm. Tăng cường quá trình siêu âm làm giảm thời gian xử lý và đạt được kết quả tốt hơn, tức là chất lượng cao hơn, năng suất cao hơn, sản phẩm sáng tạo.
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:
| Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 0.5 đến 1,5mL | N.A. | LọTweeter |
| 1 đến 500mL | 10 đến 200ml / phút | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdt |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | Lớn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy 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
- 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.
Sự thật đáng biết
Ống nano carbon là gì
Ống nano carbon (CNT) là một phần của một lớp vật liệu carbon một chiều đặc biệt, thể hiện các tính chất cơ học, điện, nhiệt và quang học đặc biệt. Chúng là một thành phần chính được sử dụng trong việc phát triển và sản xuất các vật liệu nano tiên tiến như vật liệu tổng hợp nano, polyme gia cố, v.v. và do đó được sử dụng trong các công nghệ tiên tiến. CNT cho thấy độ bền kéo rất cao, đặc tính truyền nhiệt vượt trội, khe hở băng tần thấp và độ ổn định hóa lý tối ưu, làm cho ống nano trở thành một chất phụ gia đầy hứa hẹn cho vật liệu đa tạp.
Tùy thuộc vào cấu trúc của chúng, CNTS được phân biệt thành ống nano carbon đơn thành (SWNT), ống nano carbon hai lớp (DWCNT) và ống nano carbon nhiều thành (MWNT).
SWNT là các ống hình trụ rỗng, dài được làm từ một bức tường carbon dày một nguyên tử. Các tấm nguyên tử của carbon được sắp xếp trong một mạng tổ ong. Thông thường, chúng được so sánh về mặt khái niệm với các tấm than chì hoặc graphene một lớp cuộn lại.
DWCNT bao gồm hai ống nano đơn tường, với một ống lồng trong ống kia.
MWNT là một dạng CNT, trong đó nhiều ống nano carbon một thành được lồng vào nhau. Vì đường kính của chúng dao động từ 3–30 nm và vì chúng có thể dài vài cm, tỷ lệ khung hình của chúng có thể thay đổi từ 10 đến mười triệu. So với sợi nano carbon, MWNT có cấu trúc tường khác, đường kính ngoài nhỏ hơn và bên trong rỗng. Các loại MWNT thường được sử dụng trong công nghiệp là Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 và FutureCarbon CNT-MW.
Tổng hợp CNT: CNT có thể được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp dựa trên plasma hoặc phương pháp bay hơi phóng điện hồ quang, phương pháp cắt bỏ laser, quá trình tổng hợp nhiệt, lắng đọng hơi hóa học (CVD) hoặc lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma.
Chức năng hóa CNT: Để cải thiện các đặc tính của ống nano carbon và làm cho chúng phù hợp hơn với một ứng dụng cụ thể, CNT thường được chức năng, ví dụ bằng cách thêm các nhóm axit cacboxylic (-COOH) hoặc hydroxyl (-OH).
Phụ gia phân tán CNT
Một vài dung môi như siêu axit, chất lỏng ion và N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone có khả năng điều chế sự phân tán nồng độ tương đối cao của CNT, trong khi các dung môi phổ biến nhất cho ống nano, chẳng hạn như N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF) và 1,2-dichrolobenzene, chỉ có thể phân tán ống nano ở nồng độ rất thấp (ví dụ: điển hình <00,02% trọng lượng CNT vách đơn). Các tác nhân phân tán phổ biến nhất là polyvinylpyrrolidone (PVP), Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate (SDBS), Triton 100 hoặc Sodium Dodecyl Sulfonate (SDS).
Cresol là một nhóm hóa chất công nghiệp có thể xử lý CNT ở nồng độ lên đến hàng chục phần trăm trọng lượng, dẫn đến sự chuyển đổi liên tục từ phân tán loãng, bột nhão dày và gel đứng tự do sang trạng thái giống như bột chưa từng có, khi tải CNT tăng lên. Các trạng thái này thể hiện các đặc tính lưu biến và nhớt giống như polymer, không thể đạt được với các dung môi thông thường khác, cho thấy các ống nano thực sự bị phân tách và phân tán mịn trong các cresol. Cresol có thể được loại bỏ sau khi xử lý bằng cách làm nóng hoặc rửa, mà không làm thay đổi bề mặt của CNT. [Chiou et al. 2018]
Ứng dụng của phân tán CNT
Để sử dụng các lợi ích của CNT, chúng phải được phân tán thành chất lỏng như polyme, CNT phân tán đều được sử dụng để sản xuất nhựa dẫn điện, màn hình tinh thể lỏng, điốt phát sáng hữu cơ, màn hình cảm ứng, màn hình linh hoạt, pin mặt trời, mực dẫn điện, vật liệu điều khiển tĩnh, bao gồm màng, bọt, sợi và vải, lớp phủ polymer và chất kết dính, vật liệu tổng hợp polymer hiệu suất cao với độ bền cơ học và độ dẻo dai đặc biệt, sợi composite polymer / CNT, cũng như các vật liệu nhẹ và chống tĩnh điện.
Các dạng của carbon là gì?
Carbon tồn tại trong một số đồng hình, bao gồm:
- Các dạng tinh thể: Kim cương, than chì, graphene, ống nano carbon (CNT), fullerene (ví dụ: C60).
- Các dạng vô định hình: Than củi, muội than, muội than, cacbon thủy tinh, cacbon giống kim cương (DLC), cacbon vô định hình một lớp (MAC).
- Cấu trúc nano lai: Kim cương nano, hành các, aerogel carbon và vật liệu tổng hợp như lai nanocarbon-kim loại.
Mỗi dạng thể hiện các đặc tính hóa lý riêng biệt liên quan đến các ứng dụng trong khoa học vật liệu, điện tử và lưu trữ năng lượng.