Funkcjonalizacja i dyspersja nanomateriałów węglowych z wykorzystaniem przyjaznego dla środowiska procesu ozonolizy ultradźwiękowej

Ogólnym celem tych procesów ozonolizy ultradźwiękowej i osadzania elektroforetycznego jest osiągnięcie stabilnej dyspersji nanomateriałów węglowych, które można następnie wykorzystać do przygotowania hierarchicznych materiałów kompozytowych. Ta metoda może odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie kompozytów hierarchicznych. Zapewniając wygodną metodę kontrolowanego powlekania tkanin z mikrofibry nanomateriałami węglowymi.

Główną zaletą tej techniki jest to, że nanomateriały węglowe, takie jak nanorurki i nanopłytki, mogą być funkcjonalizowane tak, aby były kompatybilne z systemami żywic polimerowych bez użycia agresywnych chemikaliów. Aby rozpocząć tę procedurę, przenieś wszystkie potrzebne materiały do schowka na rękawiczki wewnątrz dygestorium wyposażonego w filtr hepa. Zważ żądaną ilość nanomateriałów do butelki i dodaj wodę, tak aby końcowe stężenie nanocząstek wynosiło jeden gram na litr.

Zamknij butelkę pokrywką. Ultradźwięki przez 30 minut przy 43 kilohercach i mocy 60 watów w celu rozproszenia CNT i GNP. Następnie ostrożnie wlej zawiesinę nanocząstek do kolby reaktora zawierającej mieszadło magnetyczne.

Złóż zestaw eksperymentalny zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Następnie włóż bełkotkę ozonu i podłącz ją do generatora ozonu. Następnie umieścić kolbę reaktora w łaźni chłodzonej.

Wymieszać roztwór, aby zapobiec wysiadaniu nanorurek węglowych z zawiesiny. Włącz jednostkę recyrkulacji wody chłodzącej, aby schłodzić reaktor ozonowy i ogniwo ultradźwiękowe. Następnie włącz dopływ tlenu do generatora ozonu.

Dostosuj natężenie przepływu do punktu zerowego, pięciu litrów na minutę. Włącz generator ozonu i pozwól mu pracować przez 30 do 60 minut. Zastosowanie bełkotki po drugiej stronie jednostki niszczącej ozon umożliwia szybkie sprawdzenie, czy generator ozonu jest podłączony i przepływa prawidłowo.

Następnie włącz pompę perystaltyczną i ustaw ją na punkt zerowy sześć siedem herców. Włącz klakson ultradźwiękowy i dostosuj moc do 60 watów. Obserwuj proces sonikacji przez co najmniej 30 minut, aby upewnić się, że pompowanie i działanie klaksonu ultradźwiękowego jest stabilne.

Po upływie żądanego czasu przetwarzania ozonolizy ultradźwiękowej należy wyłączyć generator ozonu, sonikator i pompę. Mieszaj dyspersję nanomateriału węglowego przez godzinę, aby umożliwić rozkład ozonu i roztworu. Na początek należy poddać sonikacji zawiesiny nanomateriału, jeśli elektroforeza nie zostanie przeprowadzona w ciągu 24 godzin od przetwarzania ozonolizy ultradźwiękowej.

Następnie przygotuj trzy elektrody ze stali nierdzewnej, zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Za pomocą papieru ściernego z tlenku glinu P1000 zetrzyj elektrody. Wyczyść przetarte elektrody w ultradźwiękowej kąpieli czyszczącej przez 10 minut w ultra czystej wodzie.

Umieść elektrody w czystym piekarniku do wyschnięcia przez 10 minut w temperaturze 100 stopni Celsjusza. Następnie przenieś elektrody do eksykatora, aby ostygły. Po schłodzeniu zważyć elektrody, które mają być użyte do osadzania anotycznego, na czterocyfrowej wadze analitycznej.

Następnie zmontuj elektrody zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Przenieś 35 mililitrów dyspersji nanomateriału węglowego do 50-mililitrowej zlewki. Przymocuj uchwyt elektrody do stojaka na retortę.

Następnie powoli opuść elektrody na dno zlewki. Podłącz dodatni zacisk zasilacza prądu stałego do centralnej anody. Następnie podłącz ujemny zacisk do jednej z zewnętrznych katod.

Za pomocą pokrywy z zaciskami krokodylkowymi połącz dwie zewnętrzne katody. Przy wyłączonym zasilaniu ustaw prąd na maksymalne ustawienie. Dostosuj napięcie do wymaganej wartości dla żądanego badania.

Następnie przygotuj stoper i włącz zasilanie na wymagany czas kodowania. Następnie wyłącz zasilanie. Powoli podnieś mocowanie elektrody z dyspersji, upewniając się, że folia nie jest naruszona.

Odłącz zaciski od elektrod. Następnie powoli obróć uchwyt elektrody do orientacji poziomej. Pozwól folii na anodzie równomiernie wyschnąć.

Następnie zdemontuj oprawę i wysusz anodę w piekarniku przez godzinę w temperaturze 100 stopni Celsjusza. Umieść wysuszoną anodę w eksykatorze do ostygnięcia. Za pomocą wagi analitycznej zapisz wagę z dokładnością do czterech miejsc po przecinku.

Sfotografuj zakodowaną anodę i powtórz proces kodowania i ważenia dla każdego czasu osadzania. Następnie należy przeprowadzić charakterystykę i analizę zgodnie z opisem w protokole tekstowym. W tym badaniu wykorzystano nowatorską metodę funkcjonalizacji i stabilnej dyspersji nanomateriałów węglowych w środowisku wodnym.

Charakterystyka szerokokątnej spektroskopii fotoelektronów rentgenowskich pokazuje, że CNT, które nie zostały poddane leczeniu USO, prawie nie zawierają tlenu. Obserwuje się jednak, że powierzchniowy poziom tlenu wzrasta wraz ze wzrostem czasu leczenia USO. Widmo Ramana ujawnia obecność defektów w CNT, które istniały jeszcze przed leczeniem USO.

Obserwuje się, że pasmo G przesuwa się z liczby falowej 1 576 do liczby falowej 1 582, przy czym drugi składnik staje się bardziej wyraźny przy liczbie falowej 1 618 wraz ze wzrostem czasu USO. Zauważalne różnice widoczne są również w natężeniu dwóch pasm D przy liczbie falowej 2 698. A następnie pasmo D i G o liczbie falowej 2 941 wraz ze wzrostem czasu USO.

Wszystkie te zmiany odpowiadają wzrostowi poziomu utlenienia CNT. Skaningowa mikroskopia elektronowa pokazuje, że podczas gdy niepoddane działaniu CNT są wysoce kompetentne, CNT poddane działaniu USO są znacznie bardziej równomiernie rozmieszczone na powierzchni. Wskazuje to, że zabiegi USO pomogły zredukować aglomeraty obecne w otrzymanym materiale.

Nanorurki węglowe poddane obróbce USO są następnie osadzane elektroforycznie w różnych warunkach, a wraz ze wzrostem czasu elektroforezy wytwarzane są grubsze warstwy. Grubsze folie są również produkowane, gdy stosowane są wyższe stężenia CNT. Po jej opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się kompozytami hierarchicznymi do zbadania, czy ozonoliza ultradźwiękowa może być wykorzystana do funkcjonalizacji innych nanomateriałów do osadzania eletroforetycznego.

Różne poziomy powłoki nanomateriałów węglowych mogą mieć znaczący wpływ na właściwości kompozytów w makroskali, takie jak wytrzymałość i ciągliwość. Ponieważ metoda jest oparta na wodzie po funkcjonalnym zamian, ozon rozkłada się na nieszkodliwy tlen. Nie ma też potrzeby usuwania substancji chemicznych z dyspersji przed użyciem nanomateriałów.

Nie zapomnij uruchomić ozonu na godzinę przed włączeniem pompy perystaltycznej. W przeciwnym razie dojdzie do zbrylania się nanomateriałów w probówce.