Möhkəmləndirilmiş kompozitlərin ultrasəslə hazırlanması
- Kompozitlər əhəmiyyətli dərəcədə yüksəlmiş termiki sabitlik, elastiklik modulu, dartılma möhkəmliyi və qırılma möhkəmliyi kimi unikal material xassələrinə malikdir və buna görə də müxtəlif məhsulların istehsalında geniş istifadə olunur.
- Ultrasəslə emalın yüksək dərəcədə dispersləşdirilmiş CNT-lər, qrafen və s. ilə yüksək keyfiyyətli nanokompozitlər əldə etməyə imkan verdiyi sübut edilmişdir.
- Möhkəmləndirilmiş kompozitlərin hazırlanması üçün ultrasəs avadanlığı sənaye miqyasında mövcuddur.
Nanokompozitlər
Nanokompozitlər mexaniki, elektrik, termiki, optik, elektrokimyəvi və/və ya katalitik xassələri ilə seçilir.
Möhkəmləndirici fazanın səth sahəsinin həcmə nisbətinin müstəsna dərəcədə yüksək olması və/və ya uzunluğun enə nisbətinin müstəsna dərəcədə yüksək olması sayəsində nanokompozitlər adi kompozitlərdən əhəmiyyətli dərəcədə daha yüksək göstəricilərə malikdir. Möhkəmləndirmə üçün kürəvi silisium dioksid kimi nanohissəciklər, təbəqələrə ayrılmış qrafen və ya gil kimi mineral təbəqələr, yaxud karbon nanoboruları və ya elektroəyrilmə ilə alınmış liflər kimi nanoliflər tez-tez istifadə olunur.
Məsələn, elektrik və istilik keçiriciliyini yaxşılaşdırmaq üçün karbon nanoboruları əlavə edilir, mexaniki, termiki və suya davamlılıq xassələrini yaxşılaşdırmaq üçün isə nanosilisium dioksid istifadə olunur. Digər növ nanohissəciklər optik xassələri, dielektrik xassələri, istiliyə davamlılığı və ya sərtlik, möhkəmlik, korroziyaya və zədələnməyə davamlılıq kimi mexaniki xassələri yaxşılaşdırır.
Ultrasəslə hazırlanmış nanokompozitlərə nümunələr:
- vinil efiri matrisində karbon nanoboruları (CNT)
- nikel metal matrisində CNT-lər / soğanvari karbon strukturları / nanoalmazlar
- maqnezium ərintisi matrisində CNT-lər
- polivinil spirti (PVA) matrisində CNT-lər
- epoksid qatranı matrisində çoxdivarlı karbon nanoborusu (MWCNT) (bərkidici kimi metiltetrahidroftal anhidridindən (MTHPA) istifadə etməklə)
- poli(vinil spirti) (PVA) matrisində qrafen oksidi
- maqnezium matrisində SiC nanohissəcikləri
- polistirol matrisində nanosilisium dioksid (Aerosil)
- elastik poliuretan (PU) matrisində maqnit xassəli dəmir oksidi
- qrafit/poli(vinil xlorid) daxilində nikel oksidi
- poli(süd turşusu-ko-qlikol turşusu) (PLGA) matrisində titan dioksid nanohissəcikləri
- poli(süd turşusu-ko-qlikol turşusu) (PLGA) matrisində nanohidroksiapatit
Ultrasəslə dispersləşdirmə
Ultrasəs prosesinin parametrlərinə dəqiq nəzarət etmək və onları materialın tərkibinə və arzu olunan son məhsul keyfiyyətinə optimal şəkildə uyğunlaşdırmaq mümkündür. Ultrasəslə dispersləşdirmə CNT-lər və ya qrafen kimi nanohissəcikləri nanokompozitlərə daxil etmək üçün tövsiyə olunan üsuldur. Elmi səviyyədə uzun müddət sınaqdan keçirilmiş və bir çox sənaye istehsal müəssisəsində tətbiq olunmuş ultrasəslə dispersləşdirmə və nanokompozitlərin hazırlanması oturuşmuş bir üsuldur. Hielscher şirkətinin nanomaterialların ultrasəslə emalında uzunmüddətli təcrübəsi ətraflı məsləhət verilməsini, uyğun ultrasəs qurğusunun tövsiyə edilməsini və prosesin işlənib hazırlanması və optimallaşdırılması zamanı dəstək göstərilməsini təmin edir.
Əksər hallarda möhkəmləndirici nanohissəciklər emal zamanı matris daxilində dispersləşdirilir. Əlavə olunan nanomaterialın kütlə faizi (kütlə payı) aşağı diapazonda, məsələn, 0,5% ilə 5% arasında olur, çünki ultrasəslə emal nəticəsində əldə edilən bərabər dispersləşmə möhkəmləndirici dolduruculara qənaət etməyə və daha yüksək möhkəmləndirmə göstəricilərinə nail olmağa imkan verir.
İstehsalda ultrasəsin tipik tətbiqlərindən biri nanohissəcik–qatran kompozitinin hazırlanmasıdır. CNT ilə möhkəmləndirilmiş vinil efiri istehsal etmək üçün CNT-lərin dispersləşdirilməsi və funksionallaşdırılmasında ultrasəslə emaldan istifadə olunur. Bu CNT–vinil efiri materialları yaxşılaşdırılmış elektrik və mexaniki xassələri ilə xarakterizə olunur.
CNT-lərin dispersləşdirilməsi haqqında daha ətraflı oxumaq üçün buraya klikləyin!
Qrafen
Qrafen müstəsna fiziki xassələrə, yüksək uzunluq-en nisbətinə və aşağı sıxlığa malikdir. Yüngül, yüksək möhkəmlikli polimerlər əldə etmək üçün qrafen və qrafen oksidi kompozit matrisə daxil edilir. Mexaniki möhkəmləndirməyə nail olmaq üçün qrafen təbəqələri / lövhəcikləri çox incə dispersləşdirilməlidir, çünki aqlomerasiya olunmuş qrafen təbəqələri möhkəmləndirmə təsirini kəskin şəkildə məhdudlaşdırır.
Elmi tədqiqatlar göstərmişdir ki, yaxşılaşmanın dərəcəsi əsasən matrisdəki qrafen təbəqələrinin dispersləşmə dərəcəsindən asılıdır. Yalnız homogen dispersləşdirilmiş qrafen arzu olunan təsirləri verir. Güclü hidrofobluğu və van der Vaals cazibəsi səbəbindən qrafen zəif qarşılıqlı təsirdə olan birtəbəqəli vərəqlərdən ibarət pulcuqlar şəklində aqreqasiya və aqlomerasiya olunmağa meyillidir.
Adi dispersləşdirmə üsulları çox vaxt homogen, zədələnməmiş qrafen dispersiyaları yarada bilmədiyi halda, yüksək güclü ultrasəs cihazları yüksək keyfiyyətli qrafen dispersiyaları yaradır. Hielscher şirkətinin ultrasəs cihazları ilkin qrafeni, qrafen oksidini və reduksiya olunmuş qrafen oksidini aşağıdan yüksək konsentrasiyalara və kiçikdən böyük həcmlərə qədər problemsiz emal edir. Tez-tez istifadə olunan həlledici N-metil-2-pirrolidondur (NMP), lakin yüksək güclü ultrasəslə qrafen hətta aseton, xloroform, IPA və sikloheksanon kimi zəif, aşağı qaynama temperaturlu həlledicilərdə də dispersləşdirilə bilər.
Qrafenin böyük həcmdə təbəqələrə ayrılması haqqında daha ətraflı oxumaq üçün buraya klikləyin!
Karbon nanoboruları və digər nanomateriallar
Yüksək güclü ultrasəsin müxtəlif nanomaterialların, o cümlədən karbon nanoborularının (CNT-lər), SWNT-lərin, MWNT-lərin, fullerenlərin, silisium dioksidin (SiO2), titan dioksidin (TiO2), gümüşün (Ag), sink oksidin (ZnO), nanofibrilləşdirilmiş sellülozanın və bir çox digər materialların incə hissəcikli dispersiyalarını yaratdığı sübut edilmişdir. Ümumilikdə, ultrasəslə emal adi dispersləşdiricilərdən daha yüksək nəticələr verir və unikal nəticələrə nail ola bilər.
