صياغة بالموجات فوق الصوتية للمركبات المقواة
- تظهر المركبات خصائص مادية فريدة مثل الاستقرار الحراري المعزز بشكل كبير ، ومعامل المرونة ، وقوة الشد ، وقوة الكسر ، وبالتالي فهي تستخدم على نطاق واسع في تصنيع المنتجات المتعددة.
- ثبت أن Sonication ينتج مركبات نانوية عالية الجودة مع أنابيب CNTs عالية التشتت والجرافين وما إلى ذلك.
- معدات الموجات فوق الصوتية لصياغة المركبات المقواة متوفرة على نطاق صناعي.
المركبات النانوية
تتفوق المركبات النانوية بخصائصها الميكانيكية والكهربائية والحرارية والبصرية والكهروكيميائية و / أو الحفازة.
نظرا لنسبة السطح إلى الحجم العالية بشكل استثنائي لمرحلة التسليح و / أو نسبة العرض إلى الارتفاع العالية بشكل استثنائي ، فإن المركبات النانوية أكثر أداء بشكل ملحوظ من المركبات التقليدية. كثيرا ما تستخدم جزيئات النانو مثل السيليكا الكروية أو الصفائح المعدنية مثل الجرافين المقشر أو الطين أو ألياف النانو مثل الأنابيب النانوية الكربونية أو الألياف المغزولة كهربائيا للتعزيز.
على سبيل المثال ، يتم إضافة الأنابيب النانوية الكربونية لتحسين التوصيل الكهربائي والحراري ، وتستخدم السيليكا النانوية لتحسين الخصائص الميكانيكية والحرارية ومقاومة الماء. تعطي الأنواع الأخرى من الجسيمات النانوية خصائص بصرية محسنة أو خصائص عازلة أو مقاومة للحرارة أو خصائص ميكانيكية مثل الصلابة والقوة ومقاومة التآكل والأضرار.
أمثلة على المركبات النانوية المصاغة بالموجات فوق الصوتية:
- أنابيب الكربون النانوية (CNT) في مصفوفة إستر الفينيل
- الأنابيب النانوية الكربونية / البصل الكربوني / الماس النانوي في مصفوفة معدنية من النيكل
- الأنابيب النانوية الكربونية في مصفوفة سبائك المغنيسيوم
- الأنابيب النانوية الكربونية في مصفوفة كحول البولي فينيل (PVA)
- أنبوب نانوي كربوني متعدد الجدران (MWCNT) في مصفوفة راتنجات الايبوكسي (باستخدام أنهيدريد ميثيل رباعي هيدروفثاليك (MTHPA) كعامل معالجة)
- أكسيد الجرافين في مصفوفة بولي (كحول الفينيل) (PVA)
- جسيمات SiC النانوية في مصفوفة المغنيسيوم
- نانو السيليكا (الهباء الجوي) في مصفوفة البوليسترين
- أكسيد الحديد المغناطيسي في مصفوفة مرنة من البولي يوريثين (PU)
- أكسيد النيكل في الجرافيت / بولي (كلوريد الفينيل)
- جسيمات تيتانيا النانوية في مصفوفة حمض الجليكوليك متعدد اللبنيك (PLGA)
- نانو هيدروكسيباتيت في مصفوفة حمض بولي لاكتيك كو جليكوليك (PLGA)
التشتت بالموجات فوق الصوتية
معلمات العملية بالموجات فوق الصوتية يمكن التحكم بالضبط وعلى النحو الأمثل تتكيف مع التركيبة المادية ورغبت في جودة الإنتاج. تشتت الموجات فوق الصوتية هو الأسلوب الموصى به دمج جزيئات نانو مثل تجويدها أو الجرافين نانومترى. اختبار منذ فترة طويلة على الصعيد العلمي وتنفيذها على العديد من مصنع للإنتاج الصناعي، بتشتت الموجات فوق الصوتية وصياغة نانومترى أسلوب راسخة. ويضمن Hielscher لخبرة طويلة في تجهيز مواد نانو بالموجات فوق الصوتية استشارات عميقة، توصية مناسبة الإعداد بالموجات فوق الصوتية والمساعدة أثناء عملية التنمية والتحسين.
في الغالب ، يتم تشتيت جزيئات النانو المعززة في المصفوفة أثناء المعالجة. تتراوح نسبة الوزن (جزء الكتلة) لمادة النانو المضافة في المقياس الأدنى ، على سبيل المثال 0.5٪ إلى 5٪ ، نظرا لأن التشتت المنتظم الذي يتم تحقيقه عن طريق الصوتنة يسمح بحفظ حشوات التسليح وأداء التعزيز العالي.
تطبيق نموذجي للموجات فوق الصوتية في التصنيع هو صياغة مركب راتنج الجسيمات النانوية. لإنتاج استر الفينيل المقوى ب CNT ، يتم استخدام صوتنة لتفريق وتشغيل الأنابيب النانوية الكربونية. تتميز هذه استر CNT-vinyl بخصائص كهربائية وميكانيكية محسنة.
انقر هنا لقراءة المزيد عن تشتت الأنابيب النانوية الكربونية!
الجرافين
يوفر الجرافين خصائص فيزيائية استثنائية ونسبة عرض إلى ارتفاع عالية وكثافة منخفضة. يتم دمج الجرافين وأكسيد الجرافين في مصفوفة مركبة من أجل الحصول على بوليمرات خفيفة الوزن وعالية القوة. لتحقيق التعزيز الميكانيكي ، يجب أن تكون صفائح الجرافين / الصفائح الدموية مشتتة بشكل جيد للغاية ، لأن صفائح الجرافين المتكتلة تحد من تأثير التعزيز بشكل كبير.
أظهر البحث العلمي أن حجم التحسن يعتمد في الغالب على درجة تشتت صفائح الجرافين في المصفوفة. فقط الجرافين المشتت بشكل متجانس يعطي التأثيرات المطلوبة. نظرا لكراهيته القوية للماء وجاذبيته لفان دير فال ، فإن الجرافين عرضة للتجميع والتكتل في رقائق من صفائح أحادية الطبقة ضعيفة التفاعل.
في حين أن تقنيات التشتت الشائعة في كثير من الأحيان لا يمكن أن تنتج تشتتات الجرافين متجانسة وغير تالفة ، فإن الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة تنتج تشتتات الجرافين عالية الجودة. الموجات فوق الصوتية Hielscher التعامل مع الجرافين البكر، أكسيد الجرافين، وخفض أكسيد الجرافين من تركيز منخفض إلى عالي ومن أحجام صغيرة إلى كبيرة خالية من المتاعب. المذيب الشائع الاستخدام هو N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) ، ولكن مع الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة ، يمكن تشتيت الجرافين في مذيبات ضعيفة منخفضة درجة الغليان مثل الأسيتون والكلوروفورم و IPA و cyclohexanone.
انقر هنا لقراءة المزيد عن التقشير بالجملة للجرافين!
أنابيب الكربون النانوية والمواد النانوية الأخرى
ثبت أن الموجات فوق الصوتية للطاقة تؤدي إلى تشتت دقيق الحجم لمختلف المواد النانوية بما في ذلك الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) ، SWNTs ، MWNTs ، الفوليرين ، السيليكا (SiO2)، ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) ، الفضة (Ag) ، أكسيد الزنك (ZnO) ، السليلوز النانوي وغيرها الكثير. بشكل عام ، يتفوق صوتنة على المشتتات التقليدية ويمكن أن يحقق نتائج فريدة.
إلى جانب طحن وتشتيت جزيئات النانو ، يتم تحقيق نتائج ممتازة من خلال توليف جزيئات النانو عن طريق الترسيب بالموجات فوق الصوتية (التوليف من أسفل إلى أعلى). وقد لوحظ أن حجم الجسيمات ، على سبيل المثال من المغنتيت توليفها بالموجات فوق الصوتية ، موليبدات الزنك الصوديوم وغيرها ، أقل مقارنة بتلك التي تم الحصول عليها باستخدام الطريقة التقليدية. يعزى الحجم المنخفض إلى معدل التنوي المحسن وأنماط الخلط الأفضل بسبب القص والاضطراب الناتج عن التجويف بالموجات فوق الصوتية.
انقر هنا لمعرفة المزيد عن هطول الأمطار بالموجات فوق الصوتية من أسفل إلى أعلى!
وظائف الجسيمات بالموجات فوق الصوتية
تزداد مساحة السطح المحددة للجسيم مع تقليل الحجم. خاصة في تكنولوجيا النانو ، يزداد التعبير عن خصائص المواد بشكل كبير من خلال مساحة السطح الموسع للجسيم. يمكن زيادة مساحة السطح بالموجات فوق الصوتية وتعديلها عن طريق ربط الجزيئات الوظيفية المناسبة على سطح الجسيمات. فيما يتعلق بتطبيق واستخدام المواد النانوية ، فإن خصائص السطح لا تقل أهمية عن خصائص لب الجسيمات.
تستخدم الجسيمات الوظيفية بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في البوليمرات والمواد المركبة & المركبات الحيوية ، السوائل النانوية ، الأجهزة المجمعة ، الأدوية النانوية ، إلخ. عن طريق وظائف الجسيمات ، خصائص مثل الاستقرار والقوة & تم تحسين الصلابة ، والذوبان ، والتشتت المتعدد ، والتألق ، والمغناطيسية ، والمغناطيسية الفائقة ، والامتصاص البصري ، وكثافة الإلكترون العالية ، والتلألؤ الضوئي ، وما إلى ذلك بشكل كبير.
الجسيمات الشائعة التي تعمل تجاريا مع Hielscher’ أنظمة الموجات فوق الصوتية تشمل CNTs ، SWNTs ، MWNTs ، الجرافين ، الجرافيت ، السيليكا (SiO2) ، الماس النانوي ، المغنتيت (أكسيد الحديد ، الحديد3O4) ، جزيئات الفضة نانو ، جزيئات نانو الذهب ، مسامية & الجسيمات النانوية المسامية وما إلى ذلك.
انقر هنا لرؤية ملاحظات التطبيقات المختارة لمعالجة الجسيمات بالموجات فوق الصوتية!
المشتتات بالموجات فوق الصوتية
معدات تشتيت Hielscher بالموجات فوق الصوتية متاحة للمختبر ، مقاعد البدلاء والإنتاج الصناعي. الموجات فوق الصوتية Hielscher هي موثوقة وقوية وسهلة التشغيل والتنظيف. تم تصميم المعدات للتشغيل 24/7 في ظل ظروف الخدمة الشاقة. يمكن استخدام أنظمة الموجات فوق الصوتية لمعالجة الدفعات والمعالجة المضمنة – مرنة وقابلة للتكيف بسهولة مع العملية والمتطلبات الخاصة بك.
دفعة بالموجات فوق الصوتية والقدرات المضمنة
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 5 إلى 200 مل | 50 إلى 500 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400S |
| 0.1 إلى 2 لتر | 0.25 إلى 2 م3/ساعه | UIP1000hd, UIP2000hd |
| 0.4 إلى 10 لتر | 1 إلى 8 م3/ساعه | UIP4000 |
| ن.أ. | 4 إلى 30 م3/ساعه | UIP16000 |
| ن.أ. | فوق 30 م3/ساعه | مجموعة من UIP10000 أو UIP16000 |
جهاز مختبر بالموجات فوق الصوتية لتشغيل الجسيمات
الأدب / المراجع
- كابول ، س. أ: ؛ بهانفاس ، بكالوريوس ؛ بينجاري ، دي في ؛ جوجيت ، بي آر ؛ كولكامي ، R.D. ؛ سوناوان ، س. ه. بانديت ، إيه بي (2014): “التحقيق في أداء تثبيط التآكل للصبغة النانوية موليبدات زنك الصوديوم المحضرة بالموجات فوق الصوتية في طلاء إيبوكسي بولي أميد ثنائي العبوات. واجهات مركبة 21/9 ، 2015. 833-852.
- نيكجي ، ماجستير في الطب ؛ مقدم، س. ت. Noruzian، M. (2016): تحضير مركبات نانوية جديدة من رغوة البولي يوريثان المغناطيسية باستخدام الجسيمات النانوية ذات القشرة الأساسية. Polímeros vol.26 no.4 ، 2016.
