Lze ultrazvukovou trysku použít pro stříkání nanotrubic?

Uhlíkové nanotrubice (CNT) jsou typickým jednorozměrným nanomateriálem a již mnoho let jsou jedním z ohnisků výzkumu v oblasti materiálové vědy. Uhlíkové nanotrubice jsou izotopový izomer krystalického uhlíku. Strukturálně se jedná o voštinové jednorozměrné duté nanotrubice, ve kterých atomy CC tvoří kovalentní vazby s hybridizací sp2. Podle počtu stěn uhlíkových nanotrubic je lze rozdělit na jednostěnné uhlíkové nanotrubice (SWCNT) a vícestěnné uhlíkové nanotrubice (MWCNT). Podle strukturních charakteristik uhlíkových nanotrubic je lze rozdělit do tří typů: křeslo, klikaté a šroubovité. Šroubovité uhlíkové nanotrubice mají chiralitu, zatímco uhlíkové nanotrubičky klikatého tvaru a křesla nemají chiralitu.

Výkonnostní výhody uhlíkových nanotrubic:

1. Nejvyšší specifická síla: Kovalentní vazba spojující atomy uhlíku v uhlíkových nanotrubičkách je nejstabilnější chemickou vazbou v přírodě. Uhlíkové nanotrubice mají extrémně vysokou pevnost v tahu a modul pružnosti. Hustota uhlíkových nanotrubic je přitom pouze 1/6 hustoty oceli, což z nich dělá materiál s nejvyšší měrnou pevností, jakou lze v současnosti připravit.

2. Silná flexibilita: Uhlíkové nanotrubice jsou pevné, ale ne křehké. Při ohýbání uhlíkových nanotrubic nebo při axiálním tlaku na ně, i když vnější síla překročí Eulerovu mez pevnosti nebo pevnost v ohybu, uhlíkové nanotrubice se nezlomí, ale nejprve se ohnou pod velkým úhlem. Po uvolnění vnější síly se uhlíkové nanotrubice vrátí do původního stavu.

3. Dobrá vodivost: Struktura uhlíkových nanotrubic je stejná jako lamelární struktura grafitu a má dobrou vodivost. Odolnost uhlíkových nanotrubic je nezávislá na jejich délce a průměru. Když elektrony procházejí uhlíkovými nanotrubicemi, nevytvářejí teplo k zahřívání uhlíkových nanotrubic. Přenos elektronů v uhlíkových nanotrubičkách je jako přenos světelných signálů v kabelech z optických vláken s minimální ztrátou energie, což z nich dělá vynikající vodiče baterií.

4. Dobrý výkon při skladování vodíku: uhlíkové nanotrubice mají vysoký specifický povrch a po úpravě mají vynikající kapacitu skladování vodíku.

5. Vynikající vlastnosti při vkládání lithia: dutina duté trubice z uhlíkových nanotrubiček, mezery mezi trubicemi, mezery mezi vrstvami stěny trubice a různé defekty ve struktuře trubice poskytují dostatek úložného prostoru a přepravních kanálů pro ionty lithia.

6. Chemická stabilita: uhlíkové nanotrubice jsou chemicky stabilní a mají odolnost vůči kyselinám a zásadám. Přidání uhlíkových nanotrubiček do polymerních kompozitů může zlepšit odolnost materiálu samotného vůči kyselinám a oxidaci.

Ultrazvukový nástřik nanotrubiček je pokročilá technologie povlakování, která využívá ultrazvukovou technologii k rovnoměrnému rozptýlení a nástřiku materiálů z nanotrubiček (jako jsou uhlíkové nanotrubice nebo jiné struktury nanotrubiček) na povrch substrátu. Jádro spočívá v kombinaci dispergační schopnosti ultrazvuku a přesné kontroly nástřiku pro dosažení účinné a rovnoměrné depozice nanomateriálů.

Ultrazvukové stříkací systémy jsou zvláště vhodné pro nástřik nano suspenzí, jako jsou CNT, nanodrátky, perovskity, grafen atd. V důsledku vlastní ultrazvukové vibrace stříkací hlavice energie rozbíjí aglomerované částice v suspenzi a kapalina je vystavena nepřetržitým mechanickým vibracím v průběhu celého procesu potahování, aniž by došlo k poškození materiálu. To je výhodné zejména v případech, kdy je vyžadována rovnoměrná disperze funkčních nanočástic.

Ultrazvukové stříkací systémy se používají k nástřiku povlaků o stejnoměrné tloušťce na substráty libovolné šířky. Díky schopnosti vyrábět tyto velmi tenké a vysoce rovnoměrné povlaky i ve velmi širokých šířkách je technologie ultrazvukového nástřiku zvláště vhodná pro mnoho přesných aplikací nanotechnologií.

1. Technický princip

Ultrazvuková disperze:

Kavitační efekt je generován ve vysokofrekvenční ultrazvukové kapalině. Okamžitý vysokotlaký a mikroproud může účinně rozbít aglomeraci nanotrubiček, čímž je rovnoměrně disperguje v rozpouštědle, čímž se zabrání poškození nebo opětovné aglomeraci způsobené tradičním mechanickým mícháním.

Proces stříkání:

Dispergovaná suspenze nanotrubiček se rozprašuje tryskou a nastříká na povrch substrátu pomocí stlačeného plynu nebo elektrostatické pomoci. Ultrazvukové vibrace mohou také optimalizovat účinek atomizace, vytvářet jemnější kapičky a zlepšit rovnoměrnost povlaku.

2. Klíčové výhody

Jednotnost: Ultrazvukové vlny zajišťují, že nanotrubice jsou monodispergované, čímž se zabrání aglomeraci částic nebo prasklinám v povlaku.

Nízkoteplotní proces: Vhodné pro materiály citlivé na teplo (jako jsou plasty, flexibilní elektronická zařízení).

Vysoká adheze: Nanotrubičky jsou pevně spojeny se substrátem, vhodné pro aplikace, které vedou elektřinu, teplo nebo zlepšují vlastnosti rozhraní.

Kontrolovatelná tloušťka: Úpravou parametrů ultrazvuku, rychlosti nástřiku a koncentrace lze dosáhnout přesných povlaků od nanometrů po mikrometry.

3. Oblasti použití

Elektronická zařízení:

Transparentní vodivá fólie (nahrazuje ITO, používá se v dotykových obrazovkách a ohebných displejích).

Senzorové elektrody (vysoce citlivé plynové/biosenzory).

Energie: Potahy elektrod lithiové baterie (zlepšující vodivost a životnost).

Vrstvy katalyzátoru palivových článků.

Letectví a kosmonautika: Vylepšení kompozitního povrchu (uhlíkové nanotrubice zlepšují odolnost proti nárazu kompozitů z uhlíkových vláken).

Biomedicína: Antibakteriální povlaky nebo elektrody neurálního rozhraní (s využitím biokompatibility nanotrubiček).

Aplikace technologie ultrazvukového nástřiku v lékařském průmyslu nejen zlepšuje úroveň výroby zdravotnických prostředků, ale také přináší pacientům bezpečnější a efektivnější lékařská řešení. Lékařské výrobní podniky musí aktivně přijmout technologické inovace, posílit technologický výzkum a vývoj a školení personálu, přijmout technologii ultrazvukového stříkání jako průlom, podporovat vývoj lékařské výroby směrem k přesnosti a inteligenci a více přispívat k příčině lidského zdraví. S neustálým pokrokem technologie bude technologie ultrazvukového stříkání hrát důležitější roli v oblasti lékařské výroby a povýší lékařský průmysl na vyšší úroveň.

Videa o ultrazvukovém stříkacím zařízení RPS-SONIC: