بهترین روش دیسپرس کردن یکنواخت نانو لوله های کربنی (CNT) استفاده از فناوری التراسونیک است.

در مقالۀ التراسونیک هموژنایزر، توضیح دادیم که دستگاه های هموژنایزر اولتراسونیک چگونه کار می کنند و چگونه می توانند به ما در صنایع مختلف کمک کنند. در این نوشتار قصد داریم در مورد دیسپرس کردن یکنواخت نانوتیوب های کربنی (CNT) با استفاده از التراسونیک توضیحاتی ارائه نماییم.

برای بهره‌مندی از عملکرد استثنایی نانولوله‌های کربن (CNTs)، باید آنها را به صورت یکنواخت پخش یا دیسپرس کرد. دیسپرس کننده‌های اولتراسونیک ابزار متداولی برای این منظور هستند، که برای توزیع CNTs در سوسپانسیون‌های آبی و محلولی به کار می‌روند. فناوری پخش اولتراسونیک، انرژی برش کافی را ایجاد می‌کند تا جدایی کامل CNTs را بدون آسیب دیدن ایجاد کند.

دیسپرس نانولوله کربنی با التراسونیک:

نانولوله‌های کربن (CNTs) دارای نسبت ابعادی بسیار بالا و چگالی کم هستند و همچنین دارای مساحت سطحی عظیم (چند صد متر مربع بر گرم) می‌باشند که ویژگی‌های منحصر به فردی مانند استحکام کششی، سختی و مقاومت بسیار بالا، و همچنین هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار بالا را به آن‌ها می‌بخشد. به دلیل نیروهای واندروالس که نانولوله‌های کربن تکی را به یکدیگر جذب می‌کنند، نانوتیوب های کربنی همواره در حال تشکیل حلقه یا کلاف هستند. این نیروهای جذب بر مبنای پدیده‌ای به نام پی‌استکینگ (π-stacking) است که بین نانولوله‌های مجاور به وقوع می‌پیوندد. برای بهره‌مندی کامل از نانولوله‌های کربن، این کلوخه‌ها باید باز شده و نانوتیوب ها باید به صورت یکنواخت و همگن دیسپرس  شوند. التراسونیک با توان بالا، کاویتاسیون صوتی را در مایعات ایجاد می‌کند. نیروی برشی محلی توسط این فرایند تولید می‌شود و انباشت‌های نانو لوله ها را شکسته و آن‌ها را به طور یکنواخت در یک اشباع همگن پخش می‌کند. تکنولوژی پخش اولتراسونیک انرژی برش کافی را ایجاد می‌کند تا جدایی کامل CNTها را بدون آسیب دیدنشان انجام دهد. از سونیکیشن حتی برای تفکیک نانولوله های تک جداره حساس به صورت تکی نیز می توان استفاده کرد و نتایج مطلوبی گرفت. اعمال امواج فراصوت فقط تنش کافی را برای جدا کردن انباشت‌های SWNT بدون ایجاد شکست زیاد در هر نانولوله فراهم می کند.  (هوانگ، ترنتف 2012).

مزیت دیسپرس نانولوله های کربنی با التراسونیک:

• پخش یکنواخت نک نانولوله‌های
• توزیع یکنواخت
• بازده بالای پخش
• غلظت بالای نانولوله
• بدون تخریب نانولوله
• پردازش سریع
• کنترل دقیق فرآیند

التراسونیک با عملکرد قدرتمند برای پخش نانولوله کربنی:

آواپرداز تجهیزات التراسونیک قدرتمند و قابل اعتمادی را برای پخش کارآمد نانولوله‌ها فراهم می‌کند. برای آماده‌سازی نمونه‌های کوچک CNT برای تجزیه و تحلیل و تحقیق و توسعه، یا برای تولید انبوه صنعتی از دیسپرس ها، محدوده وسیع محصولات آواپرداز، تجهیزات اولتراسونیک ایده‌آل را برای نیازهای شما فراهم می‌آورد.

برای تولید دیسپرس‌های نانولوله کربن با کیفیت بالا، باید پارامترهای فرآیند به خوبی کنترل شوند. دامنه، دما، فشار و زمان نگهداشت پارامترهای بحرانی برای توزیع یکنواخت CNT هستند. دستگاه های التراسونیک آواپرداز اجازه کنترل دقیق هر پارامتر را به کاربر می‌دهند. پروتکل ثابت هر فرآیند سونیکیشن، به حفظ نتایج قابل تکرار و کیفیت یکنواخت کمک می‌کند.

چون نانوتیوب‌های کربن تک‌دیواره (SWNTs) و نانوتیوب‌های کربن چنددیواره (MWNTs) با توجه به محیط آبی یا حلال انتخابی نیاز به شدت‌های پردازش خاصی دارند، موج فراصوت یک عامل کلیدی در محصول نهایی است. پردازنده‌های صنعتی فراصوتی آواپرداز می‌توانند شدت‌های بسیار بالا یا بسیار خفیف را ارائه دهند. شما می توانید شدت ایده‌آل برای نیازهای فرآیند خود را تعیین کنید. حتی شدت‌های تا 200 میکرومتر می‌توانند به راحتی به صورت مداوم در عملیات 24/7 اجرا شوند.

بیشتر بدانید

نانوذرات کربن:

کربن نانوتیوب‌ها (CNTs) جزء یک دسته خاص از مواد کربن یک بعدی هستند که ویژگی‌های مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و نوری استثنایی از خود نشان می‌دهند. آنها یک جزء اصلی در توسعه و تولید نانومواد پیشرفته مانند نانوکامپوزیت‌ها، پلیمرهای تقویت‌شده و... هستند و بنابراین در فناوری‌های پیشرفته استفاده می‌شوند. کربن نانوتیوب‌ها دارای استحکام کششی بسیار بالا، خواص انتقال حرارت بسیار بهتر، گپ انرژی پایین و پایداری شیمیایی و فیزیکی بهینه‌ای هستند که آنها را به عنوان یک مواد افزودنی همه‌کاره برای مواد مختلف قابل استفاده می‌سازد. بسته به ساختار آنها، CNTS به نانوتیوب‌های کربن تک‌دیواره (SWNTs)، نانوتیوب‌های کربن دوگانه‌دیواره (DWCNTs) و نانوتیوب‌های کربن چنددیواره (MWNTs) تقسیم می‌شوند.

SWNTها لوله‌های استوانه‌ای بلند و توخالی هستند که از یک دیواره به ضخامت یک اتم کربن تشکیل شده‌اند. ورق اتمی کربن‌ها به صورت یک شبکه کندو مانند ترتیب داده شده‌اند. این مواد اغلب به طور مفهومی با ورق‌هایی از گرافیت یا گرافن تاشه‌شده مقایسه می‌شوند.

 DWCNTها از دو نانوتیوب کربنی تک‌دیواره تشکیل شده‌اند، که یکی درون دیگری قرارگرفته است.

MWNTها یک شکل از CNT هستند که چندین نانوتیوب کربنی تک‌دیواره درون یکدیگر جاسازی شده‌اند. از آنجا که قطر آن‌ها بین 3 تا 30 نانومتر متغیر است و می‌توانند چند سانتی‌متر بلند شوند، نسبت اندازه آن‌ها میان 10 و ده میلیون می‌تواند متغیر باشد. نسبت به نانوفایبرهای کربن، MWNTها ساختار دیوار متفاوتی دارند، قطر خارجی کوچک‌تری دارند و توخالی هستند. انواع MWNTهای موجود که معمولا به صورت صنعتی استفاده می شوند، شامل Baytubes® C150P، Nanocyl® NC7000، Arkema Graphistrength® C100 و FutureCarbon CNT-MW هستند.

تولید نانو لوله‌های کربنی (CNTs):

نانوتیوب های کربنی می‌توانند با استفاده از روش‌های سنتز بر پایه پلاسما، روش تبخیر با تخلیه قوس، کندگی لیزری (Laser Ablation)، فرآیند سنتز گرمایی، روش رسوب‌دهی گاز شیمیایی (CVD) یا رسوب‌دهی گاز شیمیایی با افزایش پلاسما تولید شوند.

نانولوله های کربنی بهبودیافته: برای بهبود خصوصیات نانو لوله‌های کربنی و ساخت آن‌ها به‌صورت مناسب‌تر برای یک کاربرد خاص، اغلب نانوتیوب ها با افزودن گروه‌های اسید کربوکسیلیک (-COOH) یا هیدروکسیل (-OH) فعال‌سازی می‌شوند.

افزودنی‌ها برای دیسپرس CNT:

تعدادی از حلال‌ها مانند سوپراسیدها، مایعات یونی، و N-سیکلوهگزیل-2-پیروولیدن توانایی ایجاد دیسپرس نسبتاً غلیظ از نانوتیوب های کربنی را دارند، در حالی‌که حلال‌های رایج‌تر برای نانو لوله‌ها مانند N-متیل-2-پیروولیدن (NMP)، دی‌متیل‌فرم‌آمید (DMF)، و 1،2-دی‌کلروبنزن، تنها در غلظت‌های بسیار پایین می‌توانند نانوتیوب ها را پخش کنند (معمولاً <0.02 درصد وزنی برای CNTs تک‌دیواره). عوامل پراکنده‌کننده رایج‌تر شامل پلی‌وینیل‌پی‌رولیدون (PVP)، سدیم دودسیل بنزن سولفونات (SDBS)، ترایتون 100، یا سدیم دودسیل سولفونات (SDS) هستند.

کرسول‌ها یک گروه از ترکیبات شیمیایی صنعتی هستند که می‌توانند نانو لوله های کربنی را در غلظت‌های تا ده‌ها درصد وزنی پردازش کنند، که در هنگامی که بارگذاری CNT افزایش می یابد منجر به یک گذار مستمر از پراکندگی‌های محلول کم، خمیرهای غلیظ، ژل‌های خودتخلیه و ضعیف به یک حالت شبیه خمیر بازی می‌شود. این حالت‌ها ویژگی‌های رئولوژیکی و ویسکوالاستیکی شبیه پلیمر را نشان می‌دهند که با حلال‌های رایج دیگر قابل دستیابی نیستند، که نشان‌دهنده این است که نانو لوله‌ها در واقع پخش شده و به‌طور خوب در کرسول‌ها پراکنده شده‌اند. کرزول‌ها می‌توانند پس از پردازش با گرمایش یا شستشو حذف شوند، بدون اینکه سطح نانوتیوب ها تغییر کند.

کاربردهای نانولوله‌های دیسپرس شده:

برای بهره‌مندی از مزایای نانو لوله های کربنی، باید در یک مایع مانند پلیمرها پراکنده شوند. نانو تیوب هایی که به صورت یکنواخت پخش شده باشند، برای تولید پلاستیک‌های رسانا، صفحات نمایش کریستال مایع(LCD) ، OLEDها، صفحات لمسی، صفحات نمایش انعطاف‌پذیر، سلول‌های خورشیدی، جوهرهای رسانا، مواد کنترل استاتیک شامل فیلم‌ها، فوم‌ها، الیاف و پارچه‌ها، پوشش‌ها و چسب‌های پلیمری، کامپوزیت‌های پلیمری با مقاومت و سختی مکانیکی استثنایی، الیاف کامپوزیت پلیمر/CNT، و همچنین مواد سبک و ضد الکتریسته ساکن استفاده می‌شوند.

با ما در ارتباط باشید!

ما در تیم آواپرداز، می توانیم با تکیه بر دانش و تجربۀ خود، به شما کمک کنیم که مراحل اولیۀ تحقیق و توسعۀ کسب و کار خود را در زمینۀ تولید مواد با استفاده از التراسونیک در کوناه ترین زمان طی کنید، و همچنین با تکیه بر تجربۀ بیش از 10 سالۀ طراحی و تولید دستگاه های التراسونیک، تا رسیدن به تولید در مقیاس صنعتی در کنار شما خواهیم بود. همین الان با ما تماس بگیرید!