Ултразвукова дисперсия на наноматериали (наночастици)
Наноматериалите се превърнаха в неразделна част от разнообразни продукти като високоефективни материали, слънцезащитни продукти, покрития или пластмасови композити. Ултразвуковата кавитация се използва за диспергиране на частици с наноразмер в течности, като вода, масло, разтворители или смоли.
Ултразвукова дисперсия на наночастици
Прилагането на Ултразвукова дисперсия на наночастици има многобройни ефекти. Най-очевидният е Диспергиране на материали в течности за да се разбият агломератите на частиците. Друг процес е прилагането на ултразвук по време на синтез на частици или утаяване. Като цяло това води до по-малки частици и повишена еднородност на размера. ултразвукова кавитация подобрява и преноса на материал върху повърхностите на частиците. Този ефект може да се използва за подобряване на повърхността функционализация от материали с висока специфична повърхност.
Диспергиране и намаляване на размера на наноматериалите
Наноматериали, например метални оксиди, наноглини или Въглеродни нанотръби са склонни да се агломерират, когато се смесват в течност. Ефективни средства за деагломериране и Разпръскване са необходими за преодоляване на силите на свързване след намокряне на праха. Ултразвуковото разбиване на агломератните структури във водни и неводни суспензии позволява да се използва пълният потенциал на наноразмерните материали. Изследванията при различни дисперсии на агломерати от наночастици с променливо съдържание на твърдо вещество показаха значителното предимство на ултразвука в сравнение с други технологии, като например роторни статорни смесители (напр. ултра turrax), хомогенизатори на буталата или методи за мокро смилане, например мелници за перли или колоидни мелници. Ултразвуковите системи на Hielscher могат да работят при доста високи концентрации на твърди вещества. Например за Силициев двуокис Установено е, че степента на счупване е независима от твърда концентрация до 50% по тегло. Ултразвукът може да се прилага за диспергиране на мастер партиди с висока концентрация – обработка на течности с нисък и висок вискозитет. Това прави ултразвука добро решение за обработка на бои и покрития на базата на различни среди, като вода, смола или масло.
Ултразвуков хомогенизатор UP400St за нанодисперсии
ултразвукова кавитация
Дисперсията и деагломерацията чрез ултразвук са резултат от ултразвукова кавитация. При излагане на течности на ултразвук звуковите вълни, които се разпространяват в течността, водят до редуващи се цикли с високо и ниско налягане. Това прилага механично напрежение върху силите на привличане между отделните частици. ултразвукова кавитация в течности причинява високоскоростни течни струи до 1000 км/ч (приблизително 600 мили в час). Такива струи притискат течност при високо налягане между частиците и ги отделят една от друга. По-малките частици се ускоряват с течните струи и се сблъскват с високи скорости. Това прави ултразвука ефективно средство за диспергиране, но и за Смилане от частици с микронни и субмикронни частици.
Ултразвуково подпомаган синтез на частици / утаяване
Наночастиците могат да бъдат генерирани отдолу нагоре чрез синтез или утаяване. Сонохимията е една от най-ранните техники, използвани за получаване на наноразмерни съединения. Suslick в оригиналната си работа, звуков Fe(CO)5 или като чиста течност, или в разтвор на деаклин и получени аморфни железни наночастици с размер 10-20 nm. Обикновено пренаситената смес започва да образува твърди частици от силно концентриран материал. Ултразвукът подобрява смесването на прекурсорите и увеличава преноса на маса на повърхността на частиците. Това води до по-малък размер на частиците и по-висока еднородност.
UIP2000hdT, мощен ултразвуков уред с мощност 2 kW за разпръскване на SWCNT.
Функционализация на повърхността с помощта на ултразвук
Много наноматериали, като метални оксиди, мастиленоструйно мастило и тонер пигменти или пълнители за производителност Покрития, изискват функционализация на повърхността. За да се функционализира цялата повърхност на всяка отделна частица, е необходим добър метод на дисперсия. Когато са диспергирани, частиците обикновено са заобиколени от граничен слой от молекули, привлечени към повърхността на частицата. За да могат новите функционални групи да стигнат до повърхността на частиците, този граничен слой трябва да бъде разбит или премахнат. Течните струи, получени в резултат на ултразвукова кавитация, могат да достигнат скорост до 1000 км/ч. Това напрежение помага за преодоляване на силите на привличане и пренася функционалните молекули към повърхността на частиците. В Сонохимия, този ефект се използва за подобряване на работата на диспергираните катализатори.
Ултразвук преди измерване на размера на частиците
Ултразвукът на пробите подобрява точността на измерването на размера или морфологията на частиците. Новият SonoStep съчетава ултразвук, разбъркване и изпомпване на проби в компактен дизайн. Той е лесен за работа и може да се използва за доставяне на ултразвукови проби до аналитични устройства, като анализатори на размера на частиците. Интензивната ултразвук помага за разпръскването на агломерирани частици, което води до по-последователни резултати.Кликнете тук, за да прочетете повече!
