الموجات فوق الصوتية عالية القدرة لمعالجة الجسيمات: ملاحظات تطبيقية

لإظهار خصائص الجسيمات بالكامل، يجب تفكيك تكتلاتها وتشتيتها بالتساوي بحيث يصبح سطحها متاحًا. تُعرف قوى الموجات فوق الصوتية القوية بأنها أدوات موثوقة للتشتيت والطحن، إذ تُفتّت الجسيمات إلى أحجام دون الميكرون وأحجام نانوية. علاوة على ذلك، تتيح المعالجة بالموجات فوق الصوتية تعديل الجسيمات وإكسابها وظائف، مثل طلاء الجسيمات النانوية بطبقة معدنية.

ستجد أدناه مجموعة مختارة من الجسيمات والسوائل مع توصيات ذات صلة بكيفية معالجة المادة لطحن الجسيمات أو تشتيتها أو تفكيك تكتلاتها أو تعديلها باستخدام مجانس بالموجات فوق الصوتية.

كيفية تحضير المساحيق والجسيمات باستخدام المعالجة القوية بالموجات فوق الصوتية.

بالترتيب الأبجدي:

Aerosil

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
حُضّرت مشتتات جسيمات السيليكا Aerosil OX50 في ماء Millipore ‏(pH 6) بتشتيت 5.0 g من المسحوق في 500 mL من الماء باستخدام معالج بالموجات فوق الصوتية عالي الشدة UP200S (200W; 24kHz). حُضّرت مشتتات السيليكا في محلول مائي مقطر (pH = 6) تحت التشعيع بالموجات فوق الصوتية باستخدام UP200S لمدة 15 min. تلاها تحريك شديد لمدة 1 h. استُخدم HCl لضبط pH. بلغ محتوى المواد الصلبة في المشتتات 0.1% (w/v).
الجهاز الموصى به:
UP200S
المرجع/ الورقة البحثية:
Licea-Claverie, A.; Schwarz, S.; Steinbach, Ch.; Ponce-Vargas, S. M.; Genest, S. (2013): الجمع بين البوليمرات الطبيعية والحساسة للحرارة في تلبيد مشتتات السيليكا الدقيقة. International Journal of Carbohydrate Chemistry 2013.

Al₂O₃–الماء: موائع نانوية

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
Al₂O₃–الماء: يمكن تحضير هذه الموائع النانوية باتباع الخطوات التالية: أولًا، زِن كتلة الجسيمات النانوية من Al₂O₃ باستخدام ميزان إلكتروني رقمي. ثم أضف الجسيمات النانوية من Al₂O₃ تدريجيًا إلى الماء المقطر الذي وُزنت كتلته، وحرّك مزيج Al₂O₃–الماء. عالج المزيج باستمرار بالموجات فوق الصوتية لمدة 1h باستخدام جهاز بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار UP400S (400W, 24kHz) للحصول على تشتيت متجانس للجسيمات النانوية في الماء المقطر.
يمكن تحضير الموائع النانوية بنسب مختلفة (0.1%, 0.5%, و1%). لا حاجة إلى مادة خافضة للتوتر السطحي أو إلى تغيير pH.
الجهاز الموصى به:
UP400S
المرجع/ الورقة البحثية:
Isfahani, A. H. M.; Heyhat, M. M. (2013): دراسة تجريبية لتدفق الموائع النانوية في نموذج مصغر بوصفه وسطًا مساميًا. International Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9/2, 2013. 77–84.

يؤدي تشتيت أكسيد الألومنيوم (Al2O3) بالموجات فوق الصوتية إلى خفض كبير في حجم الجسيمات وتشتيت متجانس.

جسيمات السيليكا المطلية بالبوهميت

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
تُطلى جسيمات السيليكا بطبقة من البوهميت: للحصول على سطح نظيف تمامًا وخالٍ من المواد العضوية، تُسخّن الجسيمات إلى 450°C. بعد طحن الجسيمات لتفكيك التكتلات، يُحضّر معلق مائي بنسبة 6 vol% ‏(≈70 ml)، ويُثبّت عند pH مقداره 9 بإضافة ثلاث قطرات من محلول الأمونيوم. ثم تُفكّك تكتلات المعلق بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام UP200S عند سعة 100% ‏(200 W) لمدة 5 min. بعد تسخين المحلول إلى أكثر من 85°C، أُضيف 12.5 g من ألومنيوم سيك-بوتوكسيد. تُحفظ درجة الحرارة عند 85–90°C لمدة 90 min.، ويُحرّك المعلق باستخدام محرّك مغناطيسي طوال الإجراء. بعد ذلك، يُواصل تحريك المعلق باستمرار حتى يبرد إلى أقل من 40°C. ثم ضُبطت قيمة pH إلى 3 بإضافة حمض الهيدروكلوريك. وبعد ذلك مباشرةً، يُعالج المعلق بالموجات فوق الصوتية في حمام ثلجي. يُغسل المسحوق بالتخفيف ثم بالطرد المركزي. بعد إزالة السائل الفوقاني، تُجفّف الجسيمات في فرن تجفيف عند 120°C. وأخيرًا، تُجرى معالجة حرارية للجسيمات عند 300°C لمدة 3 ساعات.
الجهاز الموصى به:
UP200S
المرجع/ الورقة البحثية:
Wyss, H. M. (2003): البنية المجهرية والسلوك الميكانيكي لهلامات الجسيمات المركزة. أطروحة، المعهد الاتحادي السويسري للتكنولوجيا 2003. ص.71.

تخليق مركب نانوي من الكادميوم(II)–ثيوأسيتاميد

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
خُلّقت مركبات نانوية من الكادميوم(II)–ثيوأسيتاميد في وجود كحول البولي فينيل وفي غيابه باتباع مسار كيميائي صوتي. للتخليق الكيميائي الصوتي (التخليق بالموجات فوق الصوتية)، أُذيب 0.532 g من أسيتات الكادميوم (II) ثنائية الهيدرات (Cd(CH3COO)2.2H2O)، و0.148 g من ثيوأسيتاميد (TAA, CH3CSNH2)، و0.664 g من يوديد البوتاسيوم (KI) في 20mL من ماء منزوع الأيونات ومقطر مرتين. عُولج هذا المحلول بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية عالي القدرة من نوع المسبار UP400S (24 kHz, 400W) عند درجة حرارة الغرفة لمدة 1 h. أثناء المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمزيج التفاعل، ارتفعت درجة الحرارة إلى 70–80degC، وفقًا للقياس بمزدوجة حرارية من الحديد–كونستانتين. بعد ساعة واحدة، تكوّن راسب أصفر زاهٍ. عُزل بالطرد المركزي (4,000 rpm, 15 min)، وغُسل بماء مقطر مرتين ثم بإيثانول مطلق لإزالة الشوائب المتبقية، وأخيرًا جُفّف في الهواء (المردود: 0.915 g, 68%). نقطة التحلل 200°C. لتحضير المركب النانوي البوليمري، أُذيب 1.992 g من كحول البولي فينيل في 20 mL من ماء منزوع الأيونات ومقطر مرتين، ثم أُضيف إلى المحلول المذكور أعلاه. شُعّع هذا المزيج بالموجات فوق الصوتية باستخدام UP400S لمدة 1 h، فتكوّن ناتج برتقالي زاهٍ.
أظهرت نتائج SEM أن أحجام الجسيمات انخفضت في وجود PVA من نحو 38 nm إلى 25 nm. ثم خلّقنا جسيمات CdS نانوية ذات بنية سداسية وشكل كروي من التحلل الحراري للمركب النانوي البوليمري، الكادميوم(II)–ثيوأسيتاميد/PVA، بوصفه مادة سلفية. قيس حجم جسيمات CdS النانوية باستخدام كل من XRD وSEM، وكانت النتائج متوافقة جدًا فيما بينها.
وجد Ranjbar وزملاؤه (2013) أيضًا أن مركب Cd(II) النانوي البوليمري مادة سلفية مناسبة لتحضير جسيمات نانوية من كبريتيد الكادميوم ذات أشكال مثيرة للاهتمام. كشفت جميع النتائج أن التخليق بالموجات فوق الصوتية يمكن استخدامه بنجاح بوصفه طريقة بسيطة وفعالة ومنخفضة التكلفة وصديقة للبيئة وواعدة جدًا لتخليق مواد نانوية، دون الحاجة إلى ظروف خاصة مثل درجات الحرارة المرتفعة وأزمنة التفاعل الطويلة والضغط المرتفع.
الجهاز الموصى به:
UP400S
المرجع/ الورقة البحثية:
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013): تخليق وتوصيف مركبات الكادميوم–ثيوأسيتاميد النانوية. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203–212.

CaCO₃

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
أُجري الطلاء بالموجات فوق الصوتية لمادة CaCO₃ المترسبة نانويًا (NPCC) بحمض الستياريك لتحسين تشتيتها في البوليمر وتقليل التكتل. عُولج 2g من مادة CaCO₃ المترسبة نانويًا غير المطلية (NPCC) بالموجات فوق الصوتية باستخدام UP400S في 30ml من الإيثانول. أُذيب حمض الستياريك بنسبة 9 wt% في الإيثانول. ثم خُلط الإيثانول المحتوي على حمض الستياريك مع المعلق المعالج بالموجات فوق الصوتية.
الجهاز الموصى به:
UP400S مع سونوترود بقطر 22mm ‏(H22D)، وخلية التدفق ذات غلاف تبريد
المرجع/ الورقة البحثية:
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009): تأثيرات الموجات فوق الصوتية في طلاء CaCO3 المترسب نانويًا بحمض الستياريك. Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering 4/5, 2009. 807–813.

بلورات السليلوز النانوية

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
بلورات السليلوز النانوية (CNC) المحضّرة من سليلوز الأوكالبتوس CNCs: عُدّلت بلورات السليلوز النانوية المحضّرة من سليلوز الأوكالبتوس بالتفاعل مع كلوريد ميثيل أديبويل، CNCm، أو مع مزيج من حمضي الأسيتيك والكبريتيك، CNCa. ولذلك، أُعيد تشتيت CNCs وCNCm وCNCa المجففة بالتجميد في مذيبات نقية (EA, THF أو DMF) بنسبة 0.1 wt%، بالتحريك المغناطيسي طوال الليل عند 24 ± 1 degC، ثم بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة 20 min. باستخدام جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار UP100H. أُجريت المعالجة بالموجات فوق الصوتية بشدة 130 W/cm² عند 24 ± 1 degC. بعد ذلك، أُضيف CAB إلى مشتت CNC، بحيث بلغ التركيز النهائي للبوليمر 0.9 wt%.
الجهاز الموصى به:
UP100H
المرجع/ الورقة البحثية:
Blachechen, L. S.; de Mesquita, J. P.; de Paula, E. L.; Pereira, F. V.; Petri, D. F. S. (2013): التفاعل بين الاستقرار الغروي لبلورات السليلوز النانوية وقابليتها للتشتيت في مصفوفة أسيتات بوتيرات السليلوز. Cellulose 20/3, 2013. 1329–1342.

سيلان مطعّم بنترات السيريوم

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
استُخدمت ألواح من الفولاذ الكربوني المدرفل على البارد (6.5cm 6.5cm 0.3cm؛ منظفة كيميائيًا ومصقولة ميكانيكيًا) بوصفها ركائز معدنية. قبل تطبيق الطلاء، نُظّفت الألواح بالموجات فوق الصوتية باستخدام الأسيتون، ثم نُظّفت بمحلول قلوي (محلول NaOH بتركيز 0.3molL 1) عند 60°C لمدة 10 min. لاستخدامها بوصفها طبقة أساس، وقبل المعالجة الأولية للركيزة، خُفّفت تركيبة نموذجية تشمل 50 جزءًا من γ-غليسيدوكسي بروبيل ثلاثي ميثوكسي سيلان (γ-GPS) بنحو 950 جزءًا من الميثانول، عند pH مقداره 4.5 (ضُبط بحمض الأسيتيك)، وأُتيح للسيلان أن يتحلل مائيًا. كان إجراء تحضير السيلان المطعّم بأصباغ نترات السيريوم مماثلًا، باستثناء إضافة نترات السيريوم بنسبة 1, 2, 3 wt% إلى محلول الميثانول قبل إضافة (γ-GPS)، ثم خُلط هذا المحلول بمحرّك ذي مروحة عند 1600 rpm لمدة 30 min. عند درجة حرارة الغرفة. ثم عُولجت المشتتات المحتوية على نترات السيريوم بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 min عند 40°C باستخدام حمام تبريد خارجي. أُجريت عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية UIP1000hd (1000W, 20 kHz) بقدرة موجات فوق صوتية مدخلة تبلغ نحو 1 W/mL. أُجريت المعالجة الأولية للركيزة بشطف كل لوح لمدة 100 sec. بمحلول السيلان المناسب. بعد المعالجة، تُركت الألواح لتجف عند درجة حرارة الغرفة لمدة 24 h، ثم طُليت الألواح المعالجة أوليًا بإيبوكسي ثنائي المكونات يُصلّب بالأمين. (Epon 828, shell Co.) للحصول على سماكة غشاء رطب قدرها 90μm. تُركت الألواح المطلية بالإيبوكسي لتتصلب لمدة 1h عند 115°C، وبعد تصلب طلاءات الإيبوكسي، بلغت سماكة الغشاء الجاف نحو 60μm.
الجهاز الموصى به:
UIP1000hd
المرجع/ الورقة البحثية:
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013): التأثيرات الكهروكيميائية للمعالجات الأولية بالسيلان المحتوية على نترات السيريوم في خصائص الانفصال الكاثودي للفولاذ المطلي بالإيبوكسي. Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013. 2411–2420.

الطين: التشتيت/ التجزئة

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
التجزئة بحسب حجم الجسيمات: لعزل الجسيمات الأصغر من 1 μm عن جسيمات بحجم 1–2 μm، فُصلت الجسيمات بحجم الطين (< 2 μm) في مجال من الموجات فوق الصوتية، ثم بتطبيق سرعات ترسيب مختلفة.
فُصلت الجسيمات بحجم الطين (< 2 μm) بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية مع إدخال طاقة قدرها 300 J mL^-1 (1 min.) باستخدام جهاز تفكيك بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار UP200S (200W, 24kHz) مزود بسونوترود S7 بقطر 7 mm. بعد التشعيع بالموجات فوق الصوتية، خضعت العينة للطرد المركزي عند 110 x g ‏(1000 rpm) لمدة 3 min. ثم استُخدم الطور المترسب (متبقي التجزئة) في التجزئة بحسب الكثافة لعزل الأجزاء منخفضة الكثافة، ونُقل الطور الطافي الناتج (الجزء < 2 μm) إلى أنبوب آخر للطرد المركزي، وخضع للطرد المركزي عند 440 x g ‏(2000 rpm) لمدة 10 min. لفصل الجزء < 1 μm (السائل الفوقاني) عن الجزء 1–2 μm (الراسب). نُقل السائل الفوقاني المحتوي على الجزء < 1 μm إلى أنبوب آخر للطرد المركزي، وبعد إضافة 1 mL من MgSO₄ خضع للطرد المركزي عند 1410 x g ‏(4000 rpm) لمدة 10 min لفصل بقية الماء بالترويق.
لتجنب ارتفاع درجة حرارة العينة ارتفاعًا مفرطًا، كُرر الإجراء 15 مرة.
الجهاز الموصى به:
UP200S مع S7 أو UP200St مع S26d7
المرجع/ الورقة البحثية:
Jakubowska, J. (2007): تأثير نوع مياه الري في أجزاء المادة العضوية للتربة (SOM) وتفاعلاتها مع المركبات الكارهة للماء. أطروحة، جامعة Martin-Luther في Halle-Wittenberg ‏2007.

الطين: تقشير الطين غير العضوي

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
قُشّر الطين غير العضوي لتحضير مركبات نانوية قائمة على البولولان لمشتت الطلاء. لذلك، أُذيبت كمية ثابتة من البولولان (4 wt% على أساس رطب) في الماء عند 25degC لمدة 1 h مع تحريك لطيف (500 rpm). وفي الوقت نفسه، شُتّت مسحوق الطين بكمية تتراوح بين 0.2 و3.0 wt% في الماء مع تحريك شديد (1000 rpm) لمدة 15 دقيقة. عُولج المشتت الناتج بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز UP400S (القدرة _القصوى = 400 W؛ التردد = 24 kHz) بالموجات فوق الصوتية، المزود بسونوترود H14 من التيتانيوم، قطر الطرف 14 mm، السعة _القصوى = 125 μm؛ الشدة السطحية = 105 Wcm^-2) تحت الظروف التالية: 0.5 دورات وسعة 50%. اختلفت مدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية وفقًا للتصميم التجريبي. ثم خُلط محلول البولولان العضوي والمشتت غير العضوي معًا مع تحريك لطيف (500 rpm) لمدة 90 دقيقة إضافية. بعد الخلط، تقابلت تراكيز المكونين مع نسبة غير عضوي/عضوي (I/O) تراوحت بين 0.05 و0.75. قُيّم توزيع الأحجام في المشتت المائي لأطيان Na⁺-MMT قبل المعالجة بالموجات فوق الصوتية وبعدها باستخدام محلل الجسيمات النانوية IKO-Sizer CC-1.
بالنسبة إلى كمية ثابتة من الطين، تبيّن أن زمن المعالجة بالموجات فوق الصوتية الأكثر فعالية هو 15 دقيقة، بينما تؤدي المعالجة الأطول بالموجات فوق الصوتية إلى زيادة قيمة P’O₂ (بسبب إعادة التجمع)، التي تنخفض مجددًا عند أطول زمن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية (45 min)، ويُرجح أن ذلك ناتج عن تفتيت كل من الصفيحات وتجمعاتها الطبقية.
وفقًا للتجهيز التجريبي المعتمد في أطروحة Introzzi، حُسب خرج طاقة لكل وحدة مقداره 725 Ws mL^-1 للمعالجة التي استغرقت 15 دقيقة، بينما أسفر تمديد زمن المعالجة بالموجات فوق الصوتية إلى 45 دقيقة عن استهلاك طاقة لكل وحدة قدره 2060 Ws mL^-1. يتيح ذلك توفير كمية كبيرة جدًا من الطاقة طوال العملية، وهو ما سينعكس في النهاية على تكاليف المعالجة النهائية.
الجهاز الموصى به:
UP400S مع سونوترود H14
المرجع/ الورقة البحثية:
Introzzi, L. (2012): تطوير طلاءات بوليمرات حيوية عالية الأداء لتطبيقات تغليف الأغذية. أطروحة، جامعة ميلانو 2012.

حبر موصل

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
حُضّر الحبر الموصل بتشتيت جسيمات Cu+C وCu+CNT مع عوامل تشتيت في مذيب مختلط (المنشور IV). كانت عوامل التشتيت ثلاثة عوامل ذات وزن جزيئي مرتفع، وهي DISPERBYK-190 وDISPERBYK-198 وDISPERBYK-2012، مخصصة لمشتتات أصباغ أسود الكربون المائية من BYK Chemie GmbH. استُخدم الماء منزوع الأيونات (DIW) بوصفه المذيب الرئيسي. واستُخدمت إيثرات إيثيلين غليكول أحادية الميثيل (EGME) ‏(Sigma-Aldrich)، وإيثيلين غليكول أحادية البوتيل (EGBE) ‏(Merck)، وn-بروبانول (Honeywell Riedel-de Haen) بوصفها مذيبات مساعدة.
عُولج المعلق المختلط بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقائق في حمام ثلجي باستخدام UP400S ، وهو معالج بالموجات فوق الصوتية. بعد ذلك، تُرك المعلق ليترسب لمدة ساعة، ثم فُصل بالترويق. قبل الطلاء بالدوران أو الطباعة، عُولج المعلق في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 min.
الجهاز الموصى به:
UP400S
المرجع/ الورقة البحثية:
Forsman, J. (2013): إنتاج جسيمات نانوية من Co وNi وCu بالاختزال بالهيدروجين. أطروحة، VTT فنلندا 2013.

تتميز المعالجة بالموجات فوق الصوتية بكفاءة عالية في خفض حجم الجسيمات وتشتيت الأصباغ في حبر الطباعة النافثة للحبر.

فثالوسيانين النحاس

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
تحلل الفثالوسيانينات المعدنية
يُعالج فثالوسيانين النحاس (CuPc) بالموجات فوق الصوتية مع الماء والمذيبات العضوية عند درجة الحرارة المحيطة والضغط الجوي، في وجود مؤكسد بوصفه محفزًا، باستخدام جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية بقدرة 500W UIP500hd مع حجرة تدفق مستمر. شدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية: 37–59 W/cm²، مزيج العينة: 5 mL من العينة (100 mg/L)، و50 من ماء D/D مع الكلوروفورم والبيريدين عند سعة موجات فوق صوتية 60%. درجة حرارة التفاعل: 20°C عند الضغط الجوي.
نسبة تدمير تصل إلى 95% خلال 50 min. من المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
الجهاز الموصى به:
UIP500hd

ثنائي بوتيريل الكيتين (DBCH)

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
يمكن تكسير الجزيئات البوليمرية الكبيرة الطويلة بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية. يتيح خفض الكتلة المولية بمساعدة الموجات فوق الصوتية تجنب التفاعلات الجانبية غير المرغوبة أو فصل النواتج الثانوية. يُعتقد أن التحلل بالموجات فوق الصوتية، بخلاف التحلل الكيميائي أو الحراري، عملية غير عشوائية يحدث فيها الانشطار تقريبًا عند مركز الجزيء. ولهذا السبب، تتحلل الجزيئات الكبيرة الأكبر حجمًا بسرعة أكبر.
أُجريت التجارب باستخدام مولد الموجات فوق الصوتية UP200S المزود بسونوترود S2. ضُبطت الموجات فوق الصوتية على قدرة مدخلة قدرها 150 W. استُخدمت محاليل ثنائي بوتيريل الكيتين في ثنائي ميثيل أسيتاميد، بتركيز ثنائي بوتيريل الكيتين مقداره 0.3 g/100 cm3 وحجم قدره 25 cm3. غُمر السونوترود (مسبار/ بوق الموجات فوق الصوتية) في محلول البوليمر إلى عمق 30 mm أسفل مستوى السطح. وُضع المحلول في حمام مائي مضبوط حراريًا عند 25°C. شُعّع كل محلول لمدة زمنية محددة مسبقًا. بعد ذلك، خُفّف المحلول 3 مرات وخضع للتحليل بكروماتوغرافيا الاستبعاد الحجمي.
تشير النتائج المعروضة إلى أن ثنائي بوتيريل الكيتين لا يتعرض للتدمير بفعل الموجات فوق الصوتية عالية القدرة، ولكن يحدث تحلل للبوليمر يُفهم بوصفه تفاعلًا كيميائيًا صوتيًا مضبوطًا. ولذلك، يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية لخفض متوسط الكتلة المولية لثنائي بوتيريل الكيتين، وينطبق الأمر نفسه على نسبة متوسط الكتلة المولية الوزني إلى متوسط الكتلة المولية العددي. تتعزز التغيرات المرصودة بزيادة قدرة الموجات فوق الصوتية ومدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية. كما كان للكتلة المولية الابتدائية تأثير كبير في مدى تحلل DBCH تحت ظروف المعالجة بالموجات فوق الصوتية المدروسة: كلما ارتفعت الكتلة المولية الابتدائية، زادت درجة التحلل.
الجهاز الموصى به:
UP200S
المرجع/ الورقة البحثية:
Szumilewicz, J.; Pabin-Szafko, B. (2006): التحلل بالموجات فوق الصوتية لثنائي بوتيريل الكيتين. Polish Chitin Society، الدراسة XI، ‏2006. 123–128.

مسحوق الفيروسين

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
مسار كيميائي صوتي لتحضير SWNCNTs: يُضاف مسحوق السيليكا (بقطر 2–5 mm) إلى محلول من الفيروسين بتركيز 0.01 mol% في p-زايلين، ثم يُعالج بالموجات فوق الصوتية باستخدام UP200S المزود بمسبار ذي طرف من التيتانيوم (سونوترود S14). أُجريت المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة 20 min. عند درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي. وبالتخليق بمساعدة الموجات فوق الصوتية، أُنتجت SWCNTs عالية النقاء على سطح مسحوق السيليكا.
الجهاز الموصى به:
UP200S مع مسبار الموجات فوق الصوتية S14
المرجع/ الورقة البحثية:
Srinivasan C.(2005): طريقة صوتية لتخليق أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار تحت الظروف المحيطة. Current Science 88/ 1, 2005. 12–13.

الرماد المتطاير/ الميتاكاؤولينيت

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
اختبار الاستخلاص بالإذابة: أُضيف 100mL من محلول الاستخلاص بالإذابة إلى 50g من العينة الصلبة. شدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية: حد أقصى 85 W/cm² باستخدام UP200S في حمام مائي عند 20°C.
البلمرة الجيوبوليمرية: خُلطت العجينة باستخدام UP200S ، وهو مجانس بالموجات فوق الصوتية، لإجراء البلمرة الجيوبوليمرية. بلغت شدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية حدًا أقصى قدره 85 W/cm². للتبريد، أُجريت المعالجة بالموجات فوق الصوتية في حمام ماء مثلج.
يؤدي تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية القدرة في البلمرة الجيوبوليمرية إلى زيادة مقاومة الضغط للجيوبوليمرات المتكوّنة، وزيادة المقاومة مع زيادة المعالجة بالموجات فوق الصوتية حتى زمن معين. تعززت إذابة الميتاكاؤولينيت والرماد المتطاير في المحاليل القلوية بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية، إذ أُطلق المزيد من Al وSi إلى الطور الهلامي لإجراء التكاثف المتعدد.
الجهاز الموصى به:
UP200S
المرجع/ الورقة البحثية:
Feng, D.; Tan, H.; van Deventer, J. S. J. (2004): البلمرة الجيوبوليمرية المعززة بالموجات فوق الصوتية. Journal of Materials Science 39/2, 2004. 571–580

الغرافين

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
يمكن إنتاج صفائح الغرافين النقية بكميات كبيرة، كما أظهر عمل Stengl وزملائه (2011) أثناء إنتاج مركب نانوي من TiO₂ غير المتكافئ ستوكيومتريًا والغرافين، بالتحلل المائي الحراري لمعلق يحتوي على صفائح غرافين نانوية ومعقد بيروكسو التيتانيا. أُنتجت صفائح الغرافين النانوية النقية من الغرافيت الطبيعي بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة باستخدام معالج بالموجات فوق الصوتية بقدرة 1000W UIP1000hd في حجرة مفاعل بالموجات فوق الصوتية عالي الضغط عند 5 barg. تتميز صفائح الغرافين الناتجة بمساحة سطحية نوعية مرتفعة وخصائص إلكترونية فريدة. يؤكد الباحثون أن جودة الغرافين المحضّر بالموجات فوق الصوتية أعلى بكثير من جودة الغرافين الناتج بطريقة Hummer، التي يُقشّر فيها الغرافيت ويُؤكسد. وبما أن الظروف الفيزيائية داخل مفاعل الموجات فوق الصوتية يمكن ضبطها بدقة، وبافتراض أن تركيز الغرافين بوصفه مادة تطعيم سيتغير ضمن النطاق 1 – 0.001%، فمن الممكن إنتاج الغرافين في نظام مستمر على نطاق تجاري.
الجهاز الموصى به:
UIP1000hd
المرجع/ الورقة البحثية:
Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): مركب TiO2–الغرافين النانوي بوصفه محفزًا ضوئيًا عالي الأداء. في: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. ص. 25209–25218.
انقر هنا لقراءة المزيد عن إنتاج الغرافين وتحضيره بالموجات فوق الصوتية!

أكسيد الغرافين

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
حُضّرت طبقات أكسيد الغرافين (GO) بالمسار التالي: أُضيف 25mg من مسحوق أكسيد الغرافين إلى 200 ml من الماء منزوع الأيونات. وبالتحريك، حصلوا على معلق بني غير متجانس. عُولجت المعلقات الناتجة بالموجات فوق الصوتية (30 min, 1.3 × 105J)، وبعد التجفيف (عند 373 K)، أُنتج أكسيد الغرافين المعالج بالموجات فوق الصوتية. أظهر التحليل الطيفي FTIR أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية لم تغيّر المجموعات الوظيفية لأكسيد الغرافين.
الجهاز الموصى به:
UP400S
المرجع/ الورقة البحثية:
Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): تأثير المعالجة الحرارية والمعالجة بالموجات فوق الصوتية في تكوّن صفائح أكسيد الغرافين النانوية. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. ص. 1097–1102.
انقر هنا لقراءة المزيد عن تقشير الغرافين وتحضيره بالموجات فوق الصوتية!

جسيمات بوليمرية نانوية ذات زوائد شعرية بتحلل كحول البولي فينيل

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
يؤدي إجراء بسيط من خطوة واحدة، يعتمد على التحلل الكيميائي الصوتي للبوليمرات القابلة للذوبان في الماء داخل محلول مائي في وجود مونومر كاره للماء، إلى جسيمات بوليمرية وظيفية ذات زوائد شعرية في وسط سائل خالٍ من البقايا. أُجريت جميع عمليات البلمرة في مفاعل زجاجي مزدوج الجدار بحجم 250 mL، مزود بحواجز ومستشعر درجة حرارة وقضيب تحريك مغناطيسي ومعالج بالموجات فوق الصوتية من Hielscher US200S (200 W, 24 kHz) مزود بسونوترود S14 من التيتانيوم (القطر = 14 mm، الطول = 100 mm).
حُضّر محلول كحول البولي فينيل (PVOH) بإذابة كمية دقيقة من PVOH في الماء طوال الليل عند 50°C مع تحريك شديد. قبل البلمرة، وُضع محلول PVOH داخل المفاعل، وضُبطت درجة الحرارة على درجة حرارة التفاعل المطلوبة. مُرّر الأرجون عبر محلول PVOH والمونومر كل على حدة لمدة 1 ساعة. أُضيفت الكمية المطلوبة من المونومر قطرة قطرة إلى محلول PVOH مع تحريك شديد. بعد ذلك، أُوقف تمرير الأرجون إلى السائل، وبدأت المعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام UP200S عند سعة 80%. ينبغي الإشارة هنا إلى أن استخدام الأرجون يخدم غرضين: (1) إزالة الأكسجين و(2) أنه مطلوب لتوليد التجويف بالموجات فوق الصوتية. ومن ثم، فإن تدفق الأرجون المستمر سيكون، من حيث المبدأ، مفيدًا للبلمرة، لكن حدث تكوّن مفرط للرغوة؛ وقد تجنب الإجراء الذي اتبعناه هنا هذه المشكلة، وكان كافيًا لإجراء بلمرة فعالة. سُحبت عينات دوريًا لمراقبة التحول بالتحليل الوزني، وتوزيعات الوزن الجزيئي و/أو توزيعات حجم الجسيمات.
الجهاز الموصى به:
US200S
المرجع/ الورقة البحثية:
Smeets, N. M. B.; E-Rramdani, M.; Van Hal, R. C. F.; Gomes Santana, S.; Quéléver, K.; Meuldijk, J.; Van Herk, JA. M.; Heuts, J. P. A. (2010): مسار كيميائي صوتي بسيط من خطوة واحدة للحصول على جسيمات بوليمرية نانوية وظيفية ذات زوائد شعرية. Soft Matter, 6, 2010. 2392–2395.

HiPco-SWCNTs

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
تشتيت HiPco-SWCNTs باستخدام UP400S: في قارورة بحجم 5 mL، عُلّق 0.5 mg من HiPcoTM SWCNTs المؤكسدة (0.04 mmol من الكربون) في 2 mL من الماء منزوع الأيونات باستخدام معالج بالموجات فوق الصوتية UP400S للحصول على معلق أسود اللون (0.25 mg/mL من SWCNTs). أُضيف إلى هذا المعلق 1.4 μL من محلول PDDA (20 wt./%، الوزن الجزيئي = 100,000–200,000)، وخُلط المزيج دواميًا لمدة 2 دقيقة. بعد معالجة إضافية بالموجات فوق الصوتية في حمام مائي لمدة 5 دقائق، خضع معلق الأنابيب النانوية للطرد المركزي عند 5000g لمدة 10 دقائق. أُخذ السائل الفوقاني لإجراء قياسات AFM، ثم أُكسب وظائف باستخدام siRNA.
الجهاز الموصى به:
UP400S
المرجع/ الورقة البحثية:
Jung, A. (2007): مواد وظيفية قائمة على أنابيب الكربون النانوية. أطروحة، Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg ‏2007.

السيراميك الحيوي من الهيدروكسي أباتيت

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
لتخليق nano-HAP، وُضع في كأس صغير 40 mL من محلول بتركيز 0.32M من Ca(NO₃)² ⋅ 4H₂O. ثم ضُبط pH المحلول إلى 9.0 باستخدام نحو 2.5 mL من هيدروكسيد الأمونيوم. ثم عُولج المحلول بالموجات فوق الصوتية باستخدام معالج بالموجات فوق الصوتية UP50H (50 W, 30 kHz) مزود بسونوترود MS7 (قطر البوق 7mm)، وضُبط على السعة القصوى 100% لمدة 1 ساعة. في نهاية الساعة الأولى، أُضيف ببطء وقطرة قطرة 60 mL من محلول بتركيز 0.19M من [KH₂PO₄] إلى المحلول الأول أثناء خضوعه لساعة ثانية من التشعيع بالموجات فوق الصوتية. أثناء عملية الخلط، فُحصت قيمة pH وحُفظت عند 9، بينما حُفظت نسبة Ca/P عند 1.67. ثم رُشّح المحلول باستخدام الطرد المركزي (~2000 g)، وبعد ذلك قُسّم الراسب الأبيض الناتج إلى عدد من العينات لإجراء المعالجة الحرارية. أُعدّت مجموعتان من العينات، تألفت الأولى من اثنتي عشرة عينة للمعالجة الحرارية في فرن أنبوبي، والثانية من خمس عينات للمعالجة بالموجات الدقيقة
الجهاز الموصى به:
UP50H
المرجع/ الورقة البحثية:
Poinern, G. J. E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D.(2011): التأثير الحراري وتأثير الموجات فوق الصوتية في تكوّن السيراميك الحيوي من الهيدروكسي أباتيت على المقياس النانومتري. International Journal of Nanomedicine 6, 2011. 2083–2095.

هيدروكسي أباتيت الكالسيوم المخفّض الحجم والمشتت بالموجات فوق الصوتية

جسيمات WS₂ النانوية غير العضوية الشبيهة بالفوليرين

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
تؤدي المعالجة بالموجات فوق الصوتية أثناء الترسيب الكهربائي لجسيمات WS₂ النانوية غير العضوية الشبيهة بالفوليرين (IF) داخل مصفوفة نيكل إلى الحصول على طلاء أكثر تجانسًا وتراصًا. علاوة على ذلك، فإن تطبيق الموجات فوق الصوتية يؤثر بدرجة كبيرة في النسبة الوزنية للجسيمات المدمجة في الراسب المعدني. وهكذا، ترتفع النسبة wt.% لجسيمات IF-WS₂ في مصفوفة النيكل من 4.5 wt.% (في الأغشية المنماة بالتحريك الميكانيكي وحده) إلى نحو 7 wt.% (في الأغشية المحضرة بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية بشدة موجات فوق صوتية قدرها 30 W cm^-2 ).
رُسّبت طلاءات المركب النانوي Ni/IF-WS₂ كهربائيًا من حمام Watts قياسي للنيكل، أُضيفت إليه جسيمات نانوية من الدرجة الصناعية من IF-WS₂ (الفوليرينات غير العضوية-WS₂).
لإجراء التجربة، أُضيف IF-WS₂ إلى إلكتروليتات Watts للنيكل، وحُرّكت المعلقات بشدة باستخدام محرّك مغناطيسي (300 rpm) لمدة لا تقل عن 24 h عند درجة حرارة الغرفة قبل تجارب الترسيب المشترك. وقبل عملية الترسيب الكهربائي مباشرةً، خضعت المعلقات لمعالجة أولية بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 min. لتجنب التكتل. للتشعيع بالموجات فوق الصوتية، ضُبط جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار UP200S المزود بسونوترود S14 (قطر الطرف 14 mm) على سعة 55%.
استُخدمت خلايا زجاجية أسطوانية بحجم 200 mL لتجارب الترسيب المشترك. رُسّبت الطلاءات على كاثودات مسطحة من فولاذ طري تجاري (الدرجة St37) بمساحة 3cm². كان الأنود رقاقة نيكل نقية (3cm²) موضوعة على جانب الوعاء، في مواجهة الكاثود. بلغت المسافة بين الأنود والكاثود 4cm. أُزيلت الشحوم من الركائز، وشُطفت بالماء المقطر البارد، ونُشّطت في محلول HCl بتركيز 15% ‏(1 min.)، ثم شُطفت مرة أخرى بالماء المقطر. أُجري الترسيب الكهربائي المشترك بكثافة تيار ثابتة قدرها 5.0 A dm^-2 لمدة 1 h باستخدام مصدر تيار مستمر (5 A/30 V, BLAUSONIC FA-350). للحفاظ على تركيز متجانس للجسيمات في كتلة المحلول، استُخدمت طريقتان للتحريك أثناء عملية الترسيب الكهربائي: التحريك الميكانيكي بمحرّك مغناطيسي (ω = 300 rpm) موضوع في قاع الخلية، والمعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام الجهاز بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار UP200S. غُمر مسبار الموجات فوق الصوتية (السونوترود) مباشرةً في المحلول من الأعلى، ووُضع بدقة بين قطب العمل والقطب المقابل بطريقة تمنع الحجب. غُيّرت شدة الموجات فوق الصوتية الموجهة إلى النظام الكهروكيميائي بالتحكم في سعة الموجات فوق الصوتية. في هذه الدراسة، ضُبطت سعة الاهتزاز على 25 و55 و75% في نمط مستمر، بما يقابل شدة موجات فوق صوتية قدرها 20 و30 و40 W cm^-2 على التوالي، قيسَت بواسطة معالج متصل بمقياس قدرة الموجات فوق الصوتية (Hielscher Ultrasonics). حُفظت درجة حرارة الإلكتروليت عند 55◦C باستخدام منظم حرارة. قيسَت درجة الحرارة قبل كل تجربة وبعدها. لم تتجاوز الزيادة في درجة الحرارة الناتجة عن الطاقة فوق الصوتية 2–4◦C. بعد التحليل الكهربائي، نُظّفت العينات بالموجات فوق الصوتية في الإيثانول لمدة 1 min. لإزالة الجسيمات الممتزة بصورة ضعيفة من السطح.
الجهاز الموصى به:
UP200S مع بوق الموجات فوق الصوتية/ سونوترود S14
المرجع/ الورقة البحثية:
García-Lecina, E.; García-Urrutia, I.; Díeza, J.A.; Fornell, B.; Pellicer, E.; Sort, J. (2013): الترسيب المشترك لجسيمات WS2 النانوية غير العضوية الشبيهة بالفوليرين داخل مصفوفة نيكل مترسبة كهربائيًا تحت تأثير التحريك بالموجات فوق الصوتية. Electrochimica Acta 114, 2013. 859–867.

تخليق اللاتكس

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
تحضير لاتكس P(St-BA)
خُلّقت جسيمات لاتكس P(St-BA) من بولي(ستايرين-r-أكريلات البوتيل) P(St-BA) بالبلمرة الاستحلابية في وجود المادة الخافضة للتوتر السطحي DBSA. أُذيب أولًا 1 g من DBSA في 100 mL من الماء داخل دورق ثلاثي الأعناق، وضُبطت قيمة pH المحلول إلى 2.0. صُبّت مونومرات مختلطة من 2.80 g من St و8.40 g من BA مع البادئ AIBN ‏(0.168 g) في محلول DBSA. حُضّر مستحلب O/W بالتحريك المغناطيسي لمدة 1 h، ثم بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام UIP1000hd المزود ببوق للموجات فوق الصوتية (مسبار/ سونوترود) لمدة 30 min إضافية في حمام ثلجي. وأخيرًا، أُجريت البلمرة عند 90degC في حمام زيتي لمدة 2 h في جو من النيتروجين.
الجهاز الموصى به:
UIP1000hd
المرجع/ الورقة البحثية:
تصنيع أغشية موصلة مرنة مشتقة من poly(3,4-ethylenedioxythiophene)epoly(styrenesulfonic acid) ‏(PEDOT:PSS) على ركيزة من الأقمشة غير المنسوجة. Materials Chemistry and Physics 143, 2013. 143–148.
انقر هنا لقراءة المزيد عن تخليق اللاتكس بالموجات فوق الصوتية!

إزالة الرصاص (الاستخلاص بالإذابة بالموجات فوق الصوتية)

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
استخلاص الرصاص بالإذابة بالموجات فوق الصوتية من التربة الملوثة:
أُجريت تجارب الاستخلاص بالإذابة بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز بالموجات فوق الصوتية UP400S مع مسبار صوتي من التيتانيوم (بقطر 14mm)، يعمل بتردد 20kHz. عُيّر مسبار الموجات فوق الصوتية (السونوترود) بالقياس الحراري، وضُبطت شدة الموجات فوق الصوتية على 51 ± 0.4 W cm^-2 لجميع تجارب الاستخلاص بالإذابة بالموجات فوق الصوتية. ضُبطت درجة حرارة تجارب الاستخلاص بالإذابة بالموجات فوق الصوتية باستخدام خلية زجاجية ذات قاع مسطح وغلاف عند 25 ± 1°C. استُخدمت ثلاثة أنظمة بوصفها محاليل لاستخلاص التربة بالإذابة (0.1L) أثناء المعالجة بالموجات فوق الصوتية: 6 mL من محلول حمض الأسيتيك بتركيز 0.3 mol L^-2 (pH 3.24)، ومحلول حمض النتريك بتركيز 3% (v/v) ‏(pH 0.17)، ومحلول منظم من حمض الأسيتيك/الأسيتات (pH 4.79) حُضّر بخلط 60mL ‏0f من حمض الأسيتيك بتركيز 0.3 mol L^-1 مع 19 mL من NaOH بتركيز 0.5 mol L^-1 . بعد عملية الاستخلاص بالإذابة بالموجات فوق الصوتية، رُشّحت العينات بورق ترشيح لفصل محلول الاستخلاص عن التربة، ثم أُجري الترسيب الكهربائي للرصاص من محلول الاستخلاص وهضم التربة بعد تطبيق الموجات فوق الصوتية.
ثبت أن الموجات فوق الصوتية أداة قيّمة لتعزيز استخلاص الرصاص بالإذابة من التربة الملوثة. كما تُعد الموجات فوق الصوتية طريقة فعالة لإزالة الرصاص القابل للاستخلاص بالإذابة من التربة بصورة شبه كاملة، مما ينتج تربة أقل خطورة بكثير.
الجهاز الموصى به:
UP400S مع سونوترود H14
المرجع/ الورقة البحثية:
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007): الجمع بين الاستخلاص بالإذابة بالموجات فوق الصوتية والمعالجة الكهروكيميائية لإزالة الرصاص من التربة. Journal of New Materials for Electrochemical Systems 10, 2007. 195–199.

