Надеждна дисперсия на наночастици за индустриални приложения

Висока мощност ultrasonication може да ефективни и надеждно разпадат частици агломерати и дори се разпадат първични частици. Поради високопроизводителната си дисперсионна производителност, ултразвуковите уреди тип сонда се използват като предпочитан метод за създаване на хомогенни суспензии на наночастици.

Надеждна наночастична дисперсия чрез ултразвук

Много индустрии изискват подготовката на суспензии, които са натоварени наночастици. Наночастиците са твърди вещества с размер на частиците по-малък от 100nm. Поради размера на частиците минута, наночастиците изразяват уникални свойства като изключителна здравина, твърдост, оптични функции, дуктилност, UV устойчивост, проводимост, електрически и електромагнитни (Em) свойства, антикорозитивност, устойчивост на надраскване, и други извънредни характеристики.
Високоинтензивен, нискочестотен ултразвук създава интензивна акустична кавитация, която се характеризира с екстремни условия като сили на срязване, много високо налягане и температурни диференциали, и турбуленции. Тези кавитационно сили ускоряват частиците, причиняващи междучастични сблъсъци и съответно разбиване на частиците. Следователно се получават наноструктурирани материали с крива с тесен размер на частиците и равномерно разпределение.
Ултразвуковото разпръскващо оборудване е подходящо за лечение на всякакъв вид наноматериали във вода и органични разтворители, с ниски до много високи вискозитети.

Ултразвукова дисперсия на въглеродни нанотръби

Ултразвуковите дисперсери се използват широко с цел разпръсване на въглеродни нанотръби (CNTs). Sonication е надежден метод за разплитане и диспергиране на едностенни въглеродни нанотръби (SWCNTs), както и многостенни въглеродни нанотръби (MWCNTs). Например За да се произведе високопроводим термопластичен полимер, с висока чистота (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs; външен диаметър 9.5 nm; чистота 95 +%) са ултразвуково диспергирани с Hielscher UP200S за 30мин. Ултразвуково диспергираният Nanocyl® 3100 MWCNTs в концентрация от 1% масови части в епоксидната смола показа превъзходна проводимост от приблизително 1,5 × 10-2 S / m.

Ултразвукова дисперсия на никелови наночастици

Никеловите наночастици могат успешно да се произвеждат чрез ултразвуково асиситиран синтез на редукция на хидразин. Маршрутът за синтез на редукция на хидразин дава възможност на TP да приготви чиста метална никелова наночастица със сферичен вид чрез химичното намаляване на никелхлорид с хидразин. Изследователската група на Адам демонстрира, че ултразвуковата – използване на Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – е успяло да поддържа среден първичен кристалитов размер (7 – 8 nm) независимо от прилаганата температура, докато използването на интензивни и по-кратки периоди на ултразвук би могло да намали солводинамичните диаметри на вторичните, обобщени частици от 710 nm на 190 nm при липса на който и да е повърхностноактивен вещество. Най-високата киселинност и каталитична активност са измерени за наночастиците, приготвени чрез лека (30 W изходна мощност) и непрекъснато ултразвуково лечение. Каталитичното поведение на наночастиците е тествано при реакция на кръстосване Сузуки-Мияура над пет проби, приготвени в конвенционалното, както и ултразвуковите начини. Ултразвуково подготвените катализатори обикновено се изпълняваха по-добре и най-високата каталитична активност беше измерена над наночастиците, приготвени под непрекъсната ултразвукова обработка с ниска мощност (30 W).
Ултразвуковото лечение имаше решаващи ефекти върху склонността на агрегация на наночастиците: дефрагментационното влияние на разрушените кавитационна кухини с енергичната маса Трансферът би могъл да преодолее атрактивната електростатика на разрушените кавитациони кухини с енергичния трансфер на маса би могла да преодолее атрактивните електростатични и ван дер Ваалс сили между частиците.
(срв. Адам и др. 2020 г.)

Ултразвуков синтез на наночастици от уоластонит

Wollastonite е калциев иносиликатен минерал с химическата формула CaSiO3 Wollastonite се използва широко като компонент за производство на цимент, стъкло, тухла, и плочка в строителната индустрия, като поток в леенето на стомана, както и добавка в производството на покрития и бои. Например, wollastonite осигурява армировка, втвърдяване, ниска абсорбция на масло, и други подобрения. За да се получат отлични подсилващи свойства на воластонит, наномащабната деагломерация и единната дисперсия са от съществено значение.
Dordane и Doroodmand (2021) демонстрират в проучванията си, че ултразвуковата дисперсия е много важен фактор, който влияе на размера и морфологията на воластонитните наночастици значително. За да оцени приноса на ултразвука върху воластонитната нано-дисперсия, изследователският екип синтезира воластонитни наночастици със и без прилагането на ултразвук с висока мощност. За своите изпитвания за ултразвук изследователите използваха ултразвуков процесор UP200H (Ултразвуков хиелшер) с честота 24 kHz за 45,0 min. Резултатите от ултразвуковата нано-дисперсия са показани в SEM с висока резолюция по-долу. SEM изображението показва ясно, че пробата wollastonite преди ултразвукова обработка е агломерирана и обобщена; след ултразвука с ultrasonicator UP200H средният размер на воластонитните частици е приблизително 10nm. Изследването показва, че ултразвуковата дисперсия е надеждна и ефикасна техника за синтезиране на наночастици от воластонит. Средният размер на наночастиците може да се контролира чрез регулиране на параметрите на ултразвуковата обработка.
(срв. Дордан и Дорудманд, 2021 г.)

SEM изображения на воластонитните наночастици (A) преди и (B) след ултразвук с помощта на Ултразвукова процесор UP200H за 45,0 мин.
Проучване и картина: ©Дордане и Дорудманд, 2021 г.

Ултразвукова дисперсия на нанофилър

Ултразвукът е универсален метод за разпръскване и деагломериране на нанофилъри в течностите и шламовете, например полимери, епоксидни смоли, втвърдители, термопластмаси и др. Следователно, сонификацията се използва широко като високоефективен метод на дисперсия в R&D и промишлено производство.
Zanghellini et al. (2021) изследва техниката на ултразвукова дисперсия за нанофилъри в епоксидна смола. Можеше да демонстрира, че ултразвукът е успял да разпръсне малки и високи концентрации на нанофилъри в полимерна матрица.
Сравнявайки различни формулировки, 0,5 wt% окисленияТ CNT показа най-добрите резултати от всички ултразвукови проби, Разкривайки големи дистрибуции на повечето от агломератите в сравним диапазон с три проби, произведени от ролкова мелница, добро свързване с втвърдителя, формиране на перколационна мрежа вътре в дисперсията, която сочи към стабилност срещу утаяване и по този начин правилна дългосрочна стабилност. По-високите количества пълнител показаха подобни добри резултати, но и образуването на по-изразени вътрешни мрежи, както и донякъде по-големи агломерати. Дори въглеродните нанофибри (CNF) биха могли да бъдат разпръснати успешно чрез ултразвук. Успешно бе постигната пряка дисперсия на САЩ на нанофилърите в системите на втвърдителя без допълнителни разтворители, като по този начин може да се разглежда като приложим метод за проста и права дисперсия с потенциал за промишлена употреба. (срв. Зангелини и др., 2021 г.)

Сравнение на различни нанофилъри, разпръснати в втвърдителя, използвайки ултразвукова обработка тип сонда): а) 0,5 wt% въглероден нанофибър (CNF); б) 0,5 wt% CNТоксид; в) 0,5 wt% въглеродна нанотръба (CNT); г) 0,5 wt% CNT полудисперсно.
Проучване и картина: ©Зангелини и др., 2021

Ултразвукова дисперсия на наночастици – Научно доказан за превъзходство

Изследванията показват в множество изтънчени проучвания, че ултразвуковата дисперсия е една от превъзходните техники за деагломериране и разпространение на наночастици дори при висока концентрация в течности. Например, Vikash (2020) изследва дисперсията на високи натоварвания на нано-силициев диоксид във вискозни течности с помощта на ултразвуков диспергатор Hielscher UP400S. В своето проучване той стига до извода, че "стабилната и еднородна дисперсия на наночастиците може да бъде постигната с помощта на ултра-ултразвуково устройство при високо твърдо натоварване във вискозни течности". [Викаш, 2020]

Високопроизводителни ултразвукови процесори за дисперсия на наночастици

Hielscher Ultrasonics е вашият надежден доставчик за надеждно високопроизводително ултразвуково оборудване от лаборатория и пилот до пълноиндустриални системи. Ултразвук на Hielscher’ устройства разполагат с изискан хардуер, интелигентен софтуер и изключителна удобност за потребителите – проектирани и произведени в Германия. Здравите ултразвукови машини на Hielscher за дисперсия, деагломерация, синтез на наночастици и функционализация могат да бъдат експлоатирани 24 / 7 / 365 при пълно натоварване. В зависимост от вашия процес и вашето производствено съоръжение, нашите ultrasonicators могат да се изпълняват в партиден или непрекъснат редов режим. Различни аксесоари като сонотрод (ултразвукови сонди), бустер рога, поточни клетки и реактори са лесно достъпни.
Свържете се с нас сега, за да получите повече техническа информация, научни изследвания, протоколи и котировка за нашите ултразвукови системи за нано-дисперсия! Нашият добре обучен, отдавна опитен персонал ще се радва да обсъди вашето нано-приложение с вас!

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators: