Ultrazvučna deaglomeracija nanočestica silicijum dioksida
Nanočestice silicijevog dioksida kao što je ispareni silicijum (npr. Aerosil) su aditiv koji se široko koristi u raznim industrijama. Da bi se dobila potpuno funkcionalna nanosilika sa željenim karakteristikama materijala, nanočestice silicijum dioksida moraju biti deaglomerirane i distribuirane kao jednodisperzne čestice. Dokazano je da je ultrazvučna deaglomeracija visoko efikasna i pouzdana tehnika za jednoličnu distribuciju nanosiličnog dioksida kao jednodisperznih čestica u suspenziji.
Nanosilica – Karakteristike i primjene
Silicijum (SiO2) a posebno nanočestice silicijevog dioksida (Si-NP) uobičajeni su aditivi u mnogim industrijama. Čestice silicijum dioksida nano veličine nude veoma veliku površinu i izražavaju jedinstvene karakteristike čestica, koje se koriste u mnogim industrijama u različite svrhe. Na primjer, jedinstvena svojstva materijala nano-veličine SiO2 primjenjuju se za armiranje (nano)kompozita, betona i drugih materijala. Primjeri su premazi na bazi nanosilicijum-dioksida koji nude vatrootporna svojstva ili staklo obloženo nanosilikatnim dioksidom koje time dobiva antirefleksna svojstva. U građevinarstvu, silicijum dioksid (mikrosilicijum) i nanosilicijum se koriste kao visoko pucolanski materijal koji se koristi za poboljšanje obradivosti, kao i mehaničkih i izdržljivih svojstava betona. Kada se pare silicijevog dioksida i nanosilicijum uporede, nanostrukturirani SiO2 pucolan je aktivniji u ranoj fazi od dima silicijevog dioksida jer nanosilicijum nudi znatno veću specifičnu površinu i finoću. Veća površina nudi više mjesta za reakciju s betonom i posebno doprinosi poboljšanoj mikrostrukturi betona djelujući kao jezgra. Plinopropusnost, pokazatelj trajnosti betona, poboljšana je kod betona koji je ojačan nano-silicijumom u odnosu na beton koji sadrži tradicionalnu silicijsku dimu.
U biomedicini i nauci o životu, SiO2 nanočestice se široko istražuju za različite primjene budući da velika površina, odlična biokompatibilnost i podesiva veličina pora nanosilicijevog dioksida nude širok raspon novih primjena uključujući isporuku lijekova i teranostiku.

Grafikon prikazuje raspodjelu veličine čestica nano-silicijum dioksida prije (zelena kriva) i poslije (crvena kriva) ultrazvučne disperzije.

Nano-silicijumske suspenzije – sa malim do vrlo visokim čvrstim opterećenjima – može se pouzdano raspršiti pomoću ultrazvučne obrade. Na slici je prikazano UIP2000hdT u paketnom podešavanju.
Ultrazvučna deaglomeracija i disperzija nano-silicijum dioksida
Princip rada ultrazvučne deaglomeracije i disperzije zasnovan je na efektima ultrazvučno generisane kavitacije, naučno poznate kao akustična kavitacija. Primjena ultrazvuka velike snage, niske frekvencije u tekućinama ili kašama može uzrokovati akustičnu kavitaciju, a time i ekstremne uvjete, koji se javljaju lokalno kao vrlo visoki pritisci i temperature, te mikrostrujanje sa mlazovima tekućine do 280 m/s. Ovi intenzivni fizički i mehanički efekti ultrazvučne kavitacije uzrokuju eroziju na površini čestica, kao i razbijanje čestica putem sudara između čestica. Ove intenzivne sile ultrazvučne/akustične kavitacije čine ultrazvučnu obradu visoko efikasnom i pouzdanom metodom za deaglomeraciju i disperziju čestica nano veličine kao što su nano-silicijum, nanocevi i drugi nano materijali.

Raspodjela veličine čestica ultrazvučno deaglomeriranog nano-silicijum dioksida (koristeći Hielscher UP400St ultrasonikator) u vodi od (a) 1 tež%, (b) 2 tež%, (c) 5 tež%, i (d) 10 tež% Aerosil 200 u različitim vremenskim intervalima.
Studija i grafikoni: Vikash 2020.
Ultrazvučna obrada silicijum dioksida u visokim koncentracijama čvrstih materija i u viskoznim tečnostima
Raspršivanje nanočestica pri niskim koncentracijama već je izazov jer se sile hemijskog vezivanja kao što su jonske veze, kovalentne veze, vodonične veze i van der Waalsove interakcije moraju savladati. Sa povećanjem koncentracije nanočestica, npr. čestica nano-silicijum dioksida, značajno se povećava i hemijska interakcija između nanočestica. To znači da je snažna tehnika disperzije neophodna kako bi se dobili dobri, dugoročno stabilni rezultati disperzije. Ultrazvučni disperzatori se koriste kao pouzdana i vrlo efikasna metoda disperzije, koja je lako u stanju da obrađuje kaše visokog viskoziteta, pa čak i paste sa vrlo visokim koncentracijama čvrstih materija. Sposobnost obrade kaše s velikim čvrstim opterećenjem nano-čestica pretvara ultrazvuk u preferiranu tehnologiju dispergiranja nanomaterijala.
Hielscher industrijski ultrasonikatori mogu obraditi vašu kašu ili pastu u kontinuiranom in-line reaktoru sve dok se može hraniti preko pumpe.
Ultrazvučna proizvodnja silicijumskih nanofluida
Modragon et al. (2012) pripremili su nanofluide silicijum dioksida pripremljene dispergiranjem nanočestica silicijum dioksida u destilovanoj vodi koristeći ultrasonikator tipa sonde UP400S. Da bi se proizveli stabilni nanofluidi silicijum dioksida sa određenim čvrstim sadržajem (tj. 20%), niskog viskoziteta i sličnog tečnog ponašanja, sastoje se od visokoenergetskog tretmana ultrazvučnom sondom u trajanju od 5 minuta, osnovni medij (pH vrednosti veće od 7) i bez dodavanja soli. Ultrazvučna disperzija je rezultirala nanofluidima niskog viskoziteta. Ultrazvučno pripremljeni nanofluidi ponašali su se kao tečnost i pripremljeni su sa 20% čvrstog opterećenja u vrlo kratkom vremenu zahvaljujući dobroj disperziji postignutoj ultrazvukom.
„Od svih dostupnih metoda disperzije, disperzija ultrazvučnim sondama je potvrđena kao najefikasnija.“ (Modragon et al., 2012.)
Petzold et al. (2009) su došli do istog zaključka za deaglomeraciju praha Aerosil otkrivši da je ultrazvučna sonda najefikasniji disperzioni sistem zbog primijenjene visoko fokusirane energije.
Ultrasonikatori za deaglomeraciju i disperziju nanočestica silicijum dioksida
Kada se nano-silicijum koristi u industrijskim aplikacijama, istraživanju ili nauci o materijalima, suvi prah silicijum dioksida mora biti ugrađen u tečnu fazu. Nano-silicijum disperzija zahteva pouzdanu i efikasnu tehniku dispergovanja, koja koristi dovoljno energije za deaglomeraciju pojedinačnih čestica silicijum dioksida. Ultrasonikatori su dobro poznati kao moćni i pouzdani disperzatori, pa se stoga koriste za deaglomeraciju i distribuciju različitih materijala kao što su silicijum dioksid, nanocevi, grafen, minerali i mnogi drugi materijali homogeno u tečnu fazu.
Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne disperzere visokih performansi za bilo koju vrstu primjene homogenizacije i deaglomeracije. Kada je u pitanju proizvodnja nano-disperzija, precizna kontrola ultrazvuka i pouzdan ultrazvučni tretman suspenzije nanočestica su neophodni kako bi se dobili proizvodi visokih performansi.
Hielscher Ultrasonics procesori daju vam potpunu kontrolu nad svim važnim parametrima obrade kao što su unos energije, ultrazvučni intenzitet, amplituda, pritisak, temperatura i vrijeme zadržavanja. Na taj način možete prilagoditi parametre optimiziranim uvjetima, što potom dovodi do visokokvalitetnih nano-disperzija kao što je nanosilika.
Za bilo koju zapreminu / kapacitet: Hielscher nudi ultrasonikatore i širok asortiman dodatne opreme. Ovo omogućava konfiguraciju idealnog ultrazvučnog sistema za vašu primenu i proizvodni kapacitet. Od malih bočica koje sadrže nekoliko mililitara do velikih protoka od hiljada galona na sat, Hielscher nudi odgovarajuće ultrazvučno rješenje za vaš proces.
robusnost: Naši ultrazvučni sistemi su robusni i pouzdani. Svi Hielscher ultrasonikatori su napravljeni za 24/7/365 rad i zahtijevaju vrlo malo održavanja.
Jednostavnost korisnika: Razrađeni softver naših ultrazvučnih uređaja omogućava pred-selekciju i spremanje postavki sonikacije za jednostavnu i pouzdanu sonikaciju. Intuitivni meni je lako dostupan preko digitalnog ekrana osetljivog na dodir u boji. Daljinska kontrola pretraživača vam omogućava da upravljate i nadgledate preko bilo kojeg internet pretraživača. Automatsko snimanje podataka čuva parametre procesa bilo koje ultrazvučne obrade na ugrađenoj SD kartici.
Odlična energetska efikasnost: U poređenju sa alternativnim tehnologijama disperzije, Hielscher ultrasonikatori se ističu izvanrednom energetskom efikasnošću i superiornim rezultatima u distribuciji veličine čestica.

Grafikon pokazuje značajnu prednost ultrazvučne disperzije silicijum dioksida sa Hielscher UIP1000 u poređenju sa ultra-turraxom. Ultrasonication zahtijeva manje energije i postiže drastično manju veličinu čestica silicijum dioksida.
- visoka efikasnost
- najsavremenija tehnologija
- pouzdanost & robusnost
- serija & U redu
- za bilo koju zapreminu – od malih bočica do kamiona na sat
- naučno dokazano
- inteligentni softver
- pametne funkcije (npr. protokoliranje podataka)
- CIP (čišćenje na mjestu)
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
---|---|---|
1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Literatura / Reference
- Vikash, Vimal Kumar (2020): Ultrasonic-assisted de-agglomeration and power draw characterization of silica nanoparticles. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 65, 2020.
- Rosa Mondragon, J. Enrique Julia, Antonio Barba, Juan Carlos Jarque (2012): Characterization of silica–water nanofluids dispersed with an ultrasound probe: A study of their physical properties and stability. Powder Technology, Volume 224, 2012. 138-146.
- Pohl, Markus; Schubert, Helmar (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. PARTEC 2004.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.