Ултразвукова дисперсия на еднослоен аморфен въглерод (MAC) в течности
Еднослойният аморфен въглерод (MAC) е нов наноматериал на въглеродна основа с изключителна механична якост, гъвкавост и проводимост. Интегрирането му в течни матрици е от решаващо значение за приложения във високоефективни композити, съхранение на енергия, покрития и електронни материали. Постигането на равномерно и стабилно разпръскване на MAC обаче представлява предизвикателство поради силните му взаимодействия на Ван дер Ваалс и тенденцията му към агрегиране. Ултразвуковата дисперсия с помощта на сондови сонди на Hielscher осигурява мащабируемо и високоефективно решение за разбиване на MAC клъстери и осигуряване на хомогенно разпределение в течни фази.
Предизвикателства при дисперсията на MAC
Благодарение на своята ултратънка структура и висока повърхностна енергия, MAC естествено се агрегира в многослойни стекове, когато се въвежда в течна среда. Конвенционалните методи за смесване или срязване често не успяват ефективно да диспергират MAC, което води до:
- Лоша хомогенност в композитните материали
- Намалени механични свойства поради агломерация
- Ограничена мащабируемост на процеса
Ултразвуковата кавитация предлага невредна, ефективна и мащабируема техника за постигане на диспергиран, еднослоен MAC в различни разтворители, полимерни матрици и реактивни формулировки.
Ултразвукова дисперсия: механизъм и предимства
Ултразвуковите апарати тип сонда генерират интензивна акустична кавитация в течности, което води до локализирани силите на срязване, микроджетинг и ударни вълни. Тези екстремни условия ефективно раздробяват MAC агрегатите, разплитат и разпределят нанолистовете равномерно. Основните предимства на ултразвуковата дисперсия включват:
- Ефективно ексфолиране: Преобразува многослойния MAC в монослоеве
- Висока стабилност: Предотвратява повторното агрегиране чрез оптимизиране на взаимодействията на повърхностноактивното вещество и разтворителя
- Мащабируемост на процеса: Подходящ за лабораторни изследвания, пилотно производство и пълномащабно промишлено производство
- Контролирана обработка: Регулируемите параметри (амплитуда, време, налягане, температура) позволяват оптимизация за специфични приложения
Сондови ултразвукораздвижни апарати на Hielscher: мащабируеми решения за дисперсия на MAC
Hielscher Ultrasonics предоставя най-съвременни ултразвукови процесори, които се грижат за всички нива на дисперсия на MAC, от малки лабораторни проби до широкомащабни промишлени поточни процеси. Техните модулни и адаптивни системи предлагат несравнима прецизност и ефективност.
Ултразвуков апарат UP400St за хомогенна дисперсия на въглеродни наночастици
MAC дисперсия в лабораторен мащаб
За научноизследователска и развойна дейност моделите на Hielscher UP200Ht (200W) и UP400St (400W) осигуряват прецизен контрол върху параметрите на дисперсия. Тези ултразвукови устройства позволяват:
- Обработка на малки партиди за бързи предпроектни проучвания
- Оптимизация на параметрите за определяне на идеалната амплитуда и продължителността на обработката
- Възпроизводимост за усъвършенстване на формулата
Пилотно и средномащабно производство
За пилотно или малко промишлено производство, UIP1000hdT (1kW) и UIP2000hdT (2kW) предлагат подобрена мощност, като същевременно поддържат фино настроен контрол върху качеството на дисперсията. Техните характеристики включват:
- Непрекъсната обработка за по-висока производителност
- Реактори с проточни клетки за осигуряване на вградена дисперсия
- Проточните клетки под налягане позволяват обработка при повишено налягане
Вградена дисперсия в индустриален мащаб
За MAC дисперсия с голям обем, сериите UIP4000hdT, UIP6000hdT и UIP16000hdT на Hielscher (4kW–16kW на единица) улесняват непрекъснатото вградено дисперсия, осигурявайки ефективност и възпроизводимост на индустриално ниво. Предимствата включват:
- Висок капацитет на обработка: Проектиран за мащабно производство на композити и покрития
- Мащабируем модулен дизайн: Множество устройства могат да работят паралелно
- Автоматизация на процесите: Интеграция със сензори и системи за управление за наблюдение в реално време
Как да постигна оптимална дисперсия на еднослоен аморфен въглерод?
За да се постигне най-високо качество на дисперсия, основните параметри на обработката трябва да бъдат оптимизирани:
Ултразвуковата дисперсия с помощта на сондови сонди на Hielscher е доказана, мащабируема и високоефективна техника за обработка на еднослоен аморфен въглерод в течности. Независимо дали в малък лабораторен мащаб или в пълно промишлено производство, ултразвукораздирателите на Hielscher осигуряват хомогенни, стабилни дисперсии, отключвайки пълния потенциал на еднослойния аморфен въглерод (MAC) за високоефективни композити от следващо поколение, проводими покрития и продукти, подсилени с наноматериали.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 0.5 до 1,5 мл | Н.А. | ФлаконВисокоговорител за високи честоти |
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | UP100H |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000hdT |
| 15 до 150L | 3 до 15 л/мин | UIP6000hdT |
| Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000hdT |
| Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000hdT |
- висока ефективност
- Най-съвременна технология
- надеждност & Стабилност
- регулируемо, прецизно управление на процеса
- партида & Вградени
- за всеки обем
- Интелигентен софтуер
- интелигентни функции (напр. програмируеми, протоколиране на данни, дистанционно управление)
- лесен и безопасен за работа
- ниска поддръжка
- CIP (почистване на място)
Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия
Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.
Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.
Индустриален ултразвуков уред UIP16000hdT за нанодисперсии с висока производителност
Литература / Препратки
- SOP – Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
Често задавани въпроси
Какво е еднослоен аморфен въглерод?
Еднослойният аморфен въглерод (MAC) е едноатомна, некристална форма на въглерод, обикновено синтезирана чрез химическо отлагане на пари (CVD) или други техники за тънкослойно отлагане. За разлика от графена, който има добре подредена шестоъгълна решетка, MAC няма атомен ред с голям обсег, показвайки неподредена, но еднородна структура в атомен мащаб.
Какво е аморфен въглерод?
Аморфният въглерод (a-C) е некристален алотроп от въглерод, характеризиращ се с отсъствие на периодичен атомен ред с голям обхват. Съдържа смес от sp² (графитени) и sp³ (диамантени) хибридизирани въглеродни атоми, като свойствата варират в зависимост от метода на отлагане и съдържанието на водород. Вариантите включват хидрогениран аморфен въглерод (a-C:H), тетраедричен аморфен въглерод (ta-C) и диамантеноподобен въглерод (DLC).
Предлага ли се еднослоен аморфен въглерод в насипно състояние?
Не, еднослойният аморфен въглерод не се предлага в насипно състояние поради двуизмерния си характер. Той се синтезира като ултратънък филм върху субстрати и не може да се произвежда в големи, свободно стоящи насипни количества като графит или диамант.
Каква е разликата между аморфен въглерод и кристален въглерод?
Основната разлика се крие в атомната подредба. Кристалният въглерод (напр. графит, диамант) има добре дефинирана периодична решетка, докато аморфният въглерод няма ред на дълги разстояния. Тази структурна разлика засяга електронните, механичните и оптичните свойства – кристалните форми показват анизотропия и различни лентови структури, докато аморфният въглерод има изотропни свойства и променлива електрическа проводимост.
Какви са формите на въглерода?
Въглеродът съществува в няколко алотропа, включително:
- Кристални форми: диамант, графит, графен, въглеродни нанотръби (CNT), фулерени (напр. C₆₀).
- Аморфни форми: въглен, сажди, сажди, стъклен въглерод, диамантеноподобен въглерод (DLC), еднослоен аморфен въглерод (MAC).
- Хибридни наноструктури: Нанодиаманти, въглероден лук, въглеродни аерогели и композити като нановъглерод-метални хибриди.
Всяка форма показва различни физикохимични свойства, свързани с приложенията в материалознанието, електрониката и съхранението на енергия.
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да индустриален размер.