Nanodijamanti raspršeni u vodenoj suspenziji uz pomoć ultrazvuka

Nanodijamantske disperzije su efikasne i brzo proizvedene pomoću ultrazvučnih disperzatora. Ultrazvučna deagregacija i disperzija nanodijamanata može se pouzdano izvesti u vodenoj suspenziji. Tehnika ultrazvučne disperzije koristi sol za modifikaciju pH i stoga je laka, jeftina tehnika bez zagađivača, koja se lako može koristiti u industrijskim razmjerima.

Nanodijamanti mogu biti efikasni i pouzdano raspršeni pomoću Hielscher ultrasonicatora.

Kako funkcionira ultrazvučno mljevenje i disperzija nanodijamanata?

Ultrazvučna disperzija koristi same nanodijamante kao medij za mljevenje. Akustična kavitacija koju stvaraju ultrazvučni talasi velike snage stvaraju protok tečnosti velike brzine. Ove tečne struje ubrzavaju čestice (npr. dijamante) u suspenziji tako da se čestice sudaraju brzinom do 280 km/s i razbijaju se u sitne čestice nano veličine. Ovo čini ultrazvučno mljevenje i disperziju jednostavnom, jeftinom tehnikom bez zagađivača, koja pouzdano deaglomerira nanodijamant u čestice nano veličine stabilne u vodenoj koloidnoj otopini u širokom pH rasponu. Sol (natrijum hlorid) se koristi za stabilizaciju nanodijamanata u vodenoj suspenziji.

Ultrazvučno nanodijamantno glodanje je izvrsno u mlinovima za perle

Ultrasonikatori tipa sonde su visoko efikasni mlinovi i etablirana tehnika mlevenja za masovnu proizvodnju nanodijamantskih suspenzija u industrijskoj skali. Budući da ultrazvučni mlinovi koriste nanodijamante kao medij za mljevenje, u potpunosti je izbjegnuta kontaminacija kroz medije za mljevenje, npr. od zrnaca cirkonija. Umjesto toga, ultrazvučne kavitacijske sile ubrzavaju čestice tako da se nanodijamanti žestoko sudaraju jedni s drugima i raspadaju do ujednačene nano-veličine. Ovaj ultrazvučno inducirani sudar između čestica je visoko efikasna i pouzdana metoda za proizvodnju ravnomjerno raspoređenih nanodisperzija.
Metoda ultrazvučne disperzije i deagregacije koristi vodotopive, netoksične i ne-kontaminirajuće aditive kao što su natrijum hlorid ili saharoza za regulaciju pH i stabilizaciju ultrazvučne disperzije. Ove kristalne strukture natrijum hlorida ili saharoze deluju dodatno kao medij za mlevenje i time podržavaju postupak ultrazvučnog mlevenja. Kada je proces mlevenja završen, ovi se aditivi mogu lako ukloniti jednostavnim ispiranjem vodom, što je izuzetna prednost u odnosu na procesne keramičke perle. Tradicionalno mljevenje perli kao što su atritori koriste nerastvorljive keramičke medije za mljevenje (npr. kuglice, perle ili perle), čiji abrazivni ostaci kontaminiraju konačnu disperziju. Uklanjanje kontaminacije uzrokovane medijima za mljevenje uključuje složenu naknadnu obradu i dugotrajno je i skupo.

Ultrazvučna tehnologija dispergiranja efikasno proizvodi vodene nanodijamantske suspenzije sa uskom distribucijom veličine čestica.
(Studija i grafika: ©Turcheniuk et al., 2016.)

Primer protokola za ultrazvučnu disperziju nanodijamanata

Ultrazvučna deagregacija nanodijamanata u vodi uz pomoć soli:
Mješavina od 10 g natrijum hlorida i 0,250 g nanodijamantnog praha nakratko je mljevena ručno pomoću porculanskog maltera i tučka i stavljena u staklenu bočicu od 20 mL zajedno sa 5 mL DI vode. Pripremljeni uzorak je ultrazvučni ultrazvučni uređaj tipa sonde tokom 100 minuta pri 60% izlazne snage i 50% radnog ciklusa. Nakon ultrazvuka, uzorak je podjednako podijeljen između dvije plastične Falcon centrifugalne epruvete od 50 mL i dispergiran u destilovanoj vodi do 100 mL ukupnog volumena (2 × 50 mL). Svaki uzorak je zatim centrifugiran upotrebom Eppendorf centrifuge 5810-R na 4000 o/min i 25°C tokom 10 minuta, a bistri supernatant je odbačen. Vlažni ND precipitati su zatim ponovo dispergovani u destilovanoj vodi (100 mL ukupne zapremine) i centrifugirani drugi put na 12000 rpm i 25 °C tokom 1 h. Ponovo je bistri supernatant odbačen, a vlažni precipitati nanodijamanta su ponovo dispergovani, ovaj put u 5 mL destilovane vode radi karakterizacije. Standardni AgNO3 test je pokazao potpuno odsustvo Cl⁻ u ultrazvučno deagregiranim nanodijamantima potpomognutim soli i dvaput ispranim destilovanom vodom kao što je gore opisano. Nakon isparavanja vode iz uzoraka, uočeno je formiranje crnih čvrstih nanodijamantskih „čipova“ sa prinosom od ∼200 mg ili 80% početne mase nanodijamanta. (pogledajte sliku ispod)
(up. Turcheniuk et al., 2016.)

Osušeni uzorak ultrazvučno dispergiranih nanodijamanata.
(Studija i grafika: ©Turcheniuk et al., 2016.)

Ultrasonikatori visokih performansi za nanodijamantske disperzije

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučnu opremu za mljevenje i raspršivanje visokih performansi za teške primjene kao što je proizvodnja nanodijamantnih suspenzija, medija za poliranje i nanokompozita. Hielscher ultrasonicatori se koriste širom svijeta za dispergiranje nanomaterijala u vodene koloidne suspenzije, polimere, smole, premaze i druge materijale visokih performansi.
Hielscher ultrazvučni disperzatori su pouzdani i efikasni u obradi niske do visoke viskoznosti. Ovisno o ulaznim materijalima i ciljanoj konačnoj veličini čestica, ultrazvučni intenzitet se može precizno podesiti za optimalne rezultate procesa.
Za obradu viskoznih pasta, nanomaterijala i visokih koncentracija čvrstih supstanci, ultrazvučni disperzer mora biti sposoban da proizvodi kontinuirano visoke amplitude. Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude u kontinuiranom radu pod punim opterećenjem. Amplitude do 200 µm mogu se lako izvoditi u radu 24 sata dnevno. Mogućnost rada ultrazvučnog raspršivača pri visokim amplitudama i preciznog podešavanja amplitude neophodna je za prilagođavanje ultrazvučnih uslova procesa za optimalnu formulaciju visoko punjenih nano-muljova, nano-ojačanih polimernih mješavina i nanokompozita.
Pored ultrazvučne amplitude, pritisak je još jedan veoma važan procesni parametar. Pod povišenim pritiscima pojačava se intenzitet ultrazvučne kavitacije i njene posmične sile. Hielscherovi ultrazvučni reaktori mogu biti pod pritiskom čime se dobijaju intenzivirani rezultati sonikacije.
Praćenje procesa i snimanje podataka važni su za kontinuiranu standardizaciju procesa i kvalitet proizvoda. Senzori pritiska i temperature koji se mogu priključiti na ultrazvučni generator za praćenje i kontrolu procesa ultrazvučne disperzije. Svi važni parametri obrade kao što su ultrazvučna energija (neto + ukupno), temperatura, pritisak i vrijeme se automatski protokoliraju i pohranjuju na ugrađenu SD karticu. Pristupom automatski snimljenim procesnim podacima, možete revidirati prethodna ispitivanja sonikacijom i procijeniti rezultate procesa.
Još jedna karakteristika prilagođena korisniku je daljinsko upravljanje pretraživačem naših digitalnih ultrazvučnih sistema. Putem daljinske kontrole pretraživača možete pokrenuti, zaustaviti, podesiti i nadgledati svoj ultrazvučni procesor na daljinu s bilo kojeg mjesta.
Kontaktirajte nas sada da saznate više o našim ultrazvučnim homogenizatorima visokih performansi za mljevenje i nano-disperzije!
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata: