Silisium dioksid nanohissəciklərinin ultrasəslə deaqqlomerasiyası

Pirogen silisium dioksid (məsələn, Aerosil) kimi silisium dioksid nanohissəcikləri müxtəlif sənaye sahələrində geniş istifadə olunan əlavələrdir. Arzu olunan material xüsusiyyətlərinə malik, tam funksional nanosilika əldə etmək üçün silisium dioksid nanohissəcikləri deaqqlomerasiya edilməli və ayrı-ayrılıqda dispersləşdirilmiş hissəciklər şəklində paylanmalıdır. Ultrasəslə deaqqlomerasiyanın nanosilikanı suspenziyada ayrı-ayrılıqda dispersləşdirilmiş hissəciklər şəklində bərabər paylamaq üçün yüksək səmərəli və etibarlı üsul olduğu sübut edilmişdir.

Nanosilika – xüsusiyyətləri və tətbiqləri

Silisium dioksid (SiO₂) və xüsusilə silisium dioksid nanohissəcikləri (Si-NPs) bir çox sənaye sahələrində geniş yayılmış əlavələrdir. Nanoölçülü silisium dioksid hissəcikləri çox böyük səth sahəsinə və bir çox sənaye sahələrində müxtəlif məqsədlər üçün istifadə olunan unikal hissəcik xüsusiyyətlərinə malikdir. Məsələn, nanoölçülü SiO₂ maddəsinin unikal material xüsusiyyətlərindən (nano-)kompozitləri, betonu və digər materialları möhkəmləndirmək üçün istifadə olunur. Buna misal olaraq odadavamlılıq xüsusiyyətləri verən nanosilika əsaslı örtükləri və nanosilika ilə örtüldükdə işıq əks etdirməyən xüsusiyyətlər qazanan şüşəni göstərmək olar. Tikinti və inşaat sənayesində silisium dioksid tozu (mikrosilika) və nanosilika betonun işlənəbilənliyini, eləcə də mexaniki xüsusiyyətlərini və davamlılığını yaxşılaşdırmaq üçün yüksək pussolan aktivliyinə malik material kimi istifadə olunur. Silisium dioksid tozu ilə nanosilika müqayisə edildikdə, nanostrukturlu SiO₂ pussolanı ilkin mərhələdə silisium dioksid tozundan daha aktiv olur, çünki nanosilika əhəmiyyətli dərəcədə daha böyük xüsusi səth sahəsinə və daha yüksək incəliyə malikdir. Daha böyük səth sahəsi betonla reaksiyaya girmək üçün daha çox sahə təmin edir və nüvə rolunu oynayaraq betonun mikrostrukturunun yaxşılaşmasına xüsusi töhfə verir. Betonun davamlılığının göstəricisi olan qazkeçiricilik ənənəvi silisium dioksid tozu olan betonla müqayisədə nanosilika ilə möhkəmləndirilmiş betonda yaxşılaşır.
Biotibbdə və həyat elmlərində SiO₂ nanohissəcikləri müxtəlif tətbiqlər üçün geniş araşdırılır, çünki nanosilikanın böyük səth sahəsi, əla biouyğunluğu və tənzimlənə bilən məsamə ölçüsü dərmanların çatdırılması və teranostika da daxil olmaqla geniş çeşiddə yeni tətbiqlərə imkan verir.

Qrafik nanosilikanın ultrasəslə dispersləşdirmədən əvvəl (yaşıl əyri) və sonra (qırmızı əyri) hissəcik ölçülərinin paylanmasını göstərir.

