Мощен ултразвук за третиране на частици: бележки по приложението

За да изразят напълно характеристиките си, частиците трябва да бъдат деагломерирани и равномерно диспергирани, така че частиците’ повърхността е налична. Мощните ултразвукови сили са известни като надеждни инструменти за диспергиране и фрезоване, които засичат частици до субмикронни и наноразмери. Освен това ултразвукът позволява да се модифицират и функционализират частиците, например чрез покриване на наночастици с метален слой.

По-долу ще намерите селекция от частици и течности със съответните препоръки, как да се третира материалът, за да се смила, диспергира, деагломерира или модифицира частиците с помощта на ултразвуков хомогенизатор.

Как да приготвите праховете и частиците си чрез мощна соникация.

По азбучен ред:

аеросил

Ултразвуково приложение:
Дисперсии на частици Silica Aerosil OX50 в милипориста вода (pH 6) са получени чрез диспергиране на 5,0 g прах в 500 ml вода с помощта на ултразвуков процесор с висока интензивност UP200S (200W; 24kHz). Силициевите дисперсии се приготвят в дестилиран воден разтвор (рН = 6) при ултразвуково облъчване с UP200S в продължение на 15 минути, последвано от енергично разбъркване в продължение на 1 ч. За регулиране на рН се използва HCl. Съдържанието на твърдо вещество в дисперсиите е 0,1% (w/v).
Препоръка за устройство:
UP200S
Препратка/изследователска статия:
Лисеа-Клавери, А.; Шварц, С.; Щайнбах, Ch.; Понсе-Варгас, С. М.; Генест, С. (2013): Комбинация от естествени и термочувствителни полимери при флокулация на фини силициеви дисперсии. Международно списание по въглехидратна химия 2013.

Ал₂O₃-вода Нанофлуиди

Ултразвуково приложение:
Ал₂O₃-водните нано течности могат да бъдат приготвени чрез следните стъпки: Първо, претеглете масата на Al₂O₃ наночастици чрез цифрова електронна везна. След това сложете Ал₂O₃ наночастици в претеглената дестилирана вода постепенно и разбъркват Al₂O₃-водна смес. Соникирайте сместа непрекъснато в продължение на 1 час с ултразвуков уред тип сонда UP400S (400W, 24kHz) за получаване на равномерна дисперсия на наночастици в дестилирана вода.
Нанофлуидите могат да бъдат приготвени в различни фракции (0,1%, 0,5% и 1%). Не са необходими промени в повърхностноактивното вещество или рН.
Препоръка за устройство:
UP400S
Препратка/изследователска статия:
Исфахани, А. Х. М.; Хейхат, М. М. (2013): Експериментално изследване на потока на нанофлуидите в микромодел като пореста среда. Международно списание за нанонаука и нанотехнологии 9/2, 2013. 77-84.

Ултразвуковата дисперсия на алуминиев оксид (Al2O3) води до значително намаляване на размера на частиците и равномерна дисперсия.

Силициеви частици с бохемитно покритие

Ултразвуково приложение:
Силициевите частици са покрити със слой от бьомит: За да се получи идеално чиста повърхност без органични вещества, частиците се нагряват до 450°C. След смилане на частиците с цел разграждане на агломератите се приготвя водна суспензия от 6 об.% (≈70 ml) и се стабилизира при рН 9 чрез добавяне на три капки разтвор на амоний. След това суспензията се деагломерира чрез ултразвук с UP200S при амплитуда 100% (200 W) за 5 мин. След нагряване на разтвора до над 85°C се добавят 12,5 g алуминиев сек-бутоксид. Температурата се поддържа на 85-90°C в продължение на 90 мин., а суспензията се разбърква с магнитна бъркалка по време на цялата процедура. След това суспензията се държи при непрекъснато бъркане, докато се охлади до под 40°C. След това стойността на рН се коригира до 3 чрез добавяне на солна киселина. Веднага след това суспензията се ултразвукова в ледена баня. Прахът се измива чрез разреждане и последващо центрофугиране. След отстраняване на супернатанта частиците се изсушават в сушилня при 120°C. Накрая се прилага термична обработка на частиците при 300°C в продължение на 3 часа.
Препоръка за устройство:
UP200S
Препратка/изследователска статия:
Wyss, H. M. (2003): Микроструктура и механично поведение на концентрирани гелове от частици. Дисертация Швейцарски федерален технологичен институт 2003 г. стр.71.

Синтез на нанокомпозити на кадмий(II)-тиоацетамид

Ултразвуково приложение:
Кадмиев(II)-тиоацетамидните нанокомпозити са синтезирани в присъствието и отсъствието на поливинилов алкохол по сонохимичен път. За сонохимичния синтез (соно-синтез) 0,532 g кадмиев (II) ацетат дихидрат (Cd(CH3COO)2,2H2O), 0,148 g тиоацетамид (TAA, CH3CSNH2) и 0,664 g калиев йодид (KI) са разтворени в 20 ml двойно дестилирана дейонизирана вода. Това решение беше ултразвуково с ултразвуков ултразвук тип сонда с висока мощност UP400S (24 kHz, 400W) при стайна температура за 1 час. По време на ултразвука на реакционната смес температурата се повишава до 70-80 градуса С, измерена от термодвойка желязо-константин. След един час се образува ярко жълта утайка. Изолира се чрез центрофугиране (4 000 об/мин, 15 минути), измива се с двойна дестилирана вода и след това с абсолютен етанол, за да се отстранят остатъчните примеси и накрая се изсушава на въздух (добив: 0,915 g, 68%). 200°C. За да се получи полимерен нанокомпозит, 1.992 g поливинилов алкохол се разтварят в 20 ml двойно дестилирана дейонизирана вода и след това се добавят в горния разтвор. Тази смес е облъчена ултразвуково с UP400S за 1 час, когато се образува ярко оранжев продукт.
Резултатите от SEM показват, че в присъствието на PVA размерите на частиците намаляват от около 38 nm на 25 nm. След това синтезирахме хексагонални CdS наночастици със сферична морфология от термично разлагане на полимерния нанокомпозит, кадмий(II)- тиоацетамид/PVA като прекурсор. Размерът на CdS наночастиците е измерен както чрез XRD, така и чрез SEM и резултатите са в много добро съответствие помежду си.
Ranjbar et al. (2013) също установиха, че полимерният Cd(II) нанокомпозит е подходящ прекурсор за получаване на наночастици кадмиев сулфид с интересни морфологии. Всички резултати показват, че ултразвуковият синтез може да се използва успешно като прост, ефективен, евтин, екологичен и много обещаващ метод за синтез на наноразмерни материали без нужда от специални условия, като висока температура, дълго време за реакция и високо налягане.
Препоръка за устройство:
UP400S
Препратка/изследователска статия:
Ранджбар, М.; Мостафа Юсефи, М.; Нозари, Р.; Шешмани, С. (2013): Синтез и характеризиране на кадмиево-тиоацетамидни нанокомпозити. Int. J. Nanosci. Нанотехнол. 9/4, 2013. 203-212.

CaCO₃

Ултразвуково приложение:
Ултразвуково покритие от наноутаен CaCO₃ (NPCC) със стеаринова киселина е извършено, за да се подобри нейната дисперсия в полимер и да се намали агломерацията. 2 g непокрит наноутаен CaCO₃ (NPCC) е облъчен с UP400S в 30 мл етанол. 9 тегловни % стеаринова киселина е разтворена в етанол. След това етанол със стаеринова киселина се смесва с сонифицираната суспензия.
Препоръка за устройство:
UP400S със сонотроде с диаметър 22 мм (H22D) и проточна клетка с охлаждаща риза
Препратка/изследователска статия:
Коу, К. У.; Абдула, Е. К.; Азиз, А. Р. (2009): Ефекти на ултразвука при покриване на наноутаен CaCO3 със стеаринова киселина. Азиатско-тихоокеански вестник по химическо инженерство 4/5, 2009. 807-813.

целулозни нанокристали

Ултразвуково приложение:
Целулозни нанокристали (CNC), получени от евкалиптови целулозни CNC: Целулозните нанокристали, получени от евкалиптова целулоза, са модифицирани чрез реакция с метил адипоил хлорид, CNCm или със смес от оцетна и сярна киселина, CNCa. Следователно, лиофилизираните CNC, CNCm и CNCa се диспергират повторно в чисти разтворители (EA, THF или DMF) при 0,1 тегловни % чрез магнитно разбъркване през нощта при 24 ± 1 °C, последвано от 20 минути ултразвук с помощта на ултразвуков апарат тип сонда UP100H. Ултразвукът се извършва със 130 W/cm² интензивност при 24 ± 1 °C. След това CAB се добавя към CNC дисперсията, така че крайната концентрация на полимера е 0,9 тегловни процента.
Препоръка за устройство:
UP100H
Препратка/изследователска статия:
Blachechen, L. S.; де Мескита, Дж. де Паула, Е. Л.; Перейра, Ф. В.; Петри, Д. Ф. С. (2013): Взаимодействие на колоидната стабилност на целулозните нанокристали и тяхната диспергируемост в целулозната ацетат бутират матрица. Целулоза 20/3, 2013. 1329-1342.

Силиан, легиран с цериев нитрат

Ултразвуково приложение:
Като метални основи са използвани студено валцувани панели от въглеродна стомана (6,5 см 6,5 см 0,3 см; химически почистени и механично полирани). Преди нанасянето на покритието панелите се почистват ултразвуково с ацетон, след което се почистват с алкален разтвор (0,3 molL 1 разтвор на NaOH) при 60°C за 10 минути. За използване като грунд, преди предварителната обработка на субстрата, типична формула, включваща 50 части γ-глицидоксипропилтриметоксисилан (γ-GPS), се разрежда с около 950 части метанол в рН 4,5 (коригирано с оцетна киселина) и се позволява хидролиза на силан. Процедурата за приготвяне на легиран силан с пигменти от цериев нитрат е същата, с изключение на това, че 1, 2, 3 тегловни % цериев нитрат се добавят към разтвора на метанол преди добавянето на (γ-GPS), след което този разтвор се смесва с бъркалка на витлото при 1600 об / мин в продължение на 30 минути при стайна температура. След това дисперсиите, съдържащи цериев нитрат, се озвучават в продължение на 30 минути при 40°C с външна охлаждаща вана. Процесът на ултразвук се извършва с ултразвуковия апарат UIP1000hd (1000W, 20 kHz) с входна ултразвукова мощност около 1 W/mL. Предварителната обработка на основата се извършва чрез изплакване на всеки панел за 100 секунди със съответния разтвор на силан. След обработката панелите се оставят да изсъхнат при стайна температура в продължение на 24 часа, след което предварително обработените панели са покрити с епоксидна смола, втвърдена с амини. (Epon 828, shell Co.) за получаване на дебелина на мокрия филм 90 μm. Панелите с епоксидно покритие бяха оставени да се втвърдяват за 1 час при 115°C, след втвърдяване на епоксидни покрития; дебелината на сухия филм беше около 60 μm.
Препоръка за устройство:
UIP1000hd
Препратка/изследователска статия:
Заферани, С.Х.; Пейкари, М.; Заарей, Д.; Danaei, I. (2013): Електрохимични ефекти на предварителна обработка със силан, съдържаща цериев нитрат, върху катодните свойства на разединяване на стомана с епоксидно покритие. Вестник за адхезионна наука и технологии 27/22, 2013 г. 2411–2420.

Глина: дисперсия/фракциониране

Ултразвуково приложение:
Фракциониране с размер на частици: За изолиране < 1 μm частици от частици 1-2 μm, частици с размер на глина (< 2 μm) са разделени в ултразвуково поле и чрез последващо прилагане на различни скорости на утаяване.
Частиците с размер на глина (< 2 μm) са разделени чрез ултразвук с входяща енергия от 300 J mL^-1 (1 мин.) използване на ултразвуков дезинтегратор тип сонда UP200S (200W, 24kHz), оборудван със сонотроде S7 с диаметър 7 мм. След ултразвуково облъчване пробата се центрофугира при 110 x g (1000 об / мин) за 3 минути. Фазата на утаяване (фракциониране остатък) е използвана след това при фракциониране на плътност за изолиране на фракциите с плътност на светлината и се получава плаваща фаза (< 2 μm фракция) се прехвърля в друга епруветка за центрофугиране и се центрофугира при 440 x g (2000 об/мин) за 10 минути, за да се отдели < 1 μm фракция (супернатанта) от 1-2 μm фракция (утайка). Супернатантът, съдържащ < 1 μm фракция се прехвърля в друга епруветка за центрофугиране и след добавяне на 1 ml MgSO₄ центрофугира се при 1410 x g (4000 об / мин) за 10 минути, за да се декантира останалата вода.
За да се избегне прегряване на пробата, процедурата се повтаря 15 пъти.
Препоръка за устройство:
UP200S със S7 или UP200St с S26d7
Препратка/изследователска статия:
Якубовска, Й. (2007): Ефект на типа вода за напояване върху фракциите на органичната материя на почвата (SOM) и техните взаимодействия с хидрофобни съединения. Дисертация, Университет "Мартин-Лутер", Хале-Витенберг, 2007 г.

Глина: Ексфолиране на неорганична глина

Ултразвуково приложение:
Неорганичната глина е ексфолирана, за да се получат нанокомпозити на основата на пулулан за дисперсия на покритието. Следователно, фиксирано количество пулулан (4 тегловни % мокра основа) се разтваря във вода при 25 градуса по С за 1 час при леко разбъркване (500 об / мин). В същото време глиненият прах, в количество, вариращо от 0,2 и 3,0 тегловни %, се диспергира във вода при енергично разбъркване (1000 об / мин) за 15 минути. Получената дисперсия е ултразвукова с помощта на UP400S (мощност_Макс = 400 W; честота = 24 kHz) ултразвуково устройство, оборудвано с титаниев сонотрод H14, диаметър на върха 14 mm, амплитуда_Макс = 125 μm; интензитет на повърхността = 105 Wcm^-2) при следните условия: 0,5 цикъла и 50 % амплитуда. Продължителността на ултразвуковата обработка варира в зависимост от експерименталния дизайн. След това разтворът на органичния пулулан и неорганичната дисперсия се смесват заедно при леко разбъркване (500 оборота в минута) за допълнителни 90 минути. След смесването концентрациите на двата компонента съответстват на съотношение неорганично/органично (I/O), вариращо от 0,05 до 0,75. Разпределение по размер във водната дисперсия на Na⁺-MMT глините преди и след ултразвукова обработка са оценени с помощта на анализатор на наночастици IKO-Sizer CC-1.
За фиксирано количество глини най-ефективното време за ултразвук е 15 минути, докато по-дългото ултразвуково лечение увеличава P'O₂ стойност (поради реагрегация), която отново намалява при най-високото време на ултразвук (45 минути), вероятно поради фрагментацията както на тромбоцитите, така и на тактоидите.
Според експерименталната настройка, възприета в дисертацията на Интроци, енергийна единица мощност от 725 Ws mL^-1 е изчислено за 15-минутното лечение, докато удълженото време за ултразвук от 45 минути дава единица консумация на енергия от 2060 Ws ml^-1. Това би позволило да се спести доста голямо количество енергия по време на целия процес, което в крайна сметка ще се отрази на крайните разходи за производителност.
Препоръка за устройство:
UP400S със сонотроде H14
Препратка/изследователска статия:
Интроци, Л. (2012): Разработване на високоефективни биополимерни покрития за приложения за опаковки на храни. Дисертация Университет в Милано 2012.

проводимо мастило

Ултразвуково приложение:
Проводимото мастило се получава чрез диспергиране на частиците Cu+C и Cu+CNT с дисперсанти в смесен разтворител (публикация IV). Диспергаторите са три диспергиращи агента с високо молекулно тегло, DISPERBYK-190, DISPERBYK-198 и DISPERBYK-2012, предназначени за дисперсии на сажди на водна основа от BYK Chemie GmbH. Като основен разтворител е използвана нейонизирана вода (DIW). Като съразтворители са използвани етилен гликол монометилов етер (EGME) (Sigma-Aldrich), монобутилов етер на етилен гликол (EGBE) (Merck) и n-пропанол (Honeywell Riedel-de Haen).
Смесената суспензия се овлажнява за 10 минути в ледена баня с помощта на UP400S ултразвуков процесор. След това спирането беше оставено да се установи за един час, последвано от декантиране. Преди въртене на покритие или печат, суспензията се ултразвукова във вана за 10 минути.
Препоръка за устройство:
UP400S
Препратка/изследователска статия:
Forsman, J. (2013): Производство на Co, Ni и Cu наночастици чрез водородна редукция. Дисертация VTT Финландия 2013.

Ултразвукът е високоефективен за намаляване на размера на частиците и дисперсия на пигментите в мастиленоструйното мастило.

Меден фатлоцианин

Ултразвуково приложение:
Разлагане на металофталоцианини
Медният фатлоцианин (CuPc) се овлажнява с вода и органични разтворители при стайна температура и атмосферно налягане в присъствието на окислител като катализатор с помощта на 500W ултразвуков UIP500hd с проточна камера. Интензивност на звука: 37–59 W/cm², смес от проби: 5 ml проба (100 mg/L), 50 D/D вода с холоформ и пиридин при 60 % от ултразвуковата амплитуда. Температура на реакцията: 20°C при атмосферно налягане.
Скорост на унищожаване до 95% в рамките на 50 минути след ултразвука.
Препоръка за устройство:
UIP500hd

Дибутирилхитин (DBCH)

Ултразвуково приложение:
Дългите полимерни макромолекули могат да бъдат разбити чрез ултразвук. Ултразвуковото намаляване на моларната маса позволява да се избегнат нежелани странични реакции или отделяне на странични продукти. Смята се, че ултразвуковото разграждане, за разлика от химическото или термичното разлагане, е неслучаен процес, като разцепването се извършва приблизително в центъра на молекулата. Поради тази причина по-големите макромолекули се разграждат по-бързо.
Експериментите са извършени с помощта на ултразвуков генератор UP200S оборудван със сонотроде S2. Ултразвуковата настройка беше при 150 W входяща мощност. Използвани са разтвори на дибутирилхитин в диметилацетамид, в концентрация на първия 0,3 g/100 cm3 с обем 25 cm3. Сонотродът (ултразвукова сонда / рог) е потопен в полимерен разтвор на 30 mm под нивото на повърхността. Разтворът се поставя на термостатирана водна баня, поддържана при 25°C. Всеки разтвор е облъчен за предварително определен интервал от време. След това разтворът се разрежда 3 пъти и се подлага на хроматографски анализ за изключване на размера.
Представените резултати показват, че дибутирилхитинът не се разрушава чрез силов ултразвук, но има разграждане на полимера, което се разбира като контролирана сонохимична реакция. Следователно ултразвукът може да се използва за намаляване на средната моларна маса на дибутирилхитин и същото се отнася и за съотношението на средното тегло към средната моларна маса. Наблюдаваните промени се засилват чрез увеличаване на ултразвуковата мощност и продължителността на сонификацията. Наблюдава се и значителен ефект на началната моларна маса върху степента на разграждане на DBCH при изследвано състояние на сонификация: колкото по-висока е първоначалната моларна маса, толкова по-голяма е степента на разграждане.
Препоръка за устройство:
UP200S
Препратка/изследователска статия:
Шумилевиц, Дж.; Pabin-Szafko, B. (2006): Ултразвуково разграждане на дибуйилхитин. Полско хитинско общество, монография XI, 2006. 123-128.

Фероцин на прах

Ултразвуково приложение:
Сонохимичен начин за приготвяне на SWNCNT: Силициев диоксид на прах (диаметър 2–5 mm) се добавя към разтвор от 0,01 mol% фероцен в p-ксилол, последвано от ултразвук с UP200S оборудван със сонда с титаниев връх (сонотроде S14). Ултразвукът се извършва в продължение на 20 мин. при стайна температура и атмосферно налягане. Чрез ултразвуков синтез се произвеждат SWCNTs с висока чистота на повърхността на силициев диоксид на прах.
Препоръка за устройство:
UP200S с ултразвукова сонда S14
Препратка/изследователска статия:
Шринивасан С. (2005): ЗВУКОВ метод за синтез на едностенни въглеродни нанотръби при условия на околната среда. Текуща наука 88/1, 2005. 12-13.

Летлива пепел / метакаолинит

Ултразвуково приложение:
Тест за извличане: 100 ml разтвор за извличане се добавят към 50 g от твърдата проба. Интензивност на звука: макс. 85 W/cm² с UP200S на водна баня при температура 20°C.
Геополимеризация: Суспензията се смесва с UP200S ултразвуков хомогенизатор за геополимеризация. Интензитетът на звука беше макс. 85 W/cm². За охлаждане ултразвукът се извършва на ледена водна баня.
Прилагането на силов ултразвук за геополимеризация води до увеличаване на якостта на натиск на образуваните геополимери и увеличаване на якостта с повишена ултразвук до определено време. Разтварянето на метакаолинит и летлива пепел в алкални разтвори се засилва чрез ултразвук, тъй като повече Al и Si се освобождават в гел фазата за поликондензация.
Препоръка за устройство:
UP200S
Препратка/изследователска статия:
Фън, Д.; Тан, Х.; van Deventer, J. S. J. (2004): Ултразвукова подобрена геополимеризация. Вестник за материалознание 39/2, 2004. 571-580

графен

Ултразвуково приложение:
Чистите графенови листове могат да бъдат произведени в големи количества, както е показано от работата на Stengl et al. (2011) по време на производството на нестехиометрични TiO₂ Графен нано композит чрез термична хидролиза на суспензия с графенови нанолистове и комплекс Titania Peroxo. Чистите графенови нанолистове са произведени от естествен графит при силова ултразвукова реакция със 1000W ултразвуков процесор UIP1000hd в камера на ултразвуков реактор с високо налягане при 5 barg. Получените графенови листове се характеризират с висока специфична повърхност и уникални електронни свойства. Изследователите твърдят, че качеството на ултразвуково приготвения графен е много по-високо от графена, получен по метода на Хумер, където графитът се ексфолира и окислява. Тъй като физическите условия в ултразвуковия реактор могат да бъдат прецизно контролирани и с предположението, че концентрацията на графен като легиране ще варира в диапазона от 1 до 0,001%, производството на графен в непрекъсната система в търговски мащаб е възможно.
Препоръка за устройство:
UIP1000hd
Препратка/изследователска статия:
Стенгъл, В.; Попелкова, Д.; Vlácil, P. (2011): TiO2-графенови нанокомпозити като високоефективни фотокатализатори. В: Списание по физическа химия C 115/2011. С. 25209-25218.
Кликнете тук, за да прочетете повече за ултразвуковото производство и приготвянето на графен!

графенов оксид

Ултразвуково приложение:
Слоевете графенов оксид (GO) са приготвени по следния начин: 25 mg графенов оксид на прах са добавени в 200 ml дейонизирана вода. Чрез разбъркване те получават нехомогенна кафява суспензия. Получените суспензии са ултразвукови (30 min, 1,3 × 105J) и след изсушаване (при 373 K) се получава ултразвуково обработен графенов оксид. FTIR спектроскопията показа, че ултразвуковата обработка не променя функционалните групи на графеновия оксид.
Препоръка за устройство:
UP400S
Препратка/изследователска статия:
О, У. Ч.; Чен, М. Л.; Джан, К.; Джан, Ф. Дж.; Jang, WK (2010): Ефектът на термичната и ултразвуковата обработка върху образуването на графено-оксидни нанолистове. Вестник на Корейското физическо дружество 4/56, 2010. С. 1097-1102.
Кликнете тук, за да прочетете повече за ексфолирането и подготовката на ултразвуков графен!

Космати полимерни наночастици чрез разграждане на поли(винилов алкохол)

Ултразвуково приложение:
Проста едноетапна процедура, базирана на сонохимичното разграждане на водоразтворими полимери във воден разтвор в присъствието на хидрофобен мономер, води до функционални космати полимерни частици в серум без остатъци. Всички полимеризации са извършени в 250 ml двустенен стъклен реактор, оборудван с прегради, температурен сензор, магнитна бъркалка и Hielscher САЩ 200-Те ултразвуков процесор (200 W, 24 kHz), оборудван с титаниев сонотрод S14 (диаметър = 14 mm, дължина = 100 mm).
Разтвор на поливинилов алкохол (PVOH) се приготвя чрез разтваряне на точно количество PVOH във вода, за една нощ при 50°C при енергично разбъркване. Преди полимеризацията разтворът PVOH се поставя вътре в реактора и температурата се регулира до желаната температура на реакцията. Разтворът на PVOH и мономерът се продухват отделно за 1 час с аргон. Необходимото количество мономер се добавя по капки към разтвора на PVOH при енергично разбъркване. Впоследствие прочистването с аргон беше отстранено от течността и ултразвукът с UP200S започна с амплитуда от 80%. Тук трябва да се отбележи, че използването на аргон служи за две цели: (1) отстраняване на кислород и (2) е необходимо за създаване на ултразвукови кавитации. Следователно непрекъснатият поток от аргон по принцип би бил от полза за полимеризацията, но се получава прекомерно разпенване; Процедурата, която следвахме тук, избегна този проблем и беше достатъчна за ефективна полимеризация. Пробите се изтеглят периодично, за да се наблюдава преобразуването чрез гравиметрия, разпределение на молекулното тегло и/или разпределението на размера на частиците.
Препоръка за устройство:
САЩ 200-Те
Препратка/изследователска статия:
Смитс, Н. М. Б.; Е-Рамдани, М.; Ван Хал, R. C. F.; Гомес Сантана, С.; Квелевър, К.; Meuldijk, J.; Ван Херк, Дж. M.; Heuts, J. P. A. (2010): Прост едностъпков сонохимичен път към функционални космати полимерни наночастици. Мека материя, 6, 2010. 2392-2395.

HiPco-SWCNTs

Ултразвуково приложение:
Дисперсия на HiPco-SWCNTs с UP400S: Във флакон от 5 ml 0,5 mg окислени HiPcoTM SWCNTs (0,04 mmol въглерод) са суспендирани в 2 ml дейонизирана вода от ултразвуков процесор UP400S за да се получи суспензия с черен цвят (0,25 mg/ml SWCNTs). Към тази суспензия се добавят 1,4 μL разтвор на PDDA (20 тегло/%, молекулно тегло = 100 000-200 000) и сместа се смесва във вихр в продължение на 2 минути. След допълнително ултразвук на водна баня от 5 минути, суспензията от нанотръби се центрофугира при 5000 g за 10 минути. Супернатантът е взет за измервания на AFM и впоследствие функционализиран със siRNA.
Препоръка за устройство:
UP400S
Препратка/изследователска статия:
Юнг, А. (2007): Функционални материали на базата на въглеродни нанотръби. Дисертация Университет Фридрих Александър Ерланген-Нюрнберг 2007 г.

Хидроксиапатит биокерамика

Ултразвуково приложение:
За синтеза на нано-HAP, 40 ml разтвор с 0,32M Ca(NO₃)² ⋅ 4Ч₂O беше поставен в малка чаша. След това рН на разтвора се коригира до 9,0 с приблизително 2,5 ml амониев хидроксид. След това разтворът е ултразвуков с ултразвуковия процесор UP50H (50 W, 30 kHz), оборудван със сонотрод MS7 (диаметър на клаксона 7 mm), настроен на максимална амплитуда от 100% за 1 час. В края на първия час 60 ml разтвор от 0,19M [KH₂ОП₄] след това бавно се добавя по капки в първия разтвор, докато се подлага на втори час ултразвуково облъчване. По време на процеса на смесване стойността на pH се проверява и поддържа на 9, докато съотношението Ca/P се поддържа на 1,67. След това разтворът се филтрира с помощта на центрофугиране (~2000 g), след което получената бяла утайка се разпределя в няколко проби за термична обработка. Направени са два комплекта проби, първият се състои от дванадесет проби за термична обработка в тръбна пещ, а вторият се състои от пет проби за микровълнова обработка
Препоръка за устройство:
UP50H
Препратка/изследователска статия:
Пойнерн, Г. ДЖ. Е.; Брундаванам, Р.; Тхи Ле, Х.; Джорджевич, С.; Прокич, М.; Фосет, Д. (2011): Термично и ултразвуково влияние при образуването на биокерамика в нанометров мащаб хидроксиапатит. Международно списание по наномедицина 6, 2011. 2083-2095.

Ултразвуково редуциран и диспергиран калциево-хидроксиапатит

Неорганичен фулерен-подобен WS₂ наночастици

Ултразвуково приложение:
Ултразвук по време на електроотлагане на неорганичен фулерен (IF)-подобен WS₂ Наночастиците в никеловата матрица водят до по-равномерно и компактно покритие. Освен това прилагането на ултразвук има значителен ефект върху тегловния процент на частиците, включени в металното находище. По този начин теглото на IF-WS₂ частиците в никеловата матрица се увеличават от 4,5 тегловни % (във фолиата, отглеждани само при механично разбъркване) до около 7 тегловни % (във фолиата, приготвени при ултразвук при 30 W cm^-2 на ултразвуков интензитет).
Ni/IF-WS₂ нанокомпозитните покрития са електролитично депонирани от стандартна вана с никел Ватс, към която промишлен клас IF-WS₂ (неорганични фулерени-WS₂) бяха добавени наночастици.
За експеримента IF-WS₂ се добавят към електролитите на никел Ватс и суспензиите се разбъркват интензивно с помощта на магнитна бъркалка (300 оборота в минута) в продължение на най-малко 24 часа при стайна температура преди експериментите с кодова позиция. Непосредствено преди процеса на електроотлагане, суспензиите се подлагат на 10 минути ултразвукова предварителна обработка, за да се избегне агломерация. За ултразвуково облъчване, UP200S ултразвуков ултразвук тип сонда със сонотрод S14 (диаметър на върха 14 mm) е настроен при 55% амплитуда.
За експериментите с кодова позиция са използвани цилиндрични стъклени клетки с обем 200 ml. Покритията са нанесени върху плоски търговски катоди от мека стомана (клас St37) от 3 см². Анодът беше чисто никелово фолио (3 см²), разположени отстрани на съда, лице в лице към катода. Разстоянието между анода и катода беше 4 см. Субстратите се обезмасляват, изплакват се в студена дестилирана вода, активират се в 15% разтвор на HCl (1 мин.) и отново се изплакват в дестилирана вода. Електрокодовата позиция се извършва при постоянна плътност на тока от 5,0 A dm^-2 в продължение на 1 час с помощта на DC захранване (5 A/30 V, BLAUSONIC FA-350). За да се поддържа равномерна концентрация на частици в насипния разтвор, по време на процеса на електроотлагане са използвани два метода на разбъркване: механично разбъркване с магнитна бъркалка (ω = 300 об / мин), разположена в долната част на клетката, и ултразвук с ултразвуково устройство тип сонда UP200S. Ултразвуковата сонда (сонотрод) беше директно потопена в разтвора отгоре и точно позиционирана между работните и контра електродите по начин, по който нямаше екраниране. Интензитетът на ултразвука, насочен към електрохимичната система, се променя чрез контролиране на ултразвуковата амплитуда. В това проучване амплитудата на вибрациите е коригирана до 25, 55 и 75% в непрекъснат режим, съответстващ на ултразвуков интензитет от 20, 30 и 40 W cm^-2 съответно измерено от процесор, свързан към ултразвуков измервател на мощност (Hielscher Ultrasonics). Температурата на електролита се поддържа на 55◦C с помощта на термостат. Температурата се измерва преди и след всеки експеримент. Повишаването на температурата поради ултразвукова енергия не надвишава 2–4◦C. След електролиза пробите се почистват ултразвуково в етанол за 1 минути, за да се отстранят слабо адсорбираните частици от повърхността.
Препоръка за устройство:
UP200S с ултразвуков клаксон / сонотроде S14
Препратка/изследователска статия:
Гарсия-Лечина, Е.; Гарсия-Урутия, И.; Диаза, Дж.А.; Форнел, Б.; Пелисър, Е.; Sort, J. (2013): Кодиране на неорганични фулереноподобни WS2 наночастици в електродепонирана никелова матрица под въздействието на ултразвуково разбъркване. Electrochimica Acta 114, 2013. 859-867.

Синтез на латекс

Ултразвуково приложение:
Приготвяне на P(St-BA) латекс
P(St-BA) поли(стирен-р-бутил акрилат) P(St-BA) латексни частици са синтезирани чрез емулсионна полимеризация в присъствието на повърхностноактивно вещество DBSA. 1 g DBSA първо се разтваря в 100 ml вода в колба с три гърла и стойността на pH на разтвора се коригира на 2,0. Смесени мономери от 2,80 g St и 8,40 g BA с инициатора AIBN (0,168 g) се изсипват в разтвора на DBSA. O/W емулсията се приготвя чрез магнитно разбъркване в продължение на 1 час, последвано от ултразвук с UIP1000hd Оборудван с ултразвуков клаксон (сонда/ сонод) за още 30 минути в ледената баня. Накрая полимеризацията се извършва при 90 градуса по С в маслена баня за 2 часа под азотна атмосфера.
Препоръка за устройство:
UIP1000hd
Препратка/изследователска статия:
Производство на гъвкави проводими филми, получени от поли(3,4-етилендиокситиофен)еполи (стиренсулфонова киселина) (PEDOT:PSS) върху субстрата от нетъкан текстил. Химия и физика на материалите 143, 2013. 143-148.
Кликнете тук, за да прочетете повече за соно-синтеза на латекс!

Отстраняване на олово (соно-извличане)

Ултразвуково приложение:
Ултразвуково извличане на олово от замърсена почва:
Експериментите с ултразвуково извличане са извършени с ултразвуков апарат UP400S с титаниева звукова сонда (диаметър 14 мм), която работи на честота 20kHz. Ултразвуковата сонда (сонотрод) е калориметрично калибрирана с ултразвуков интензитет, настроен на 51 ± 0,4 W cm^-2 за всички експерименти с излугване на соно. Експериментите с излугване на соно са термостатирани с помощта на стъклена клетка с плоско дъно при 25 ± 1°C. Три системи са използвани като разтвори за извличане на почвата (0,1 л) при ултразвук: 6 ml от 0,3 mol L^-2 разтвор на оцетна киселина (рН 3,24), 3% (v/v) разтвор на азотна киселина (рН 0,17) и буфер от оцетна киселина/ацетат (рН 4,79), приготвен чрез смесване на 60 ml 0f 0,3 mol L^-1 оцетна киселина с 19 ml 0,5 mol L^-1 НаОХ. След процеса на излугване пробите се филтрират с филтърна хартия, за да се отдели разтворът на инфилтрат от почвата, последвано от оловно електроотлагане на разтвора на инфилтрата и разграждане на почвата след прилагане на ултразвук.
Доказано е, че ултразвукът е ценен инструмент за подобряване на инфилтрата на олово от замърсена почва. Ултразвукът също е ефективен метод за почти пълно отстраняване на излужваемото олово от почвата, което води до много по-малко опасна почва.
Препоръка за устройство:
UP400S със сонотроде H14
Препратка/изследователска статия:
Сандовал-Гонсалес, А.; Силва-Мартинес, С.; Блас-Амадор, Г. (2007): Ултразвуково извличане и електрохимична обработка, комбинирани за отстраняване на олово в почвата. Списание за нови материали за електрохимични системи 10, 2007. 195-199.

Подготовка на суспензия от наночастици

Ултразвуково приложение:
За приготвяне на суспензиите на наночастиците са използвани голи nTiO2 (5 nm чрез трансмисионна електронна микроскопия (TEM)) и nZnO (20 nm чрез TEM) и полимерно покрити nTiO2 (3-4 nm от TEM) и nZnO (3-9 nm от TEM). Кристалната форма на NP е анатаз за nTiO2 и аморфна за nZnO.
0.1 g прах от наночастици се претегля в чаша от 250 ml, съдържаща няколко капки дейонизирана (DI) вода. След това наночастиците се смесват с шпатула от неръждаема стомана и чашата се пълни до 200 ml с DI вода, разбърква се и след това се ултразвукова за 60 секунди при 90% амплитуда с амплитуда на Хилшер UP200S ултразвуков процесор, даващ 0,5 g/L суспензия. Всички суспендирани запаси бяха задържани за максимум два дни при 4°C.
Препоръка за устройство:
UP200S или UP200St
Препратка/изследователска статия:
Петоза, А. Р. (2013): Транспорт, отлагане и агрегиране на наночастици от метален оксид в наситени гранулирани порести среди: роля на химията на водата, повърхността на колектора и покритието на частиците. Дисертация Университет Макгил Монреал, Квебек, Канада 2013 г. 111-153.
Кликнете тук, за да научите повече за ултразвуковата дисперсия на наночастици!

Утаяване на магнетитни наночастици

Ултразвуково приложение:
Магнетитът (Fe₃O₄) наночастиците се получават чрез съвместно утаяване на воден разтвор на железен (III) хлорид хексахидрат и железен (II) сулфатен хептахидрат с моларно съотношение Fe3+/Fe2+ = 2:1. Железният разтвор се утаява съответно с концентриран амониев хидроксид и натриев хидроксид. Реакцията на утаяване се извършва при ултразвуково облъчване, като реагентите се захранват през авиационната зона в ултразвуковата проточна камера на реактора. За да се избегне градиент на pH, утаителят трябва да се изпомпва в излишък. Разпределението на частиците по размер на магнетита е измерено с помощта на фотонна корелационна спектроскопия. Ултразвуково индуцираното смесване намалява средния размер на частиците от 12-14 nm до около 5-6 nm.
Препоръка за устройство:
UIP1000hd с реактор с поточна клетка
Препратка/изследователска статия:
Банерт, Т.; Хорст, К.; Kunz, U., Peuker, U. A. (2004): Kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen-(II,III) Oxid. ICVT, TU-Clausthal. Постер, представен на годишната среща на GVC 2004.
Банерт, Т.; Бренер, Г.; Peuker, U. A. (2006): Работни параметри на реактор с непрекъснато соно-химическо утаяване. Прок. 5. WCPT, Орландо, Флорида, 23.-27. Април 2006.
Кликнете тук, за да научите повече за ултразвуковите валежи!

Никелови прахове

Ултразвуково приложение:
Приготвяне на суспензия от Ni прахове с полиелектролит при основно рН (за предотвратяване на разтварянето и за насърчаване на развитието на обогатени с NiO видове на повърхността), полиелектролит на акрилна основа и тетраметиламониев хидроксид (TMAH).
Препоръка за устройство:
UP200S
Препратка/изследователска статия:
Мора, М.; Ленников, В.; Амаведа, Х.; Ангурел, Лос Анджелис; де ла Фуенте, Г. Ф.; Бона, М. Т.; Кмет, К.; Андрес, Дж. Sanchez-Herencia, J. (2009): Производство на свръхпроводящи покрития върху структурни керамични плочки. Приложна свръхпроводимост 19/3, 2009. 3041-3044.

ПБС – Синтез на оловни сулфидни наночастици

Ултразвуково приложение:
При стайна температура 0,151 g оловен ацетат (Pb(CH3COO)2,3H2O) и 0,03 g TAA (CH3CSNH2) се добавят към 5 ml йонна течност [EMIM] [EtSO4] и 15 ml двойна дестилирана вода в чаша от 50 ml, наложена на ултразвуково облъчване с UP200S за 7 мин. Върхът на ултразвуковата сонда/сонотрода S1 беше потопен директно в реакционния разтвор. Образуваната тъмнокафява суспензия се центрофугира, за да се извади утайката, и се измива два пъти съответно с двойна дестилирана вода и етанол, за да се отстранят нереагиралите реагенти. За да се изследва ефектът на ултразвука върху свойствата на продуктите, е изготвена още една сравнителна проба, като параметрите на реакцията се поддържат постоянни, с изключение на това, че продуктът се приготвя при непрекъснато бъркане в продължение на 24 часа без помощта на ултразвуково облъчване.
Предложен е ултразвуков синтез във водна йонна течност при стайна температура за получаване на PbS наночастици. Този екологичен екологичен метод е бърз и без шаблони, което значително съкращава времето за синтез и избягва сложните синтетични процедури. Както подготвените наноклъстери показват огромно синьо изместване от 3,86 eV, което може да се отдаде на много малък размер на частиците и квантовия ефект на задържане.
Препоръка за устройство:
UP200S
Препратка/изследователска статия:
Бехбудния, М.; Хабиби-Яндже, А.; Джафари-Тарзанаг, Й.; Ходаяри, А. (2008): Лесна и стайна температура Подготовка и характеризиране на PbS наночастици във водна [EMIM][EtSO4] йонна течност с помощта на ултразвуково облъчване. Бюлетин на Корейското химическо дружество 29/1, 2008. 53-56.

Пречистени нанотръби

Ултразвуково приложение:
След това пречистените нанотръби са суспендирани в 1,2-дихлоретан (DCE) чрез ултразвук с ултразвуково устройство с висока мощност UP400S, 400W, 24 kHz) в импулсен режим (цикли), за да се получи черно окачване. Снопове от агломерирани нанотръби впоследствие се отстраняват в етап на центрофугиране за 5 минути при 5000 оборота в минута.
Препоръка за устройство:
UP400S
Препратка/изследователска статия:
Вите, П. (2008): Амфифилни фулерени за биомедицински и оптоелектронни приложения. Дисертация Университет Фридрих Александър Ерланген-Нюрнберг 2008 г.

Композитни SAN/CNT

Ултразвуково приложение:
За диспергиране на CNT в SAN матрицата е използван UIS250V на Hielscher със сонотрод за ултразвук тип сонда. Първите CNT са разпръснати в 50 ml дестилирана вода чрез ултразвук за около 30 минути. За стабилизиране на разтвора се добавя SDS в съотношение ~1% от разтвора. След това получената водна дисперсия на CNT се комбинира с полимерната суспензия и се смесва в продължение на 30 минути с механична бъркалка Heidolph RZR 2051, след което многократно се ултразвукува в продължение на 30 минути. За анализ дисперсиите на SAN, съдържащи различни концентрации на CNT, се отливат в тефлонови форми и се сушат при температура на околната среда в продължение на 3-4 дни.
Препоръка за устройство:
UIS250v
Препратка/изследователска статия:
Bitenieks, J.; Мери, Р. М.; Зиканс, Дж.; Максимов, Р.; Василе, К.; Musteata, V. E. (2012): Стирен-акрилат/въглеродни нанотръби нанокомпозити: механични, термични и електрически свойства. В: Известия на Естонската академия на науките 61/ 3, 2012. 172–177.

Нанопрах от силициев карбид (SiC)

Ултразвуково приложение:
Нанопрахът от силициев карбид (SiC) се деагломерира и разпределя в разтвор на тетрахидрофуран на боята с помощта на Hielscher UP200S високомощен ултразвуков процесор, работещ при акустична плътност на мощността от 80 W/cm². Първоначално деагломерацията на SiC се извършва в чист разтворител с малко почистващ препарат, след което впоследствие се добавят части от боята. Целият процес отнема 30 минути и 60 минути в случай на проби, подготвени съответно за потапяне на покритие и копринен ситопечат. По време на ултрасонификацията е осигурено адекватно охлаждане на сместа, за да се избегне кипене на разтворителя. След ултразвук тетрахидрофуранът се изпарява във ротационен изпарител и втвърдителят се добавя към сместа, за да се получи подходящ вискозитет за печат. Концентрацията на SiC в получения композит е 3% wt в проби, подготвени за потапяне на покритие. За ситопечат са подготвени две партиди проби със съдържание на SiC 1 – 3% тегловно тегло за предварителни тестове за износване и триене и 1,6 – 2,4% тегловно тегло за фина настройка на композитите въз основа на резултатите от тестовете за износване и триене.
Препоръка за устройство:
UP200S
Препратка/изследователска статия:
Целиховски Г.; Псарски М.; Вишневски М. (2009): Еластичен обтегач на прежди с непрекъснат нанокомпозитен модел против износване. Влакна & Текстилът в Източна Европа 17/1, 2009. 91-96.

SWNT едностенни въглеродни нанотръби

Ултразвуково приложение:
Сонохимичен синтез: 10 mg SWNT и 30 ml 2% MCB разтвор 10 mg SWNT и 30 ml 2% MCB разтвор, UP400S Интензитет на ултразвука: 300 W/cm2, продължителност на ултразвука: 5 часа
Препоръка за устройство:
UP400S
Препратка/изследователска статия:
Кошио, А.; Юдасака, М.; Джан, М.; Iijima, S. (2001): Прост начин за химическа реакция на едностенни въглеродни нанотръби с органични материали с помощта на ултразвук. Nano Letters 1/ 7, 2001. 361–363.

Тиолирани SWCNTs

Ултразвуково приложение:
25 mg тиолирани SWCNTs (2,1 mmol въглерод) са суспендирани в 50 ml дейонизирана вода с помощта на 400W ултразвуков процесор (UP400S). Впоследствие суспензията се дава на прясно приготвения разтвор на Au(NP) и сместа се разбърква в продължение на 1 час. Au(NP)-SWCNTs се извличат чрез микрофилтрация (целулозен нитрат) и се измиват обилно с дейонизирана вода. Филтратът е червен, тъй като малкият Au(NP) (среден диаметър ≈ 13 nm) може ефективно да премине през филтърната мембрана (размер на порите 0,2 μm).
Препоръка за устройство:
UP400S
Препратка/изследователска статия:
Юнг, А. (2007): Функционални материали на базата на въглеродни нанотръби. Дисертация Университет Фридрих Александър Ерланген-Нюрнберг 2007 г.

ТиО₂ / Перлитов композит

Ултразвуково приложение:
Композитните материали TiO2 /перлит бяха подготвенини. Първоначално 5 ml титанов изопропоксид (TIPO), Aldrich 97%, се разтваря в 40 ml етанол Карло Ерба и се разбърква в продължение на 30 минути. След това се добавят 5 г перлит и дисперсията се разбърква в продължение на 60 минути. Сместа е допълнително хомогенизирана с помощта на ултразвуковия накрайник UIP1000hd. Общата входяща енергия от 1 Wh е приложена за време на ултразвук за 2 минути. Накрая суспензията се разрежда с етанол, за да се получи суспензия от 100 ml и получената течност се определя като прекурсорен разтвор (PS). Подготвеният PS е готов за обработка чрез системата за пиролиза с пламък.
Препоръка за устройство:
UIP1000hd
Препратка/изследователска статия:
Джанури, М.; Калалампалики, Т.; Тодорова, Н.; Джанакопулу, Т.; Букос, Н.; Петракис, Д.; Ваймакис, Т.; Трапалис, К. (2013): Едноетапен синтез на TiO2/перлитни композити чрез пиролиза с пламъчен спрей и тяхното фотокаталитично поведение. Международно списание за фотоенергия 2013.

Мощният ултразвук, свързан с течности, генерира интензивна кавитация. Екстремните кавитационни ефекти създават суспензии с фин прах с размери на частици в субмикрон- и нанодиапазона. Освен това се активира повърхността на частиците. Сблъсъците с микроструи и ударни вълни и междучастици имат значително въздействие върху химичния състав и физическата морфология на твърдите вещества, което може драстично да засили химическата реактивност както на органичните полимери, така и на неорганичните твърди вещества.

“Екстремните условия вътре в колабиращите мехурчета произвеждат силно реактивни видове, които могат да се използват за различни цели, например започване на полимеризация без добавени инициатори. Като друг пример, сонохимичното разлагане на летливи органометални прекурсори в разтворители с висока точка на кипене произвежда наноструктурирани материали в различни форми с висока каталитична активност. Наноструктурирани метали, сплави, карбиди и сулфиди, нанометрови колоиди и наноструктурирани поддържани катализатори могат да бъдат получени по този общ начин.”

[Саслик / Прайс 1999: 323]

Литература/Препратки

• Съслик, К. С.; Прайс, Г. Дж. (1999): Приложения на ултразвука в химията на материалите. Ану. Преподобният Матер. 29, 1999. 295-326.
• Адам К. Будняк, Найл А. Килилеа, Шимон Й. Зелевски, Михайло Ситник, Ярон Кауфман, Ярон Амуял, Роберт Кудравец, Волфганг Хайс, Ефрат Лифшиц (2020): Ексфолиран CrPS4 с обещаваща фотопроводимост. Малък том 16, брой 1. 9 януари 2020 г.
• Брад У. Зейгер; Кенет С. Съслик (2011): Сонофрагментация на молекулярни кристали. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
• Пойнерн Г.Е., Брундаванам Р., Ти-Ле Х., Джорджевич С., Прокич М., Фосет Д. (2011): Термично и ултразвуково влияние при образуването на хидроксиапатит биокерамика в нанометров мащаб. Int J Наномедицина. 2011; 6: 2083–2095.