Nanohissəciklərin üyüdülməsi və dispersləşdirilməsi ilə yanaşı, onların ultrasəslə çökdürmə yolu ilə sintezi (aşağıdan yuxarıya sintez) də əla nəticələr verir. Məsələn, ultrasəslə sintez edilmiş maqnetit, natrium-sink molibdat və digər materialların hissəcik ölçüsünün adi üsulla əldə edilən ölçüdən kiçik olduğu müşahidə edilmişdir. Daha kiçik ölçü ultrasəs kavitasiyasının yaratdığı kəsilmə və turbulentlik sayəsində nüvələşmə sürətinin yüksəlməsi və daha yaxşı qarışma şəraiti ilə əlaqələndirilir.
Ultrasəslə aşağıdan yuxarıya çökdürmə haqqında daha ətraflı öyrənmək üçün buraya klikləyin!
Hissəciklərin ultrasəslə funksionallaşdırılması
Hissəciyin ölçüsü azaldıqca onun xüsusi səth sahəsi artır. Xüsusilə nanotexnologiyada hissəciyin səth sahəsinin böyüməsi material xassələrinin təzahürünü əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Hissəciyin səthinə uyğun funksional molekullar birləşdirməklə səth sahəsi ultrasəslə artırıla və dəyişdirilə bilər. Nanomaterialların tətbiqi və istifadəsi baxımından səth xassələri hissəciyin nüvəsinin xassələri qədər vacibdir.
Ultrasəslə funksionallaşdırılmış hissəciklər polimerlərdə, kompozitlərdə və biokompozitlərdə, nanomayelərdə, yığılmış cihazlarda, nanodərmanlarda və s. geniş istifadə olunur. Hissəciklərin funksionallaşdırılması ilə sabitlik, möhkəmlik və sərtlik, həllolma qabiliyyəti, polidisperslik, flüoressensiya, maqnetizm, superparamaqnetizm, optik udulma, yüksək elektron sıxlığı, fotolüminessensiya və s. kimi xassələr kəskin şəkildə yaxşılaşdırılır.
Hielscher şirkətinin ultrasəs sistemləri ilə kommersiya miqyasında funksionallaşdırılan geniş yayılmış hissəciklərə CNT-lər, SWNT-lər, MWNT-lər, qrafen, qrafit, silisium dioksid (SiO2), nanoalmazlar, maqnetit (dəmir oksidi, Fe3O4), gümüş nanohissəcikləri, qızıl nanohissəcikləri, məsaməli və mezoməsaməli nanohissəciklər və s. daxildir.
Hissəciklərin ultrasəslə emalı üzrə seçilmiş tətbiq qeydlərinə baxmaq üçün buraya klikləyin!
Ultrasəs dispersləşdiriciləri
Hielscher şirkətinin ultrasəslə dispersləşdirmə avadanlığı laboratoriya, masaüstü istifadə və sənaye istehsalı üçün mövcuddur. Hielscher şirkətinin ultrasəs cihazları etibarlı, möhkəm, istifadəsi və təmizlənməsi asandır. Avadanlıq ağır iş şəraitində 24/7 işləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Ultrasəs sistemləri partiyalarla və axın xəttində emal üçün istifadə edilə bilər – onlar çevikdir və prosesinizə və tələblərinizə asanlıqla uyğunlaşdırılır.
Ultrasəslə partiyalar üzrə və axın xəttində emal imkanları
| Partiyanın həcmi | Axın sürəti | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 5–200mL | 50–500mL/min | UP200Ht, UP400S |
| 0,1–2L | 0,25–2m3/hr | UIP1000hd, UIP2000hd |
| 0,4–10L | 1–8m3/hr | UIP4000 |
| n.a. | 4–30m3/hr | UIP16000 |
| n.a. | bu göstəricidən yuxarı: 30m3/hr | cihazlar qrupu: UIP10000 və ya UIP16000 |
Hissəciklərin funksionallaşdırılması üçün laboratoriya ultrasəs cihazı
Ədəbiyyat/İstinadlar
- Kapole, S.A:; Bhanvase, B.A.; Pinjari, D.V.; Gogate, P.R.; Kulkami, R.D.; Sonawane, S.H.; Pandit, A.B. (2014): “Ultrasəslə hazırlanmış natrium-sink molibdat nanopiqmentinin ikikomponentli epoksid-poliamid örtükdə korroziyanı inhibə etmə effektivliyinin tədqiqi. Composite Interfaces 21/9, 2015. 833–852.
- Nikje, M.M.A.; Moghaddam, S.T.; Noruzian, M.(2016): Nüvə-qabıq nanohissəciklərindən istifadə etməklə yeni maqnit xassəli poliuretan köpük nanokompozitlərinin hazırlanması. Polímeros vol.26 no.4, 2016.
- Tolasz, J.; Stengl, V.; Ecorchard, P. (2014): Qrafen oksidi–polistirol kompozit materialının hazırlanması. Ətraf mühit, kimya və biologiya üzrə 3-cü Beynəlxalq Konfrans. IPCBEE vol.78, 2014.
Bilməyə dəyər faktlar
Kompozit materiallar haqqında
Kompozit materiallar (həmçinin tərkib materialı kimi tanınır) əhəmiyyətli dərəcədə fərqli fiziki və ya kimyəvi xassələrlə xarakterizə olunan iki və ya daha çox tərkib hissəsindən hazırlanmış material kimi təsvir edilir. Bu tərkib materialları birləşdirildikdə ayrı-ayrı komponentlərdən fərqli xüsusiyyətlər göstərən yeni material – kompozit adlanan material – yaranır. Ayrı-ayrı komponentlər hazır struktur daxilində ayrı və fərqlənən şəkildə qalır.
Yeni material adi materiallarla müqayisədə daha yaxşı xassələrə malikdir, məsələn, daha möhkəm, daha yüngül, daha davamlı və ya daha ucuzdur. Nanokompozitlərdəki yaxşılaşmalar mexaniki, elektrik / keçiricilik, termiki, optik və elektrokimyəvi xassələrdən katalitik xassələrə qədər uzanır.
Tipik texniki kompozit materiallara aşağıdakılar daxildir:
- biokompozitlər
- liflə möhkəmləndirilmiş polimer kimi möhkəmləndirilmiş plastiklər
- metal kompozitlər
- keramika kompozitləri (keramika matrisli və metal matrisli kompozit)
Kompozit materiallar ümumiyyətlə qayıq gövdələri, tezgah səthləri, avtomobil kuzovları, vannalar, saxlama çənləri, süni qranit və süni mərmər çanaqlar kimi tikinti və konstruksiya materiallarında, eləcə də kosmik uçuş aparatlarında və təyyarələrdə istifadə olunur.
Kompozitlərdə digər metalları möhkəmləndirən metal liflərdən də istifadə oluna bilər; metal matrisli kompozitlər (MMC) və ya keramika matrisli kompozitlər (CMC) buna nümunədir və bunlara sümük (kollagen lifləri ilə möhkəmləndirilmiş hidroksiapatit), kermet (keramika və metal) və beton daxildir.
Üzvi matrisli/keramika dolduruculu kompozitlərə asfalt-beton, polimer-beton, mastik asfalt, mastic roller hybrid, diş kompoziti, sintaktik köpük və sədəf daxildir.
Ultrasəsin hissəciklərə təsiri haqqında
Hissəcik ölçüsü müəyyən səviyyəyə (kritik ölçü kimi tanınır) endirildikdə hissəciyin xassələri müşahidə oluna bilər. Hissəciklərin ölçüləri nanometr səviyyəsinə çatdıqda fazalararası sərhədlərdə qarşılıqlı təsirlər xeyli yaxşılaşır və bu, materialların xüsusiyyətlərini yüksəltmək üçün həlledicidir. Buna görə də nanokompozitlərdə möhkəmləndirmə üçün istifadə olunan materialların səth sahəsi : həcm nisbəti ən böyük əhəmiyyətə malikdir. Nanokompozitlər sənayenin demək olar ki, bütün sahələri, o cümlədən aerokosmik, avtomobil, elektronika, biotexnologiya, əczaçılıq və tibb sahələri üçün texnoloji və iqtisadi üstünlüklər təqdim edir. Daha bir böyük üstünlük onların ekoloji cəhətdən əlverişli olmasıdır.
Yüksək güclü ultrasəs intensiv qarışdırma və dispersləşdirmə ilə matris və hissəciklər arasında islanmanı və homogenləşməni yaxşılaşdırır – bu qarışdırma və dispersləşdirməni yaradan ultrasəs kavitasiyasıdır. Nanomateriallar üçün ultrasəslə emal ən geniş istifadə olunan və ən uğurlu dispersləşdirmə üsulu olduğundan, Hielscher şirkətinin ultrasəs sistemləri dünyanın hər yerində laboratoriyalarda, pilot qurğularda və istehsalatda quraşdırılmışdır.