Nanosilikanın ultrasəslə deaqqlomerasiyası və dispersləşdirilməsi

Ultrasəslə deaqqlomerasiya və dispersləşdirmənin iş prinsipi elmi olaraq akustik kavitasiya adlanan, ultrasəslə yaradılan kavitasiyanın təsirlərinə əsaslanır. Mayelərdə və ya suspenziyalarda yüksək güclü, aşağı tezlikli ultrasəsin tətbiqi akustik kavitasiyaya və bununla da yerli olaraq çox yüksək təzyiq və temperatur, eləcə də sürəti 280m/s-dək olan maye şırnaqları ilə mikroaxınlar şəklində meydana çıxan ekstremal şəraitə səbəb ola bilər. Ultrasəs kavitasiyasının bu güclü fiziki və mexaniki təsirləri hissəciklərin səthində eroziyaya, eləcə də hissəciklərarası toqquşmalar nəticəsində onların parçalanmasına səbəb olur. Ultrasəs / akustik kavitasiyanın bu güclü qüvvələri ultrasəs emalını nanosilika, nanoborular və digər nanomateriallar kimi nanoölçülü hissəciklərin deaqqlomerasiyası və dispersləşdirilməsi üçün yüksək səmərəli və etibarlı üsula çevirir.

Ultrasəslə deaqqlomerasiya edilmiş nanosilikanın hissəcik ölçülərinin paylanması (Hielscher UP400St ultrasəs cihazından istifadə edilməklə) müxtəlif zaman intervallarında suda (a) 1 wt%, (b) 2 wt%, (c) 5 wt% və (d) 10 wt% Aerosil 200 üçün.
Tədqiqat və qrafiklər: Vikash 2020.

Silisium dioksidin yüksək bərk maddə konsentrasiyalarında və özlü mayelərdə ultrasəslə emalı

Nanohissəciklərin hətta aşağı konsentrasiyalarda dispersləşdirilməsi də çətindir, çünki ion rabitələri, kovalent rabitələr, hidrogen rabitələri və van der Waals qarşılıqlı təsirləri kimi kimyəvi rabitə qüvvələrini dəf etmək lazımdır. Nanohissəciklərin, məsələn, nanosilika hissəciklərinin konsentrasiyası artdıqca, nanohissəciklər arasındakı kimyəvi qarşılıqlı təsir də əhəmiyyətli dərəcədə artır. Bu, yaxşı və uzunmüddətli sabit dispersləşdirmə nəticələri əldə etmək üçün güclü dispersləşdirmə üsulunun vacib olduğunu göstərir. Ultrasəs dispersləşdiriciləri yüksək özlülüklü suspenziyaları və hətta bərk maddə konsentrasiyası çox yüksək olan pastaları asanlıqla emal edə bilən etibarlı və yüksək səmərəli dispersləşdirmə üsulu kimi istifadə olunur. Tərkibində yüksək miqdarda bərk nanohissəciklər olan suspenziyaları emal etmək qabiliyyəti ultrasəs emalını nanomateriallar üçün üstünlük verilən dispersləşdirmə texnologiyasına çevirir.
Suspenziyanız və ya pastanız nasosla ötürülə bildiyi müddətdə Hielscher sənaye ultrasəs cihazları onu fasiləsiz işləyən axın xətti reaktorunda emal edə bilər.

Silisium dioksid nanomayelərinin ultrasəslə istehsalı

Modragon və b. (2012) silisium dioksid nanohissəciklərini distillə edilmiş suda dispersləşdirərək silisium dioksid nanomayelərini hazırlamaq üçün zond tipli UP400S ultrasəs cihazından istifadə etmişlər. Müəyyən bərk maddə miqdarına (yəni, 20%), aşağı özlülüyə və mayeyə bənzər davranışa malik sabit silisium dioksid nanomayelərinin hazırlanması üçün ultrasəs zondu ilə 5 dəqiqə ərzində yüksək enerjili emal, qələvi mühit (pH qiymətləri 7-dən yüksək) və duz əlavə edilməməsi tələb olunur. Ultrasəslə dispersləşdirmə nəticəsində aşağı özlülüklü nanomayelər əldə edilmişdir. Ultrasəslə hazırlanmış nanomayelər maye kimi davranmış və ultrasəs emalı ilə əldə edilən yaxşı dispersləşmə sayəsində çox qısa müddətdə 20% bərk maddə miqdarı ilə hazırlanmışdır.
“Mövcud dispersləşdirmə üsullarının hamısı arasında ultrasəs zondları ilə dispersləşdirmənin ən effektiv üsul olduğu təsdiqlənmişdir.“ (Modragon və b., 2012)
Petzold və b. (2009) Aerosil tozunun deaqqlomerasiyası üçün eyni nəticəyə gəlmiş və tətbiq olunan enerjinin yüksək dərəcədə fokuslanması səbəbindən ultrasəs zondunun ən effektiv dispersləşdirmə sistemi olduğunu müəyyən etmişlər.