تحضير معلق الجسيمات النانوية

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
استُخدمت مساحيق nTiO2 غير المطلية (5nm وفق المجهر الإلكتروني النافذ (TEM)) وnZnO غير المطلية (20nm وفق TEM)، ومساحيق nTiO2 المطلية بالبوليمر (3–4nm وفق TEM) وnZnO المطلية بالبوليمر (3–9nm وفق TEM)، لتحضير معلقات الجسيمات النانوية. كان الشكل البلوري للجسيمات النانوية (NPs) هو الأناتاز لـnTiO2 وغير المتبلور لـnZnO.
وُزن 0.1 g من مسحوق الجسيمات النانوية داخل كأس بحجم 250mL يحتوي على بضع قطرات من الماء منزوع الأيونات (DI). ثم خُلطت الجسيمات النانوية بملعقة من الفولاذ المقاوم للصدأ، ومُلئ الكأس بماء DI حتى 200 mL، وحُرّك، ثم عُولج بالموجات فوق الصوتية لمدة 60 sec. عند سعة 90% باستخدام معالج بالموجات فوق الصوتية من Hielscher UP200S ، مما أعطى معلقًا أمًا بتركيز 0.5 g/L. حُفظت جميع المعلقات الأم لمدة أقصاها يومان عند 4°C.
الجهاز الموصى به:
UP200S أو UP200St
المرجع/ الورقة البحثية:
Petosa, A. R. (2013): انتقال جسيمات أكاسيد المعادن النانوية وترسبها وتجمعها في أوساط مسامية حبيبية مشبعة: دور كيمياء الماء وسطح المُجمِّع وطلاء الجسيمات. أطروحة، جامعة McGill، مونتريال، كيبيك، كندا 2013. 111–153.
انقر هنا لمعرفة المزيد عن تشتيت الجسيمات النانوية بالموجات فوق الصوتية!

ترسيب جسيمات المغنيتيت النانوية

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
تُنتج الجسيمات النانوية من المغنيتيت (Fe₃O₄) بالترسيب المشترك لمحلول مائي من كلوريد الحديد(III) سداسي الهيدرات وكبريتات الحديد(II) سباعية الهيدرات، بنسبة مولية Fe3+/Fe2+ = 2:1. يُرسّب محلول الحديد بهيدروكسيد الأمونيوم المركز وهيدروكسيد الصوديوم، على التوالي. يُجرى تفاعل الترسيب تحت التشعيع بالموجات فوق الصوتية، مع تغذية المتفاعلات عبر منطقة التجويف في حجرة مفاعل التدفق المستمر بالموجات فوق الصوتية. لتجنب أي تدرج في pH، يجب ضخ عامل الترسيب بكمية فائضة. قيس توزيع أحجام جسيمات المغنيتيت باستخدام مطيافية ارتباط الفوتونات. يخفض الخلط الناجم عن الموجات فوق الصوتية متوسط حجم الجسيمات من 12–14 nm إلى نحو 5–6 nm.
الجهاز الموصى به:
UIP1000hd مع مفاعل خلية التدفق
المرجع/ الورقة البحثية:
Banert, T.; Horst, C.; Kunz, U., Peuker, U. A. (2004): الترسيب المستمر في مفاعل تدفق بالموجات فوق الصوتية باستخدام أكسيد الحديد-(II,III) مثالًا. ICVT, TU-Clausthal. ملصق قُدّم في الاجتماع السنوي لـGVC ‏2004.
Banert, T.; Brenner, G.; Peuker, U. A. (2006): معلمات تشغيل مفاعل ترسيب كيميائي صوتي مستمر. أعمال 5. WCPT، ‏Orlando Fl.، ‏23.–27. أبريل 2006.
انقر هنا لمعرفة المزيد عن الترسيب بالموجات فوق الصوتية!

مساحيق النيكل

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
تحضير معلق لمساحيق Ni مع متعدد إلكتروليت عند pH قاعدي (لمنع الإذابة وتعزيز تشكل أنواع غنية بـNiO على السطح)، ومتعدد إلكتروليت قائم على الأكريليك، وهيدروكسيد رباعي ميثيل الأمونيوم (TMAH).
الجهاز الموصى به:
UP200S
المرجع/ الورقة البحثية:
Mora, M.; Lennikov, V.; Amaveda, H.; Angurel, L. A.; de la Fuente, G. F.; Bona, M. T.; Mayoral, C.; Andres, J. M.; Sanchez-Herencia, J. (2009): تصنيع طلاءات فائقة التوصيل على بلاطات خزفية إنشائية. Applied Superconductivity 19/ 3, 2009. 3041–3044.

PbS – تخليق جسيمات كبريتيد الرصاص النانوية

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
عند درجة حرارة الغرفة، أُضيف 0.151 g من أسيتات الرصاص (Pb(CH3COO)2.3H2O) و0.03 g من TAA ‏(CH3CSNH2) إلى 5mL من السائل الأيوني، [EMIM] [EtSO4]، و15mL من الماء المقطر مرتين في كأس بحجم 50mL خضع للتشعيع بالموجات فوق الصوتية باستخدام UP200S لمدة 7 min. غُمر طرف مسبار الموجات فوق الصوتية/ سونوترود S1 مباشرةً في محلول التفاعل. خضع المعلق البني الداكن المتكوّن للطرد المركزي لاستخراج الراسب، وغُسل مرتين بالماء المقطر مرتين والإيثانول، على التوالي، لإزالة الكواشف غير المتفاعلة. لدراسة تأثير الموجات فوق الصوتية في خصائص النواتج، حُضّرت عينة مقارنة إضافية مع إبقاء معلمات التفاعل ثابتة، باستثناء تحضير الناتج بالتحريك المستمر لمدة 24 h دون الاستعانة بالتشعيع بالموجات فوق الصوتية.
اقتُرح التخليق بمساعدة الموجات فوق الصوتية في سائل أيوني مائي عند درجة حرارة الغرفة لتحضير جسيمات PbS النانوية. هذه الطريقة الخضراء غير الضارة بالبيئة، التي تُجرى عند درجة حرارة الغرفة، سريعة ولا تستخدم قالبًا، مما يقلل زمن التخليق بدرجة ملحوظة ويتجنب إجراءات التخليق المعقدة. تُظهر العناقيد النانوية المحضّرة انزياحًا أزرق هائلًا بمقدار 3.86 eV، يمكن عزوه إلى صغر حجم الجسيمات الشديد وتأثير الحصر الكمي.
الجهاز الموصى به:
UP200S
المرجع/ الورقة البحثية:
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008): تحضير سهل لجسيمات PbS النانوية وتوصيفها عند درجة حرارة الغرفة في السائل الأيوني المائي [EMIM][EtSO4] باستخدام التشعيع بالموجات فوق الصوتية. Bulletin of Korean Chemical Society 29/ 1, 2008. 53–56.

أنابيب نانوية منقاة

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
ثم عُلّقت الأنابيب النانوية المنقاة في 1,2-dichloroethane (DCE) بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز بالموجات فوق الصوتية عالي القدرة UP400S، 400W, 24 kHz) في النمط النبضي (دورات)، للحصول على معلق أسود اللون. ثم أُزيلت حزم الأنابيب النانوية المتكتلة في خطوة طرد مركزي لمدة 5 دقائق عند 5000 rpm.
الجهاز الموصى به:
UP400S
المرجع/ الورقة البحثية:
Witte, P. (2008): فوليرينات مزدوجة الألفة للتطبيقات الطبية الحيوية والإلكترونيات الضوئية. أطروحة، Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg ‏2008.

مركب SAN/CNTs

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
لتشتيت CNTs في مصفوفة SAN، استُخدم Hielscher UIS250V مزود بسونوترود للمعالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار. أولًا، شُتّتت CNTs في 50mL من الماء المقطر بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة نحو 30 min. لتثبيت المحلول، أُضيف SDS بنسبة ~1% من المحلول. بعد ذلك، جُمِع المشتت المائي الناتج لـCNTs مع معلق البوليمر، وخُلط لمدة 30 min. باستخدام المحرّك الميكانيكي Heidolph RZR 2051، ثم عُولج مرارًا بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 min. للتحليل، صُبّت مشتتات SAN المحتوية على تراكيز مختلفة من CNTs في قوالب Teflon، وجُفّفت عند درجة الحرارة المحيطة لمدة 3–4 أيام.
الجهاز الموصى به:
UIS250v
المرجع/ الورقة البحثية:
Bitenieks, J.; Meri, R. M.; Zicans, J.; Maksimovs, R.; Vasile, C.; Musteata, V. E. (2012): مركبات الستايرين–الأكريلات/أنابيب الكربون النانوية: الخصائص الميكانيكية والحرارية والكهربائية. في: Proceedings of the Estonian Academy of Sciences 61/ 3, 2012. 172–177.