Ултразвукова обработка за лабораторен и производствен мащаб
Ултразвукови процесори и поточни клетки за деагломерация и дисперсия се предлагат за Лаборатория и производство ниво. Индустриалните системи могат лесно да бъдат преоборудвани за работа на линия. За научноизследователска и технологична разработка препоръчваме да използвате UIP1000hd (1,000 вата).
Hielscher предлага широка гама от ултразвукови устройства и аксесоари за ефективно диспергиране на наноматериали, например в бои, мастила и покрития.
- Компактни лабораторни апарати до 400 вата мощност.
Тези устройства се използват главно за подготовка на проби или първоначални предпроектни проучвания и се предлагат под наем. - 500 и 1,000 и 2,000 ватове ултразвукови процесори като UIP1000hd комплект с проточна клетка и различни бустерни клаксони и сонотроди може да обработва потоци с по-голям обем.
Такива устройства се използват за оптимизиране на параметрите (като: амплитуда, работно налягане, дебит и т.н.) в мащаб на настолна или пилотна инсталация. - Ултразвукови процесори на 2kW, 4kW, 10kW и 16kW и по-големи клъстери от няколко такива единици могат да обработват потоци от производствен обем на почти всяко ниво.
Настолното оборудване се предлага под наем при добри условия за провеждане на процесни изпитания. Резултатите от такива изпитвания могат да бъдат мащабирани линейно до производствено ниво – намалявайки риска и разходите, свързани с разработването на процеса. Ще се радваме да ви помогнем онлайн, по телефона или лично. Моля, намерете нашите адреси тукили използвайте формуляра по-долу.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 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 |
| Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
| Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Наноматериали – Обща информация
Наноматериалите са материали с размер по-малък от 100 nm. Те бързо напредват във формулировките на бои, мастила и покрития. Наноматериалите попадат в три широки категории: метални оксиди, наноглини и Въглеродни нанотръби. Наночастиците метален оксид включват наноразмерен цинков оксид, титанов оксид, железен оксид, цериев оксид и циркониев оксид, както и смесени метални съединения като индиево-калаен оксид и цирконий и титан, както и смесени метални съединения като индиево-калаен оксид. Тази малка материя оказва влияние върху много дисциплини, като физика, Химия и биология. В боите и покритията наноматериалите отговарят на декоративни нужди (напр. цвят и гланц), функционални цели (напр. проводимост, микробна инактивация) и подобряват защитата (напр. устойчивост на надраскване, UV стабилност) на боите и покритията. По-специално наноразмерни метални оксиди, като TiO2 и ZnO или алуминиев оксид, церия и Силициев двуокис а пигментите с наноразмер намират приложение в нови формулировки за бои и покрития.
Когато материята е намалена по размер, тя променя характеристиките си, като цвят и взаимодействие с друга материя, като химическа реактивност. Промяната в характеристиките се дължи на промяната на електронните свойства. От намаляване на размера на частиците, повърхността на материала се увеличава. Поради това по-голям процент от атомите могат да взаимодействат с друга материя, например с матрицата от смоли.
Повърхностната активност е ключов аспект на наноматериалите. Агломерацията и агрегацията блокират повърхността от контакт с друга материя. Само добре диспергирани или единично диспергирани частици позволяват да се използва пълният полезен потенциал на материята. В резултат на това доброто диспергиране намалява количеството наноматериали, необходими за постигане на същите ефекти. Тъй като повечето наноматериали все още са доста скъпи, този аспект е от голямо значение за комерсиализацията на продуктови формулировки, съдържащи наноматериали. Днес много наноматериали се произвеждат в сух процес. В резултат на това частиците трябва да се смесват в течни формулировки. Това е мястото, където повечето наночастици образуват агломерати по време на намокрянето. Особено Въглеродни нанотръби са много сплотени, което затруднява разпръскването им в течности, като вода, етанол, масло, полимер или епоксидна смола. Конвенционалните устройства за обработка, например смесители с високо срязване или ротор-статор, хомогенизатори под високо налягане или колоидни и дискови мелници не успяват да разделят наночастиците на дискретни частици. По-специално за малки материи от няколко нанометра до няколко микрона, ултразвуковата кавитация е много ефективна при разбиване на агломерати, агрегати и дори първични вещества. Когато ултразвукът се използва за Смилане При партидите с висока концентрация течните струи, получени в резултат на ултразвукова кавитация, карат частиците да се сблъскват помежду си със скорост до 1000 км/ч. Това разрушава силите на Ван дер Ваалс в агломератите и дори първичните частици.
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори за смесване, дисперсия, емулгиране и екстракция в лабораторен, пилотен и индустриален мащаб.