تشتت الجسيمات النانوية الموثوق به للتطبيقات الصناعية
الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة يمكن فعالة وموثوقة تفتيت تكتلات الجسيمات وحتى تفكك الجسيمات الأولية. نظرا لأداء التشتت عالي الأداء ، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار كطريقة مفضلة لإنشاء معلقات جسيمات نانوية متجانسة.
تشتت الجسيمات النانوية موثوق بها عن طريق الموجات فوق الصوتية
تتطلب العديد من الصناعات إعداد المعلقات ، والتي يتم تحميلها الجسيمات النانوية. الجسيمات النانوية هي مواد صلبة يقل حجم جسيماتها عن 100 نانومتر. نظرا لحجم الجسيمات الدقيقة ، تعبر الجسيمات النانوية عن خصائص فريدة مثل القوة الاستثنائية ، والصلابة ، والميزات البصرية ، والليونة ، ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية ، والتوصيل ، والخصائص الكهربائية والكهرومغناطيسية (EM) ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة الخدش ، وغيرها من الخصائص غير العادية.
تخلق الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة ومنخفضة التردد تجويفا صوتيا شديدا ، والذي يتميز بظروف قاسية مثل قوى القص ، وفروق الضغط ودرجة الحرارة العالية جدا ، والاضطرابات. تعمل قوى التجويف هذه على تسريع الجسيمات مما يتسبب في تصادم بين الجسيمات وبالتالي تحطيم الجسيمات. وبالتالي ، يتم الحصول على مواد ذات بنية نانوية ذات منحنى ضيق لحجم الجسيمات وتوزيع موحد.
معدات التشتيت بالموجات فوق الصوتية مناسبة لمعالجة أي نوع من المواد النانوية في الماء والمذيبات العضوية ، مع لزوجة منخفضة إلى عالية جدا.
التركيب الصناعي للمشتتات بالموجات فوق الصوتية (2x UIP1000hdT) لمعالجة الجسيمات النانوية والأنابيب النانوية في وضع الخط المستمر.
- الجسيمات النانوية
- جسيمات متناهية الصغر
- الأنابيب النانوية
- بلورات النانو
- المركبات النانوية
- الألياف النانوية
- النقاط الكمومية
- الصفائح النانوية ، الصفائح النانوية
- قضبان نانوية ، أسلاك نانوية
- الهياكل النانوية 2D و 3D
التشتت بالموجات فوق الصوتية للأنابيب النانوية الكربونية
Ultrasonic dispersers are widely used for the purpose of dispersing carbon nanotubes (CNTs). Sonication is a reliable method to detangle and disperse single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) as well as multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). For instance, in order to produce a highly conductive thermoplastic polymer, high-purity (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs; external diameter 9.5 nm; purity 95 +%) have been ultrasonically dispersed with the Hielscher UP200S for 30min. at room temperature. The ultrasonically dispersed Nanocyl® 3100 MWCNTs at a concentration of 1% w/w in the epoxy resin showed superior conductivity of approx. 1.5 × 10-2 S /m.
التشتت بالموجات فوق الصوتية لجسيمات النيكل النانوية
يمكن إنتاج جسيمات النيكل النانوية بنجاح عن طريق تخليق اختزال الهيدرازين بمساعدة الموجات فوق الصوتية. يتيح مسار تخليق اختزال الهيدرازين تحضير جسيمات النيكل النانوية المعدنية النقية ذات الشكل الكروي عن طريق الاختزال الكيميائي لكلوريد النيكل مع الهيدرازين. أظهرت مجموعة أبحاث آدم أن الموجات فوق الصوتية – باستخدام الزر Hielscher UP200HT (200 واط ، 26 كيلو هرتز) – كان قادرا على الحفاظ على متوسط حجم البلورات الأولية (7-8 نانومتر) بشكل مستقل عن درجة الحرارة المطبقة ، في حين أن استخدام فترات صوتنة مكثفة وأقصر يمكن أن يقلل من أقطار الذوبان الديناميكية للجسيمات الثانوية المجمعة من 710 نانومتر إلى 190 نانومتر في غياب أي خافض للتوتر السطحي. تم قياس أعلى حموضة ونشاط تحفيزي للجسيمات النانوية المحضرة بواسطة طاقة خرج خفيفة (30 واط) والعلاج المستمر بالموجات فوق الصوتية. تم اختبار السلوك التحفيزي للجسيمات النانوية في تفاعل اقتران متقاطع سوزوكي - ميورا على خمس عينات محضرة بالطريقة التقليدية وكذلك بالموجات فوق الصوتية. عادة ما يكون أداء المحفزات المعدة بالموجات فوق الصوتية أفضل ، وتم قياس أعلى نشاط تحفيزي على الجسيمات النانوية المحضرة تحت صوتنة مستمرة منخفضة الطاقة (30 واط).
كان للعلاج بالموجات فوق الصوتية تأثيرات حاسمة على ميل تجميع الجسيمات النانوية: تأثير إلغاء التجزئة لفراغات التجويف المدمرة مع نقل الكتلة القوي يمكن أن يتغلب على الكهرباء الساكنة الجذابة لفراغات التجويف المدمرة مع نقل الكتلة القوي يمكن أن يتغلب على القوى الكهروستاتيكية وقوى فان دير فال الجذابة بين الجسيمات.
(راجع Adam et al. 2020)
سونوستيشن – نظام تشتيت بالموجات فوق الصوتية يتميز بمحرك وخزان ومضخة. SonoStation هو إعداد مريح جاهز للصوتنة لأحجام متوسطة الحجم وأكبر
التوليف بالموجات فوق الصوتية للجسيمات النانوية Wollastonite
Wollastonite هو معدن إينوسيليكات الكالسيوم مع الصيغة الكيميائية CaSiO3 يستخدم Wollastonite على نطاق واسع كمكون لإنتاج الأسمنت والزجاج والطوب والبلاط في صناعة البناء ، كتدفق في صب الفولاذ وكذلك مادة مضافة في تصنيع الطلاء والدهانات. على سبيل المثال ، يوفر wollastonite التعزيز والتصلب وامتصاص الزيت المنخفض والتحسينات الأخرى. من أجل الحصول على خصائص تقوية ممتازة للولاستونيت ، يعد التكتل على نطاق النانو والتشتت المنتظم ضروريين.
أثبت Dordane and Doroodmand (2021) في دراساتهما أن التشتت بالموجات فوق الصوتية هو عامل مهم للغاية يؤثر على حجم ومورفولوجيا جسيمات الولاستونيت النانوية بشكل كبير. لتقييم مساهمة صوتنة على تشتت نانو wollastonite ، قام فريق البحث بتوليف الجسيمات النانوية wollastonite مع وبدون تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة. بالنسبة لتجارب الصوتنة الخاصة بهم ، استخدم الباحثون معالج بالموجات فوق الصوتية UP200H (Hielscher الفوق صوتيات) بتردد 24 كيلو هرتز لمدة 45.0 دقيقة. تظهر نتائج تشتت النانو بالموجات فوق الصوتية في SEM عالي الدقة أدناه. تظهر صورة SEM بوضوح أن عينة wollastonite قبل العلاج بالموجات فوق الصوتية يتم تجميعها وتجميعها ؛ بعد صوتنة مع الموجات فوق الصوتية UP200H متوسط حجم جزيئات ولاستونيت حوالي 10 نانومتر. توضح الدراسة أن التشتت بالموجات فوق الصوتية هو تقنية موثوقة وفعالة لتوليف جسيمات الولاستونيت النانوية. يمكن التحكم في متوسط حجم الجسيمات النانوية عن طريق ضبط معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
(راجع دوردان ودورودمند ، 2021)
صور SEM لجسيمات الولاستونيت النانوية (A) قبل و (B) بعد الموجات فوق الصوتية باستخدام معالج بالموجات فوق الصوتية UP200H لمدة 45.0 دقيقة.
دراسة وصورة: ©دوردان ودورودمند ، 2021.
تشتت الحشو النانوي بالموجات فوق الصوتية
Sonication هي طريقة متعددة الاستخدامات لتفريق وتكتل الحشوات النانوية في السوائل والملاط ، مثل البوليمرات وراتنجات الايبوكسي والمواد الصلبة واللدائن الحرارية وما إلى ذلك. لذلك ، يتم استخدام الصوتنة على نطاق واسع كطريقة تشتت عالية الكفاءة في R&د والإنتاج الصناعي.
Zanghellini et al. (2021) التحقيق في تقنية التشتت بالموجات فوق الصوتية للحشوات النانوية في راتنجات الايبوكسي. يمكنه إثبات أن الصوتنة كانت قادرة على تفريق تركيزات صغيرة وعالية من الحشوات النانوية في مصفوفة بوليمر.
بمقارنة التركيبات المختلفة ، أظهر CNT المؤكسد بنسبة 0.5٪ بالوزن أفضل النتائج لجميع العينات الصوتية ، حيث كشف عن توزيعات حجم معظم التكتلات في نطاق مماثل لثلاث عينات منتجة من مطحنة اللف ، وهو ارتباط جيد بالمقسى ، وتشكيل شبكة ترشيح داخل التشتت ، مما يشير إلى الاستقرار ضد الترسيب وبالتالي الاستقرار المناسب على المدى الطويل. أظهرت كميات الحشو الأعلى نتائج جيدة مماثلة ، ولكن أيضا تشكيل شبكات داخلية أكثر وضوحا بالإضافة إلى تكتلات أكبر إلى حد ما. حتى ألياف الكربون النانوية (CNF) يمكن أن تنتشر بنجاح عن طريق صوتنة. تم تحقيق التشتت الأمريكي المباشر للحشوات النانوية في أنظمة التصلب بدون مذيبات إضافية بنجاح ، وبالتالي يمكن اعتباره طريقة قابلة للتطبيق للتشتت البسيط والمباشر مع إمكانية الاستخدام الصناعي. (راجع زانجيليني وآخرون ، 2021)
مقارنة بين الحشوات النانوية المختلفة المنتشرة في مادة صلبة (الموجات فوق الصوتية - الولايات المتحدة): (أ) 0.5٪ من ألياف الكربون النانوية بالوزن (CNF) ؛ (ب) 0.5٪ من ألياف الكربون النانوية (CNF) ؛ (ب) 0.5٪ من ألياف الكربون النانوية (CNF) ؛ (ب) 0.5٪ من ألياف الكربون النانوية (CNF) ؛ (ب) 0.5٪ (ب) 0.5 في المائة بالوزن CNToxi؛ (ج) أنبوب نانوي كربوني بنسبة 0.5 في المائة بالوزن؛ (د) 0.5 في المائة بالوزن CNT شبه مشتت.
(دراسة وصورة: © زانجيليني وآخرون ، 2021)
التشتت بالموجات فوق الصوتية للجسيمات النانوية – ثبت علميا للتفوق
تظهر الأبحاث في العديد من الدراسات المتطورة أن التشتت بالموجات فوق الصوتية هو أحد التقنيات المتفوقة لإزالة وتوزيع الجسيمات النانوية حتى عند التركيز العالي في السوائل. على سبيل المثال ، قام Vikash (2020) بالتحقيق في تشتت الأحمال العالية من السيليكا النانوية في السوائل اللزجة باستخدام مشتت الموجات فوق الصوتية Hielscher UP400S. في دراسته ، توصل إلى استنتاج مفاده أنه "يمكن تحقيق التشتت المستقر والموحد للجسيمات النانوية باستخدام جهاز صوتنة فائقة عند تحميل صلب عالي في السوائل اللزجة". [فيكاش ، 2020]
- تفريق
- إزالة التكتل
- التفكك / الطحن
- تقليل حجم الجسيمات
- تخليق الجسيمات النانوية وهطول الأمطار
- وظائف السطح
- تعديل الجسيمات
معالجات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتشتت الجسيمات النانوية
Hielscher Ultrasonics هو المورد الخاص بك جديرة بالثقة لمعدات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء موثوق بها من المختبر والطيار إلى الأنظمة الصناعية الكاملة. Hielscher الفوق صوتيات’ تتميز الأجهزة بأجهزة متطورة وبرامج ذكية وسهولة استخدام رائعة – تم تصميمها وتصنيعها في ألمانيا. يمكن تشغيل آلات الموجات فوق الصوتية القوية من Hielscher للتشتت ، التكتل ، تخليق الجسيمات النانوية والوظائف 24/7/365 تحت الحمل الكامل. اعتمادا على العملية الخاصة بك ومنشأة الإنتاج الخاصة بك ، يمكن تشغيل الموجات فوق الصوتية لدينا في وضع الدفعات أو المستمر في الخط. الملحقات المختلفة مثل sonotrodes (تحقيقات الموجات فوق الصوتية) ، قرون معززة ، خلايا التدفق والمفاعلات متوفرة بسهولة.
اتصل بنا الآن للحصول على مزيد من المعلومات التقنية والدراسات العلمية والبروتوكولات وعرض أسعار لأنظمة تشتت النانو بالموجات فوق الصوتية! سيسعد موظفونا المدربون تدريبا جيدا وذوي الخبرة الطويلة بمناقشة تطبيق النانو الخاص بك معك!
اتصل بنا! / اسألنا!
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
الأدب / المراجع
- Adám, Adele Anna; Szabados, M.; Varga, G.; Papp, Á.; Musza, K.; Kónya, Z.; Kukovecz, Á.; Sipos, P.; Pálinkó, I. (2020): Ultrasound-Assisted Hydrazine Reduction Method for the Preparation of Nickel Nanoparticles, Physicochemical Characterization and Catalytic Application in Suzuki-Miyaura Cross-Coupling Reaction. Nanomaterials 10(4), 2020.
- Siti Hajar Othman, Suraya Abdul Rashid, Tinia Idaty Mohd Ghazi, Norhafizah Abdullah (2012): Dispersion and Stabilization of Photocatalytic TiO2 Nanoparticles in Aqueous Suspension for Coatings Applications. Journal of Nanomaterials, Vol. 2012.
- Vikash, Vimal Kumar (2020): Ultrasonic-assisted de-agglomeration and power draw characterization of silica nanoparticles. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 65, 2020.
- Zanghellini,B.; Knaack,P.; Schörpf, S.; Semlitsch, K.-H.; Lichtenegger, H.C.; Praher, B.; Omastova, M.; Rennhofer, H. (2021): Solvent-Free Ultrasonic Dispersion of Nanofillers in Epoxy Matrix. Polymers 2021, 13, 308.
- Jeevanandam J., Barhoum A., Chan Y.S., Dufresne A., Danquah M.K. (2918): Review on nanoparticles and nanostructured materials: history, sources, toxicity and regulations. Beilstein Journal of Nanotechnology Vol. 9, 2018. 1050-1074.
- Guadagno, Liberata; Raimondo, Marialuigia; Lafdi, Khalid; Fierro, Annalisa; Rosolia, Salvatore; and Nobile, Maria Rossella (2014): Influence of Nanofiller Morphology on the Viscoelastic Properties of CNF/Epoxy Resins. Chemical and Materials Engineering Faculty Publications 9, 2014.
حقائق تستحق المعرفة
ما هي المواد ذات البنية النانوية؟
يتم تعريف البنية النانوية عندما يكون بعد واحد على الأقل من النظام أقل من 100 نانومتر. بمعنى آخر ، البنية النانوية هي بنية تتميز بحجمها المتوسط بين النطاق المجهري والجزيئي. من أجل وصف الهياكل النانوية المتمايزة بشكل صحيح ، من الضروري التمييز بين عدد الأبعاد في حجم الجسم الموجودة على المقياس النانوي.
أدناه ، يمكنك العثور على بعض المصطلحات المهمة التي تعكس خصائص محددة للمواد ذات البنية النانوية:
مقياس النانو: نطاق حجم من 1 إلى 100 نانومتر تقريبا.
المواد النانوية: مادة لها أي هياكل داخلية أو خارجية على البعد النانوي. غالبا ما يستخدم المصطلحان الجسيمات النانوية والجسيمات متناهية الصغر (UFP) بشكل مترادف على الرغم من أن الجسيمات متناهية الصغر قد يكون لها حجم جسيمات يصل إلى نطاق الميكرومتر.
كائن نانو: مادة تمتلك بعدا نانويا محيطيا واحدا أو أكثر.
الجسيمات النانوية: جسم نانوي بثلاثة أبعاد نانوية خارجية
الألياف النانوية: عند وجود بعدين نانويين خارجيين متشابهين وبعد ثالث أكبر في مادة نانوية ، يشار إليها باسم الألياف النانوية.
مركب نانوي: هيكل متعدد المراحل مع مرحلة واحدة على الأقل على البعد النانوي.
البنية النانوية: تكوين الأجزاء المكونة المترابطة في منطقة المقياس النانوي.
المواد ذات البنية النانوية: المواد التي تحتوي على بنية نانوية داخلية أو سطحية.
(راجع جيفاناندام وآخرون ، 2018)
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.