Нанодиаманти диспергирани във водна суспензия със звук

Нанодиамантените дисперсии са ефективни и бързо се произвеждат с помощта на ултразвукови дисперсанти. Ултразвуковата деагрегация и дисперсия на нанодиаманти може да се извърши надеждно във водна суспензия. Техниката на ултразвукова дисперсия използва сол за модификация на рН и по този начин е лесна, евтина и без замърсители техника, която може лесно да се използва в индустриален мащаб.

Нанодиамантите могат да бъдат ефективни и надеждно диспергирани с помощта на ултразвукови уреди на Hielscher.

Как работи ултразвуковото фрезоване и дисперсия на нанодиамантите?

Ултразвуковата дисперсия използва самите нанодиаманти като фрезова среда. Акустичната кавитация, генерирана от ултразвукови вълни с висока мощност, създава високоскоростен поток на течности. Тези течни потоци ускоряват частиците (напр. диаманти) в суспензията, така че частиците се сблъскват с до 280 км/сек и се разбиват на малки наночастици. Това прави ултразвуковото фрезоване и дисперсия практична, евтина и без замърсители техника, която надеждно деагломерира нанодиаманта в наноразмерни частици, стабилни във воден колоиден разтвор в широк диапазон на pH. Солта (натриев хлорид) се използва за стабилизиране на нанодиамантите във водна суспензия.

Ултразвуковото фрезоване на нанодиаманти превъзхожда мелниците за мъниста

Ултразвуковите апарати тип сонда са високоефективни фрези и са утвърдена техника за фрезоване за широкомащабно производство на нанодиамантени суспензии в промишлен мащаб. Тъй като ултразвуковите мелници използват нанодиамантите като среда за смилане, замърсяването чрез фрезови среди, например от циркониеви перли, е напълно избегнато. Вместо това ултразвуковите кавитационни сили ускоряват частиците, така че нанодиамантите се сблъскват силно помежду си и се разпадат до еднакъв наноразмер. Този ултразвуково индуциран сблъсък между частиците е високоефективен и надежден метод за производство на равномерно разпределени нанодисперсии.
Методът на ултразвукова дисперсия и деагрегация използва водоразтворими, нетоксични и незамърсяващи добавки като натриев хлорид или захароза за регулиране на рН и стабилизиране на ултразвуковата дисперсия. Тези кристални структури от натриев хлорид или захароза действат допълнително като среда за смилане, като по този начин поддържат процедурата за ултразвуково смилане. Когато процесът на фрезоване приключи, тези добавки могат лесно да бъдат отстранени чрез просто изплакване с вода, коетое забележително предимство пред процеса керамични мъниста. Традиционното фрезоване на мъниста, като например атритори, използва неразтворими керамични фрезови среди (напр. топки, мъниста или перли), чиито абразивни остатъци замърсяват крайната дисперсия. Отстраняването на замърсяванията, причинени от фрезови среди, включва сложна последваща обработка и отнема много време, както и скъпо.

Ултразвуковата технология за диспергиране ефективно произвежда водни нанодиамантени суспензии с тясно разпределение на размера на частиците.
(Проучване и графика: ©Turcheniuk et al., 2016)

Примерен протокол за ултразвукова дисперсия на нанодиаманти

Ултразвукова деагрегация на нанодиаманти във вода:
Смес от 10 g натриев хлорид и 0,250 g нанодиамантен прах се смила за кратко на ръка с помощта на порцеланов хаванче и пестик и се поставила в 20 ml стъклен флакон заедно с 5 ml DI вода. Подготвената проба е ултразвукова с помощта на ултразвуков ултразвук тип сонда за 100 минути при 60% изходна мощност и 50% работен цикъл. След ултразвука пробата е разделена поравно между две 50 ml пластмасови центрофужни епруветки Falcon и диспергирана в дестилирана вода с общ обем до 100 ml (2 × 50 ml). След това всяка проба се центрофугира с помощта на центрофуга Eppendorf 5810-R при 4000 об/мин и 25°C за 10 минути и бистрият супернатант се изхвърля. След това мокрите утайки на ND се разпръскват отново в дестилирана вода (общ обем 100 ml) и се центрофугират втори път при 12000 об/мин и 25 °C за 1 час. Отново бистрият супернатант е изхвърлен и мокрите нанодиамантени утайки са диспергирани отново, този път в 5 ml дестилирана вода за характеризиране. Стандартният анализ на AgNO3 показва пълно отсъствие на Cl⁻ В ултразвуково подпомогнати от сол грегирани нанодиаманти се измиват с дестилирана вода два пъти, както е описано по-горе. След изпаряване на водата от пробите се наблюдава образуване на черни твърди нанодиамантени "чипове" с добив ∼200 mg или 80% от първоначалната маса на нанодиаманта. (вижте снимката по-долу)
(срв. Turcheniuk et al., 2016)

Изсушена проба от ултразвуково диспергирани нанодиаманти.
(Проучване и графика: ©Turcheniuk et al., 2016)

Високоефективни ултразвукови апарати за нанодиамантени дисперсии

Hielscher Ultrasonics проектира, произвежда и разпространява високопроизводително ултразвуково оборудване за фрезоване и диспергиране за тежки приложения като производството на нанодиамантени суспензии, полиращи среди и нанокомпозити. Ултразвуковите апарати на Hielscher се използват по целия свят за диспергиране на наноматериали във водни колоидни суспензии, полимери, смоли, покрития и други високоефективни материали.
Ултразвуковите диспергатори на Hielscher са надеждни и ефективни при обработка с нисък до висок вискозитет. В зависимост от входящите материали и целевия краен размер на частиците, ултразвуковият интензитет може да бъде прецизно регулиран за оптимални резултати от процеса.
За да обработва вискозни пасти, наноматериали и високи концентрации на твърди вещества, ултразвуковият диспергатор трябва да може да произвежда непрекъснато високи амплитуди. Ултразвук на Hielscher’ Индустриалните ултразвукови процесори могат да осигурят много високи амплитуди при непрекъсната работа при пълно натоварване. Амплитуди до 200 μm могат лесно да се изпълняват при работа 24/7. Възможността за работа с ултразвуков диспергатор при високи амплитуди и за прецизно регулиране на амплитудата е необходима, за да се адаптират условията на ултразвуковия процес за оптимално формулиране на силно напълнени нано-суспензии, нано-подсилени полимерни смеси и нанокомпозити.
Освен ултразвуковата амплитуда, налягането е друг много важен параметър на процеса. При повишено налягане интензивността на ултразвуковата кавитация и нейните сили на срязване се засилват. Ултразвуковите реактори на Hielscher могат да бъдат под налягане, като по този начин се получават засилени резултати от ултразвука.
Мониторингът на процеса и записването на данни са важни за непрекъснатата стандартизация на процеса и качеството на продукта. Щепселните сензори за налягане и температура се свързват с ултразвуковия генератор за наблюдение и контрол на процеса на ултразвукова дисперсия. Всички важни параметри на обработката като ултразвукова енергия (нетна + обща), температура, налягане и време се протоколират автоматично и се съхраняват на вградена SD-карта. Чрез достъп до автоматично записаните данни за процеса можете да преразгледате предишни пускания на ултразвук и да оцените резултатите от процеса.
Друга удобна за потребителя функция е дистанционното управление на браузъра на нашите цифрови ултразвукови системи. Чрез дистанционно управление на браузъра можете да стартирате, спирате, настройвате и наблюдавате вашия ултразвуков процесор дистанционно отвсякъде.
Свържете се с нас сега, за да научите повече за нашите високоефективни ултразвукови хомогенизатори за фрезоване и нанодисперсии!
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: