Tecnologia d'ultrasons Hielscher

Ultrasonic Síntesi de nanodiamantes

  • A causa de la seva intensa força de cavitació, ultrasons de potència és una tècnica prometedora per produir diamants de micres i de mida nanomètrica de grafit.
  • diamants micro i nano-cristal·lines es poden sintetitzar sonicació d'una suspensió de grafit en líquid orgànic a pressió atmosfèrica i temperatura ambient.
  • Ultrasònic és també una eina útil per al post-processament dels diamants nano sintetitzats, com ultrasonicación es dispersa, desaglomera i funcionaliza nano partícules molt eficaç.

Ultrasons per al tractament nanodiamantes

Nanodiamantes (diamants també anomenat de detonació (DND) o diamants ultradispersed (UDD)) són una forma especial dels nanomaterials de carboni que es distingeix per característiques úniques - com ara la seva enreixat estructura, la seva gran superfície, Així com l'única òptic i magnètic - propietats i aplicacions excepcionals. Les propietats de les partícules ultradispersed fan aquests materials compostos innovadors per a la creació de nous materials amb funcions extraordinàries. La mida de les partícules de diamant en el sutge és d'aproximadament 5 nm.

Ultrasonic Síntesi de nanodiamantes

Sota forces intenses, com ara sonicació o detonació, el grafit pot ser transformat en diamant.

Sintetitzat per ultrasons nanodiamantes

La síntesi de diamants és un camp de recerca important pel que fa als interessos científics i comercials. El procés usat comunament per a la síntesi de micro-cristal·lina i partícules de diamant nano-cristal·lines és la tècnica d'alta pressió alta temperatura (HPHT). Mitjançant aquest mètode, la pressió de procés necessària de desenes de milers d'atmosferes i temperatures de més de 2000k es generen per produir la part principal de l'oferta mundial de diamant industrial. Per a la transformació de grafit en diamant, en altes pressions generals i altes temperatures es requereixen, i els catalitzadors s'utilitzen per augmentar el rendiment de diamant.
Aquests requisits necessaris per a la transformació es poden generar de manera molt eficient per l'ús de L'ultrasò d'alta potència (= Baixa freqüència, ultrasons d'alta intensitat):

cavitació ultrasònica

L'ultrasò en líquids provoca localment efectes molt extremes. Quan sonicació de líquids a altes intensitats, les ones sonores que es propaguen en el medi líquid resulten en altern d'alta pressió (compressió) i cicles de baixa pressió (rarefacció), amb taxes en funció de la freqüència. Durant el cicle de baixa pressió, ones ultrasòniques d'alta intensitat creen petites bombolles de buit o buits en el líquid. Quan les bombolles arriben a un volum en el qual ja no poden absorbir l'energia, es col·lapsen violentament durant un cicle d'alta pressió. Aquest fenomen es denomina cavitació. Durant la implosió temperatures molt altes (aprox. 5,000K) i pressions (aprox. 2,000atm) s'assoleixen localment. La implosió de la bombolla de cavitació també resulta en dolls de líquid de fins a 280m / s de velocitat. (Suslick 1998) És evident que les micro i nano-cristal·lí Els diamants poden ser sintetitzats en el camp d'ultrasons cavitació.

Sol · licitud d'informació




Tingueu en compte la nostra Política de privacitat.


Procediment d'ultrasons per a la Síntesi de nanodiamantes

De fet, l'estudi de Khachatryan et al. (2008) mostra que els microcristalls de diamants també es poden sintetitzar mitjançant la ultrasonicación d'una suspensió de grafit en líquid orgànic a pressió atmosfèrica i temperatura ambient. Com fluid de cavitació, una fórmula de oligòmers aromàtics ha estat elegit causa de la seva pressió de vapor saturat baix i la seva alta temperatura d'ebullició. En aquest líquid, la pols de grafit pur especial – amb partícules en l'interval entre 100-200 m - ha estat suspès. . En els experiments de Kachatryan et al, la relació en pes de sòlid-líquid va ser d'1: 6, la densitat del fluid cavitació era 1,1 g cm-3 a 25 ° C. La intensitat ultrasònica màxima en el sonoreactor ha estat 75-80W cm-2 que correspon a una amplitud de pressió de so de 15-16 bar.
S'ha arribat a aproximadament una conversió de grafit-a diamant 10%. Els diamants eren gairebé mico-dispersa amb una mida molt agut, ben dissenyat en l'interval de 6 o 9μm 0.5μm ±, amb cúbic, cristal·lí morfologia i d'alta puresa.

diamants sintetitzats per ultrasons (imatges SEM): Alta ultrasons de potència proporciona l'energia necessària per induir nanodiamantes' la sinosis

imatges de SEM dels diamants ultrasónicamente sintetitzats: les imatges (a) i (b) mostren la sèrie de mostres 1, (c) i (d) la sèrie de mostres 2. [Khachatryan et al. 2008]

El costos de micro i nano-diamants produïts per aquest mètode s'estima que és competitiu amb el procediment d'alta pressió alta temperatura (HPHT). Això fa que l'ultrasò una alternativa innovadora per a la síntesi de micro- i nano-diamants (Khachatryan et al. 2008), especialment com el procés de producció de nanodiamonds pot optimitzar més investigacions. Molts paràmetres com amplitud, pressió, temperatura, fluids cavitació, i la concentració han de ser examinats amb precisió per descobrir el punt dolç de la síntesi de nanodiamante ultrasònica.
Pels resultats obtinguts en la síntesi de nanodiamonds, generat més ultrasónicamente cavitació ofereix el potencial per a la síntesi d'altres compostos importants, com ara nitrur de bor cúbic, nitrur de carboni, etc. (Khachatryan et al. 2008)
A més, sembla ser possible crear nanocables de diamant i nanorods de nanotubs de carboni de paret múltiple (MWCNT) sota irradiació ultrasònica. nanocables de diamants són anàlegs unidimensionals de diamant a granel. A causa del seu alt mòdul elàstic, la relació de resistència-pes, i la relativa facilitat amb què els seus superfícies es poden funcionalitzar, diamant ha estat trobat per ser el material òptim per a dissenys nanomecànics. (Sun et al. 2004)

Dispersió ultrasònica de nanodiamantes

Com ja s'ha descrit, la desaglomeració i la distribució de la mida de partícula fins i tot en el medi són elements essencials per a l'explotació reeixida de característiques úniques nanodiamantes.
dispersió i desaglomeració per ultrasons són el resultat d'ultrasons cavitació. Quan s'exposen líquids a l'ecografia, les ones sonores que es propaguen al líquid resulten en alternar cicles d'alta pressió i de baixa pressió. Això aplica l'estrès mecànic sobre les forces d'atracció entre les partícules individuals. La cavitació d'ultrasons en líquids provoca líquids d'alta velocitat de fins a 1000 km / h (uns 600 mph). Aquests dolls pressionen líquids a alta pressió entre les partícules i els separen l'un de l'altre. Les partícules més petites s'acceleren amb els dolls líquids i xoquen a altes velocitats. Això fa de l'ecografia un mitjà eficaç per a la dispersió, sinó també per a la mòlta de micres de mida i partícules sub micres de mida.
Per exemple, (mida mitjana d'aproximadament 4 nm) nanodiamonds i poliestirè es poden dispersar en ciclohexà per obtenir un material compost especial. En el seu estudi, Chipara et al. (2010) han preparat materials compostos de poliestirè i nanodiamonds, que conté nanodiamonds en un rang entre el pes 0 i 25%. Per obtenir una encara dispersió, Es van sotmetre a sonicació la solució durant 60 min amb Hielscher de UIP1000hd (1 kW).

Assistida per ultrasons Funcionalització de nanodiamantes

Per a la funcionalització de la superfície completa de cada un de partícules de mida nanomètrica, la superfície de la partícula ha d'estar disponible per a la reacció química. En aquest cas es requereix una dispersió uniforme i fina com les partícules bé dispersades estan envoltats per una capa límit de molècules atrets a la superfície de la partícula. Per aconseguir nous grups funcionals a la superfície nanodiamonds ', aquesta capa límit ha de ser trencat o retirat. Aquest procés de trencament i l'eliminació de la capa límit pot ser realitzada per ultrasons.
Ultrasò va introduir en líquid genera diversos efectes extrems com cavitació, Localment molt altes temperatures de fins a 2000k i dolls de líquid de fins a 1.000 quilòmetres / h. (Suslick 1998) Per aquest estrès factors de les forces d'atracció (per exemple, forces de van-der-Waals) es poden superar i les molècules funcionals es porten a la superfície de la partícula per funcionalitzar, per exemple superfície nanodiamonds '.

Under powerful ultrasonic irradiation (e.g. with Hielscher's UIP2000hdT) it becomes possible to synthesis, deagglomerate and functionalize nanodiamonds efficiently.

Esquema 1: Gràfic de la in situ-desaglomeració i funcionalització de la superfície de nanodiamonds (Liang 2011)

Els experiments amb el tractament assistida-Bead Desintegració de Sonic (BASD) han mostrat resultats prometedors per al funcionalization superfície de nanodiamonds també. D'aquesta manera, els grans (per exemple, comptes de ceràmica de mida micro com ara perles de ZrO2) s'han utilitzat per fer complir la ultrasònic cavitació forces sobre les partícules nanodiamantes. La desaglomeració es produeix a causa de la col·lisió interparticular entre les partícules nanodiamantes i la de ZrO2 perles.
A causa de la millor disponibilitat de la superfície de partícules, per reaccions químiques com ara la Boran reducció, arilació o silanización, una (beads-assistida desintegració sònica) pretractament ultrasònic o BASD per dispersar propòsit és molt recomanable. per ultrasònica Dispersió i desaglomeració la reacció química pot procedir molt més complet.

Quan d'alta potència, l'ultrasò de baixa freqüència s'introdueix en un mitjà líquid, es genera cavitació.

resultats caviatation ultrasònica a les diferències de temperatura i de pressió extrema i dolls de líquid d'alta velocitat. D'aquesta manera, els ultrasons de potència és un mètode de tractament reeixit per a la barreja i mòlta d'aplicacions.

Contacti amb nosaltres / Demana més informació

Parlar amb nosaltres sobre els seus requisits de processament. Anem a recomanar els paràmetres de configuració i de processament més adequats per al seu projecte.





Tingueu en compte que Política de privacitat.


Literatura / Referències

  • Chipara, A. C. et al.: Propietats tèrmiques de partícules nanodiamantes disperses en poliestirè. HESTEC 2010.
  • El-Say, K. M.: Nanodiamantes com un sistema de subministrament de fàrmac: Aplicació i prospectiu. En J Appl Pharm Sci 01/06, 2011; pp. 29-39.
  • Khachatryan, A. Kh. et al.: transformació-grafit-a diamant induït per cavitació ultrasònica. En: Diamant & Materials relacionats 17, 2008; pp931-936.
  • Krueger, A.: L'estructura i reactivitat de diamant nanoescala. En: J Mater Chem 18, 2008; pp. 1485-1492.
  • Liang, I :. desaglomeració i la superfície de nanodiamante per mitjà de mètodes mecanoquímicos termoquímic i. 2011th Dissertació Julius-Maximilians-Universität Würzburg
  • Osawa, E.: Monodisperses partícules nanodiamantes individuals. En: Pure Appl Chem 80/7, 2008; pp. 1365-1379.
  • Pramatarova, L. et al.: L'avantatge de compostos del polímer amb detonació nanodiamantes partícules per a aplicacions mèdiques. En: En biomimètica; pp. 298-320.
  • Sun, L.; Gong, J.; Zhu, D.; Zhu, Z.; Ell, S.: Diamond nanorods de nanotubs de carboni. En: Materials Avançats 16/2004. pp. 1849-1853.
  • Suslick, K.S.: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 4ª ed. J. Wiley & Sons: Nova York; 26, 1998; pp. 517-541.

nanodiamantes – Ús i Aplicacions

Els grans nanodiamantes són inestables a causa del seu potencial zeta. D'aquesta manera, tendeixen altament per formar agregats. Una aplicació comuna de nanodiamonds és l'ús en abrasius, eines de tall i polit i dissipadors de calor. Un altre ús potencial és l'aplicació de nanodiamonds com a portador de fàrmacs per als components actius farmacèutics (cf. Pramatarova). per ultrasons, En primer lloc nanodiamonds poden sintetitzar a partir de grafit i en segon lloc, els nanodiamonds fortament que tendeix a l'aglomeració poden ser uniformement Dispers en mitjans líquids (per exemple, per a formular un agent de polit).