Silisium dioksid nanohissəciklərinin deaqqlomerasiyası və dispersləşdirilməsi üçün ultrasəs cihazları

Nanosilika sənaye tətbiqlərində, tədqiqatlarda və ya materialşünaslıqda istifadə edildikdə, quru silisium dioksid tozu maye fazaya daxil edilməlidir. Nanosilikanın dispersləşdirilməsi ayrı-ayrı silisium dioksid hissəciklərini deaqqlomerasiya etmək üçün kifayət qədər enerji tətbiq edən etibarlı və effektiv dispersləşdirmə üsulu tələb edir. Ultrasəs cihazları güclü və etibarlı dispersləşdiricilər kimi tanınır, buna görə də silisium dioksid, nanoborular, qrafen, minerallar və bir çox digər materialların deaqqlomerasiyası və maye fazada homogen şəkildə paylanması üçün istifadə olunur.

Hielscher Ultrasonics hər növ homogenləşdirmə və deaqqlomerasiya tətbiqləri üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs dispersləşdiricilərini layihələndirir, istehsal edir və satışını həyata keçirir. Nanodispersiyaların istehsalında yüksək performanslı məhsullar əldə etmək üçün ultrasəs emalına dəqiq nəzarət və nanohissəcik suspenziyasının etibarlı ultrasəs emalı vacibdir.
Hielscher Ultrasonics prosessorları enerji girişi, ultrasəs intensivliyi, amplituda, təzyiq, temperatur və qalma müddəti kimi bütün mühüm emal parametrlərinə tam nəzarət etməyə imkan verir. Bununla siz parametrləri optimal şəraitə uyğunlaşdıra bilərsiniz ki, bu da nanosilika suspenziyaları kimi yüksək keyfiyyətli nanodispersiyaların əldə edilməsinə gətirib çıxarır.
İstənilən həcm / məhsuldarlıq üçün: Hielscher ultrasəs cihazları və geniş çeşiddə aksesuarlar təklif edir. Bu, tətbiqinizə və istehsal gücünüzə uyğun ideal ultrasəs sistemini konfiqurasiya etməyə imkan verir. Bir neçə millilitr tutumlu kiçik flakonlardan saatda minlərlə qallon həcmli axınlaradək Hielscher prosesiniz üçün uyğun ultrasəs həllini təklif edir.
Möhkəmlik: Ultrasəs sistemlərimiz möhkəm və etibarlıdır. Bütün Hielscher ultrasəs cihazları 24/7/365 rejimində işləmək üçün hazırlanmışdır və çox az texniki qulluq tələb edir.
İstifadə rahatlığı: Ultrasəs cihazlarımızın təkmilləşdirilmiş proqram təminatı sadə və etibarlı ultrasəs emalı üçün emal parametrlərini əvvəlcədən seçməyə və yadda saxlamağa imkan verir. Anlaşıqlı menyuya rəngli rəqəmsal sensorlu ekran vasitəsilə asanlıqla daxil olmaq mümkündür. Brauzer vasitəsilə uzaqdan idarəetmə istənilən internet brauzeri ilə cihazı idarə etməyə və işinə nəzarət etməyə imkan verir. Məlumatların avtomatik qeydə alınması hər bir ultrasəs emalı dövrünün proses parametrlərini daxili SD kartda saxlayır.
Əla enerji səmərəliliyi: Alternativ dispersləşdirmə texnologiyaları ilə müqayisədə Hielscher ultrasəs cihazları yüksək enerji səmərəliliyi və hissəcik ölçülərinin paylanmasında üstün nəticələri ilə fərqlənir.

Qrafik Hielscher UIP1000 ilə silisium dioksidin ultrasəslə dispersləşdirilməsinin ultra-turrax ilə müqayisədə əhəmiyyətli üstünlüyünü göstərir. Ultrasəs emalı daha az enerji tələb edir və silisium dioksid hissəciklərinin ölçüsünü kəskin şəkildə kiçildir.

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir: