Sənaye tətbiqləri üçün etibarlı nanohissəcik dispersiyası
Yüksək güclü ultrasəs emalı hissəcik aqlomeratlarını səmərəli və etibarlı şəkildə parçalaya, hətta ilkin hissəcikləri də dağıda bilər. Yüksək dispersiya effektivliyinə görə zond tipli ultrasəs cihazları homogen nanohissəcik suspenziyalarının hazırlanması üçün üstünlük verilən üsul kimi istifadə olunur.
Ultrasəs emalı ilə etibarlı nanohissəcik dispersiyası
Bir çox sənaye sahəsində nanohissəciklərlə yüklənmiş suspenziyaların hazırlanması tələb olunur. Nanohissəciklər hissəcik ölçüsü 100nm-dən kiçik olan bərk maddələrdir. Çox kiçik hissəcik ölçüsünə görə nanohissəciklər müstəsna möhkəmlik, sərtlik, optik xüsusiyyətlər, plastiklik, UV şüalarına davamlılıq, keçiricilik, elektrik və elektromaqnit (EM) xüsusiyyətləri, korroziyaya davamlılıq, cızılmaya davamlılıq və digər qeyri-adi xüsusiyyətlər nümayiş etdirir.
Yüksək intensivlikli, aşağı tezlikli ultrasəs güclü akustik kavitasiya yaradır; bu kavitasiya kəsilmə qüvvələri, çox yüksək təzyiq və temperatur fərqləri, həmçinin turbulentlik kimi ekstremal şəraitlə səciyyələnir. Bu kavitasiya qüvvələri hissəcikləri sürətləndirərək hissəciklərarası toqquşmalara və nəticədə hissəciklərin parçalanmasına səbəb olur. Nəticədə hissəcik ölçüsü paylanmasının əyrisi dar olan və bərabər paylanmış nanostrukturlu materiallar əldə edilir.
Ultrasəs dispersiya avadanlığı suda və üzvi həlledicilərdə, aşağıdan çox yüksək özlülüyədək istənilən növ nanomaterialın emalı üçün uyğundur.
Ultrasəs dispersiya cihazlarının sənaye qurğusu (2x UIP1000hdT) nanohissəciklərin və nanoboruların fasiləsiz axın xəttində emalı üçün.
- nanohissəciklər
- ultraincə hissəciklər
- nanoborular
- nanokristallar
- nanokompozitlər
- nanoliflər
- kvant nöqtələri
- nanolövhəciklər, nanotəbəqələr
- nanoçubuqlar, nanotellər
- 2D və 3D nanostrukturlar
Karbon nanoborularının ultrasəs dispersiyası
Ultrasəs dispersiya cihazları karbon nanoborularını (CNTs) dispersləşdirmək məqsədilə geniş istifadə olunur. Ultrasəs emalı həm təkdivarlı karbon nanoborularının (SWCNTs), həm də çoxdivarlı karbon nanoborularının (MWCNTs) dolaşıqlarını açmaq və onları dispersləşdirmək üçün etibarlı üsuldur. Məsələn, yüksək keçiriciliyə malik termoplastik polimer istehsal etmək üçün yüksək təmizlikli (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs; xarici diametr 9,5 nm; təmizlik 95 +%) otaq temperaturunda Hielscher UP200S ilə 30min. ərzində ultrasəslə dispersləşdirilmişdir. Epoksi qatranında 1% w/w konsentrasiyada ultrasəslə dispersləşdirilmiş Nanocyl® 3100 MWCNTs təxminən 1,5 × 10-2 S /m səviyyəsində üstün keçiricilik göstərmişdir.
Nikel nanohissəciklərinin ultrasəs dispersiyası
Nikel nanohissəcikləri ultrasəsin köməyi ilə hidrazinlə reduksiya sintezi vasitəsilə uğurla istehsal edilə bilər. Hidrazinlə reduksiya sintezi üsulu nikel xloridin hidrazinlə kimyəvi reduksiyası yolu ilə sferik formalı saf metal nikel nanohissəciyi hazırlamağa imkan verir. Adámın tədqiqat qrupu göstərmişdir ki, ultrasəs emalı – istifadə olunan cihaz Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – tətbiq olunan temperaturdan asılı olmayaraq ilkin kristallitlərin orta ölçüsünü (7–8 nm) saxlaya bilmişdir, intensiv və daha qısa ultrasəs emalı müddətlərinin tətbiqi isə heç bir səthi aktiv maddə olmadan ikincili, aqreqasiya olunmuş hissəciklərin solvodinamik diametrlərini 710 nm-dən 190 nm-ə qədər azalda bilmişdir. Ən yüksək turşuluq və katalitik aktivlik mülayim (30 W çıxış gücü) və fasiləsiz ultrasəs emalı ilə hazırlanmış nanohissəciklərdə ölçülmüşdür. Nanohissəciklərin katalitik davranışı həm ənənəvi, həm də ultrasəs üsulları ilə hazırlanmış beş nümunə üzərində Suzuki-Miyaura çarpaz birləşmə reaksiyasında sınaqdan keçirilmişdir. Ultrasəslə hazırlanmış katalizatorlar adətən daha yaxşı nəticə göstərmiş və ən yüksək katalitik aktivlik aşağı güclü (30 W) fasiləsiz ultrasəs emalı şəraitində hazırlanmış nanohissəciklərdə ölçülmüşdür.
Ultrasəs emalı nanohissəciklərin aqreqasiya meylinə həlledici təsir göstərmişdir: dağılmış kavitasiya boşluqlarının intensiv kütlə ötürülməsi ilə birlikdə defraqmentasiya təsiri cəzbedici elektrostatik üstələyə bilərdi dağılmış kavitasiya boşluqlarının intensiv kütlə ötürülməsi ilə birlikdə hissəciklər arasındakı cəzbedici elektrostatik və van der Waals qüvvələrini üstələyə bilərdi.
(bax: Adám və b. 2020)
SonoStation – Qarışdırıcı, çən və nasosla təchiz olunmuş ultrasəs dispersiya sistemi. SonoStation orta və daha böyük həcmlər üçün rahat, ultrasəs emalına hazır qurğudur
Vollastonit nanohissəciklərinin ultrasəs sintezi
Vollastonit kimyəvi formulu CaSiO3 olan kalsium inosilikat mineralıdır Vollastonit tikinti sənayesində sement, şüşə, kərpic və plitə istehsalı üçün komponent, poladın tökülməsində flüs, həmçinin örtük və boya istehsalında əlavə kimi geniş istifadə olunur. Məsələn, vollastonit möhkəmləndirmə, sərtləşdirmə, aşağı yağ udma və digər yaxşılaşmaları təmin edir. Vollastonitin əla möhkəmləndirici xüsusiyyətlərini əldə etmək üçün nanoölçülü deaqlomerasiya və bərabər dispersiya vacibdir.
Dordane və Doroodmand (2021) tədqiqatlarında ultrasəs dispersiyasının vollastonit nanohissəciklərinin ölçüsünə və morfologiyasına əhəmiyyətli dərəcədə təsir edən çox vacib amil olduğunu göstərmişlər. Ultrasəs emalının vollastonitin nanodispersiyasına töhfəsini qiymətləndirmək üçün tədqiqat qrupu vollastonit nanohissəciklərini həm yüksək güclü ultrasəs tətbiq etməklə, həm də tətbiq etmədən sintez etmişdir. Ultrasəs emalı sınaqları üçün tədqiqatçıların istifadə etdiyi UP200H ultrasəs prosessoru (Hielscher Ultrasonics) 24 kHz tezliklə 45,0 min. ərzində işlədilmişdir. Ultrasəs nanodispersiyasının nəticələri aşağıdakı yüksək ayırdetməli SEM təsvirində göstərilir. SEM təsviri ultrasəs emalından əvvəl vollastonit nümunəsinin aqlomerasiya və aqreqasiya olunduğunu aydın göstərir; UP200H ultrasəs cihazı ilə ultrasəs emalından sonra vollastonit hissəciklərinin orta ölçüsü təxminən 10nm-dir. Tədqiqat ultrasəs dispersiyasının vollastonit nanohissəciklərini sintez etmək üçün etibarlı və səmərəli üsul olduğunu göstərir. Ultrasəs emalı parametrlərini tənzimləməklə nanohissəciklərin orta ölçüsünü idarə etmək olar.
(bax: Dordane və Doroodmand, 2021)
Vollastonit nanohissəciklərinin ultrasəs emalından (A) əvvəl və (B) sonra SEM təsvirləri; istifadə olunan UP200H ultrasəs prosessoru ilə emal müddəti 45,0 min.
Tədqiqat və şəkil: ©Dordane və Doroodmand, 2021.
Nanodoldurucuların ultrasəs dispersiyası
Ultrasəs emalı nanodoldurucuları mayelərdə və şlamlarda, məsələn, polimerlərdə, epoksi qatranlarında, bərkidicilərdə, termoplastiklərdə və s. dispersləşdirmək və deaqlomerasiya etmək üçün çoxşaxəli üsuldur. Buna görə ultrasəs emalı tədqiqat və işlənmələrdə, eləcə də sənaye istehsalında yüksək səmərəli dispersiya üsulu kimi geniş istifadə olunur.
Zanghellini və b. (2021) epoksi qatranında nanodoldurucular üçün ultrasəs dispersiyası üsulunu araşdırmışlar. O, ultrasəs emalının aşağı və yüksək konsentrasiyalarda nanodoldurucuları polimer matrisində dispersləşdirə bildiyini göstərə bilmişdir.
Müxtəlif formulaların müqayisəsində 0,5 wt% oksidləşdirilmiş CNT ultrasəslə emal olunmuş bütün nümunələr arasında ən yaxşı nəticələri göstərmişdir: aqlomeratların əksəriyyətinin ölçü paylanmaları üçvallı dəyirmanda hazırlanmış nümunələrlə müqayisə edilə bilən diapazonda olmuş, bərkidici ilə yaxşı bağlanma və dispersiya daxilində perkolyasiya şəbəkəsinin yaranması müşahidə edilmişdir; bu, çökməyə qarşı sabitliyə və beləliklə, lazımi uzunmüddətli sabitliyə işarə edir. Daha yüksək doldurucu miqdarları da oxşar yaxşı nəticələr göstərmiş, lakin daha nəzərəçarpan daxili şəbəkələr və bir qədər daha böyük aqlomeratlar da yaranmışdır. Hətta karbon nanolifləri (CNF) də ultrasəs emalı vasitəsilə uğurla dispersləşdirilə bilmişdir. Əlavə həlledicilər olmadan bərkidici sistemlərində nanodoldurucuların birbaşa ultrasəs (US) dispersiyasına uğurla nail olunmuşdur və buna görə bu, sənayedə istifadə potensialına malik sadə və birbaşa dispersiya üçün tətbiq edilə bilən üsul kimi qiymətləndirilə bilər. (bax: Zanghellini və b., 2021)
Bərkidicidə dispersləşdirilmiş müxtəlif nanodoldurucuların müqayisəsi (ultrasəs emalı–US): (a) 0,5 wt% karbon nanolifi (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% karbon nanoborusu (CNT); (d) 0,5 wt% qismən dispersləşdirilmiş CNT.
(Tədqiqat və şəkil: © Zanghellini və b., 2021)
Nanohissəciklərin ultrasəs dispersiyası – üstünlüyü elmi cəhətdən sübut edilmişdir
Çoxsaylı ətraflı tədqiqatlar göstərir ki, ultrasəs dispersiyası nanohissəcikləri mayelərdə hətta yüksək konsentrasiyada deaqlomerasiya etmək və paylamaq üçün üstün üsullardan biridir. Məsələn, Vikash (2020) Hielscher UP400S ultrasəs dispersiya cihazından istifadə edərək özlü mayelərdə yüksək miqdarda nanosilisium dioksidin dispersiyasını araşdırmışdır. O, tədqiqatında belə nəticəyə gəlir ki, “özlü mayelərdə yüksək bərk maddə miqdarında ultrasəs emalı cihazından istifadə etməklə nanohissəciklərin sabit və bərabər dispersiyasına nail olmaq mümkündür.” [Vikash, 2020]
UP400St ultrasəs cihazı kolloid suspenziyalarda nanohissəcikləri dispersləşdirir
- Dispersləşdirmə
- Deaqlomerasiya
- Parçalama / Üyütmə
- Hissəcik ölçüsünün azaldılması
- Nanohissəciklərin sintezi və çökdürülməsi
- Səthin funksionallaşdırılması
- Hissəciklərin modifikasiyası
Nanohissəcik dispersiyası üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs prosessorları
Hielscher Ultrasonics laboratoriya və pilot sistemlərdən tam sənaye sistemlərinədək etibarlı, yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs avadanlığı üçün güvəndiyiniz təchizatçıdır. Hielscher Ultrasonics cihazları qabaqcıl aparat təminatı, ağıllı proqram təminatı və müstəsna istifadə rahatlığı ilə seçilir – Almaniyada layihələndirilir və istehsal olunur. Dispersiya, deaqlomerasiya, nanohissəcik sintezi və funksionallaşdırılması üçün Hielscher şirkətinin möhkəm ultrasəs qurğuları tam yük altında 24/7/365 işlədilə bilər. Prosesinizdən və istehsal müəssisənizdən asılı olaraq, ultrasəs cihazlarımız partiyalarla və ya fasiləsiz axın xəttində işlədilə bilər. Sonotrodlar (ultrasəs zondları), amplituda gücləndirici buynuzlar, axın hüceyrələri və reaktorlar kimi müxtəlif aksesuarlar asanlıqla əldə edilə bilər.
Ultrasəs nanodispersiya sistemlərimiz haqqında daha ətraflı texniki məlumat, elmi tədqiqatlar, protokollar və qiymət təklifi almaq üçün indi bizimlə əlaqə saxlayın! Yaxşı təlim keçmiş, uzunmüddətli təcrübəyə malik əməkdaşlarımız nanotətbiqinizi sizinlə məmnuniyyətlə müzakirə edəcəklər!
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü haqqında təsəvvür verir:
| Partiya həcmi | Axın sərfi | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksək | klaster şəklində UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma tətbiqləri, dispersiya, emulsiyalaşdırma və ekstraksiya üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- 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.
Bilməyə dəyər faktlar
Nanostrukturlu materiallar nədir?
Sistemin ən azı bir ölçüsü 100nm-dən kiçik olduqda o, nanostruktur kimi müəyyən edilir. Başqa sözlə, nanostruktur mikroskopik və molekulyar miqyaslar arasındakı aralıq ölçüsü ilə səciyyələnən strukturdur. Nanostrukturları düzgün təsvir etmək və fərqləndirmək üçün obyektin həcmində nanoölçüdə olan ölçülərin sayını ayırd etmək lazımdır.
Aşağıda nanostrukturlu materialların xüsusi xüsusiyyətlərini əks etdirən bir neçə mühüm termin verilmişdir:
Nanomiqyas: Təxminən 1–100 nm ölçü diapazonu.
Nanomaterial: Nanoölçüdə hər hansı daxili və ya xarici strukturlara malik material. Nanohissəcik və ultraincə hissəcik (UFP) terminləri çox vaxt sinonim kimi istifadə olunur, baxmayaraq ki, ultraincə hissəciklərin ölçüsü mikrometr diapazonuna çata bilər.
Nanoobyekt: Bir və ya daha çox xarici nanoölçüyə malik material.
Nanohissəcik: Üç xarici nanoölçüyə malik nanoobyekt
Nanolif: Nanomaterialda bir-birinə yaxın iki xarici nanoölçü və üçüncü daha böyük ölçü olduqda o, nanolif adlanır.
Nanokompozit: Ən azı bir fazası nanoölçüdə olan çoxfazalı struktur.
Nanostruktur: Nanomiqyas sahəsində bir-biri ilə əlaqəli tərkib hissələrindən ibarət quruluş.
Nanostrukturlu materiallar: Daxili və ya səth nanostrukturu olan materiallar.
(bax: Jeevanandam və b., 2018)
ISO/TS 22107:2021-ə uyğun dispersiyalar hazırlamaq üçün zond tipli ultrasəs cihazından istifadə edə bilərəmmi?
Bəli, zond tipli ultrasəs cihazı ISO/TS 22107:2021-ə uyğun kolloid dispersiyalar hazırlamaq üçün çox uyğundur. Bu texniki spesifikasiya tozun isladılması, kütlənin homogenləşdirilməsi və hissəciklərin deaqlomerasiyasını əhatə edən mərhələli dispersləşmə prosesini təsvir edir. Zond tipli ultrasəs emalı sürətli islanmanı, hissəciklərin bərabər paylanmasını və aqlomeratların ölçüsünün səmərəli azaldılmasını təşviq edən yüksək intensivlikli akustik kavitasiya yaratmaqla bu mərhələlərin hər birini effektiv şəkildə asanlaşdırır. Bundan əlavə, ultrasəs dispersiyasında enerji idarə olunur və nəticələr təkrar əldə edilə bilir; bu da izlənə bilən və konkret tətbiqə uyğun dispersiya protokolları üçün ISO/TS 22107:2021 tələblərinə uyğundur.
Hielscher Ultrasonics yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir – laboratoriya ölçüsündən sənaye ölçüsünədək.