مسحوق كربيد السيليكون (SiC) النانوي

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
فُكّكت تكتلات مسحوق كربيد السيليكون (SiC) النانوي، ووُزّع في محلول الطلاء في رباعي هيدرو الفوران باستخدام معالج بالموجات فوق الصوتية عالي القدرة من Hielscher UP200S ، يعمل بكثافة قدرة صوتية قدرها 80 W/cm². أُجري تفكيك تكتلات SiC أولًا في مذيب نقي مع بعض المنظف، ثم أُضيفت أجزاء من الطلاء لاحقًا. استغرقت العملية بأكملها 30 دقيقة و60 دقيقة للعينات المحضرة للطلاء بالغمس والطباعة بالشاشة الحريرية، على التوالي. وُفّر تبريد كافٍ للمزيج أثناء المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتجنب غليان المذيب. بعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية، بُخّر رباعي هيدرو الفوران في مبخر دوار، وأُضيف عامل التصلب إلى المزيج للحصول على لزوجة مناسبة للطباعة. بلغ تركيز SiC في المركب الناتج 3% wt في العينات المحضرة للطلاء بالغمس. للطباعة بالشاشة الحريرية، حُضّرت دفعتان من العينات، بمحتوى SiC قدره 1 – 3% wt لاختبارات البلى والاحتكاك الأولية، و1.6 – 2.4% wt لضبط المركبات بدقة استنادًا إلى نتائج اختبارات البلى والاحتكاك.
الجهاز الموصى به:
UP200S
المرجع/ الورقة البحثية:
Celichowski G.; Psarski M.; Wiśniewski M. (2009): جهاز شد خيوط مرن بنمط مركب نانوي مقاوم للبلى غير متصل. Fibres & Textiles in Eastern Europe 17/ 1, 2009. 91–96.

SWNT أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
التخليق الكيميائي الصوتي: 10 mg من SWNT و30ml من محلول 2%MCB، ‏10 mg من SWNT و30ml من محلول 2%MCB، ‏UP400S شدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية: 300 W/cm2، مدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية: 5h
الجهاز الموصى به:
UP400S
المرجع/ الورقة البحثية:
Koshio, A.; Yudasaka, M.; Zhang, M.; Iijima, S. (2001): طريقة بسيطة لإجراء تفاعل كيميائي بين أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار والمواد العضوية باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية. Nano Letters 1/ 7, 2001. 361–363.

SWCNTs المعدّلة بمجموعات الثيول

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
عُلّق 25 mg من SWCNTs المعدّلة بمجموعات الثيول (2.1 mmol من الكربون) في 50 mL من الماء منزوع الأيونات باستخدام معالج بالموجات فوق الصوتية بقدرة 400W ‏(UP400S). بعد ذلك، أُضيف المعلق إلى محلول Au(NP) المحضّر حديثًا، وحُرّك المزيج لمدة 1h. استُخلصت Au(NP)-SWCNTs بالترشيح الدقيق (نترات السليلوز)، وغُسلت جيدًا بالماء منزوع الأيونات. كان الراشح أحمر اللون، إذ استطاعت جسيمات Au(NP) الصغيرة (متوسط القطر ≈ 13 nm) المرور بفعالية عبر غشاء المرشح (حجم المسام 0.2μm).
الجهاز الموصى به:
UP400S
المرجع/ الورقة البحثية:
Jung, A. (2007): مواد وظيفية قائمة على أنابيب الكربون النانوية. أطروحة، Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg ‏2007.

TiO₂ / البيرلايت – مادة مركبة

التطبيق بالموجات فوق الصوتية:
حُضّرت المواد المركبة من TiO2 /البيرلايت كما يلي. في البداية، أُذيب 5 mL من إيزوبروبوكسيد التيتانيوم (TIPO)، ‏Aldrich 97%، في 40 mL من الإيثانول، Carlo Erba، وحُرّك لمدة 30 min. ثم أُضيف 5 g من البيرلايت، وحُرّك المشتت لمدة 60 min. خضع المزيج لمزيد من التجانس باستخدام جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية ذي طرف مسبار UIP1000hd. أُدخلت طاقة إجمالية قدرها 1 Wh خلال زمن معالجة بالموجات فوق الصوتية مقداره 2 min. وأخيرًا، خُفّفت العجينة بالإيثانول للحصول على 100 mL من المعلق، وسُمّي السائل الناتج محلول المادة السلفية (PS). كان PS المحضّر جاهزًا للمعالجة عبر نظام التحلل الحراري بالرش اللهبي.
الجهاز الموصى به:
UIP1000hd
المرجع/ الورقة البحثية:
Giannouri, M.; Kalampaliki, Th.; Todorova, N.; Giannakopoulou,T.; Boukos, N.; Petrakis, D.; Vaimakis, T.; Trapalis, C. (2013): تخليق مركبات TiO2/البيرلايت في خطوة واحدة بالتحلل الحراري بالرش اللهبي وسلوكها التحفيزي الضوئي. International Journal of Photoenergy 2013.

تولّد الموجات فوق الصوتية القوية المقترنة بالسوائل تجويفًا شديدًا. تُنشئ تأثيرات التجويف الشديدة عجائن من مساحيق دقيقة ذات أحجام جسيمات في نطاق دون الميكرون والنطاق النانوي. علاوة على ذلك، تُنشّط المساحة السطحية للجسيمات. يؤثر ارتطام النفاثات الدقيقة والموجات الصدمية والتصادمات بين الجسيمات تأثيرًا كبيرًا في التركيب الكيميائي والشكل الفيزيائي للمواد الصلبة، مما يمكن أن يعزز بدرجة كبيرة التفاعلية الكيميائية لكل من البوليمرات العضوية والمواد الصلبة غير العضوية.

“تنتج الظروف الشديدة داخل الفقاعات المنهارة أنواعًا كيميائية شديدة التفاعل يمكن استخدامها لأغراض مختلفة، مثل بدء البلمرة دون إضافة بادئات. وفي مثال آخر، ينتج التحلل الكيميائي الصوتي للمواد السلفية العضوية المعدنية المتطايرة في مذيبات ذات درجة غليان مرتفعة مواد ذات بنى نانوية بأشكال مختلفة ونشاط تحفيزي مرتفع. ويمكن تحضير المعادن والسبائك والكربيدات والكبريتيدات ذات البنى النانوية، والغرويات النانومترية، والمحفزات المدعومة ذات البنى النانوية، جميعها عبر هذا المسار العام.”

[Suslick/ Price 1999: 323]

المؤلفات/المراجع

• Suslick, K. S.; Price, G. J. (1999): تطبيقات الموجات فوق الصوتية في كيمياء المواد. Annu. Rev. Mater. Sci. 29, 1999. 295–326.
• Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): CrPS4 مقشّر ذو موصلية ضوئية واعدة. Small المجلد16، العدد1. 9 يناير، 2020.
• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): تفتيت البلورات الجزيئية بالموجات فوق الصوتية. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
• Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): التأثير الحراري وتأثير الموجات فوق الصوتية في تكوّن السيراميك الحيوي من الهيدروكسي أباتيت على المقياس النانومتري. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.