- تولاس ، ج. ؛ ستينغل ، ف. ؛ Ecorchard، P. (2014): تحضير المواد المركبة من أكسيد الجرافين - البوليسترين. 3rd المؤتمر الدولي للبيئة والكيمياء والبيولوجيا. IPCBEE المجلد 78 ، 2014.
حقائق تستحق المعرفة
حول المواد المركبة
توصف المواد المركبة (المعروفة أيضا باسم مادة التركيب) بأنها مادة مصنوعة من مكونين أو أكثر تتميز بخصائص فيزيائية أو كيميائية مختلفة بشكل كبير. عندما يتم الجمع بين هذه المواد المكونة ، مادة جديدة – ما يسمى المركب – يتم إنتاجه ، مما يدل على خصائص مختلفة من المكونات الفردية. تظل المكونات الفردية منفصلة ومتميزة داخل الهيكل النهائي.
تتميز المادة الجديدة بخصائص أفضل ، على سبيل المثال أنها أقوى أو أخف وزنا أو أكثر مقاومة أو أقل تكلفة مقارنة بالمواد التقليدية. تتراوح تحسينات المركبات النانوية من الخصائص الميكانيكية والكهربائية / الموصلة والحرارية والبصرية والكهروكيميائية إلى الخصائص الحفازة.
تشمل المواد المركبة الهندسية النموذجية ما يلي:
- المركبات الحيوية
- المواد البلاستيكية المقواة، مثل البوليمر المقوى بالألياف
- المركبات المعدنية
- مركبات السيراميك (مصفوفة السيراميك ومركب المصفوفة المعدنية)
تستخدم المواد المركبة بشكل عام في بناء وهيكلة المواد مثل هياكل القوارب ، وأسطح العمل ، وهياكل السيارات ، وأحواض الاستحمام ، وصهاريج التخزين ، والجرانيت المقلد ، وأحواض الرخام المستزرعة وكذلك في المركبات الفضائية والطائرات.
يمكن أن تستخدم المركبات أيضا الألياف المعدنية التي تعزز المعادن الأخرى ، كما هو الحال في مركبات المصفوفة المعدنية (MMC) أو مركبات المصفوفة الخزفية (CMC) ، والتي تشمل العظام (هيدروكسيباتيت المقوى بألياف الكولاجين) ، سيرميت (السيراميك والمعادن) والخرسانة.
تشمل مركبات المصفوفة العضوية / الركام الخزفي الخرسانة الإسفلتية والخرسانة البوليمرية والأسفلت المصطكي وهجين أسطوانة المصطكي ومركب الأسنان والرغوة النحوية وعرق اللؤلؤ.
حول تأثيرات الموجات فوق الصوتية على الجسيمات
يمكن ملاحظة خصائص الجسيمات عندما يتم تقليل حجم الجسيمات إلى مستوى معين (يعرف باسم الحجم الحرج). عندما تصل أبعاد الجسيمات إلى مستوى النانومتر ، تتحسن التفاعلات في واجهات الطور إلى حد كبير ، وهو أمر بالغ الأهمية لتعزيز خصائص المواد. وبالتالي ، فإن مساحة السطح: نسبة حجم المواد المستخدمة للتعزيز في المركبات النانوية هي الأكثر أهمية. توفر المركبات النانوية مزايا تكنولوجية واقتصادية لجميع قطاعات الصناعة تقريبا ، بما في ذلك قطاعات الفضاء والسيارات والإلكترونية والتكنولوجيا الحيوية والأدوية والطبية. ميزة كبيرة أخرى هي صداقتها للبيئة.
تعمل الموجات فوق الصوتية القوية على تحسين قابلية البلل والتجانس بين المصفوفة والجسيمات من خلال خلطها وتشتيتها المكثف – تم إنشاؤها بواسطة التجويف بالموجات فوق الصوتية. منذ صوتنة هو الأكثر استخداما والأكثر نجاحا طريقة التشتت عندما يتعلق الأمر المواد نانو، يتم تثبيت أنظمة الموجات فوق الصوتية Hielscher في المختبر، مصنع تجريبي والإنتاج في جميع أنحاء العالم.