Ultrazvuková disperze nanomateriálů (nanočástic)
Nanomateriály se staly nedílnou součástí tak rozmanitých výrobků, jako jsou vysoce výkonné materiály, ochranné prostředky proti slunečnímu záření, funkční nátěry nebo plastové kompozity. Ultrazvuková kavitace se používá k disperzi nanočástic do kapalin, jako je voda, olej, rozpouštědla nebo pryskyřice.
Ultrazvuková disperze nanočástic
Uplatňování Ultrazvuková disperze nanočástic má rozmanité účinky. Nejviditelnější je dispergace materiálů v kapalinách za účelem rozbití aglomerátů částic. Dalším procesem je aplikace ultrazvuku během syntéza částic nebo srážení. Obecně to vede k menším částicím a zvýšené jednotnosti velikosti. Ultrazvuková kavitace Zlepšuje také přenos materiálu na povrchu částic. Tento efekt lze použít ke zlepšení povrchu Funkcionalizace materiálů s vysokým specifickým povrchem.
Dispergace a zmenšování velikosti nanomateriálů
Nanomateriály, např. oxidy kovů, nanojíly nebo Uhlíkové nanotrubice Mají tendenci být aglomerovány, když jsou smíchány s kapalinou. Účinné prostředky deaglomerace a Dispergující jsou potřebné k překonání vazebných sil po smáčení prášku. Ultrazvukový rozpad aglomerátových struktur ve vodných a nevodných suspenzích umožňuje využít plný potenciál nanorozměrných materiálů. Výzkumy na různých disperzích nanočásticových aglomerátů s proměnlivým obsahem pevných látek prokázaly značnou výhodu ultrazvuku ve srovnání s jinými technologiemi, jako jsou rotorové statorové mixéry (např. ultra turrax), pístové homogenizátory nebo metody mokrého mletí, např. perlové mlýny nebo koloidní mlýny. Hielscher ultrazvukové systémy mohou být provozovány při poměrně vysokých koncentracích pevných látek. Například pro Křemen Bylo zjištěno, že míra lomu je nezávislá na Koncentrace pevných látek až 50% podle hmotnosti. Ultrazvuk lze použít pro dispergaci masterbatchů s vysokou koncentrací – zpracování kapalin s nízkou a vysokou viskozitou. Díky tomu je ultrazvuk dobrým řešením pro zpracování barev a nátěrů na bázi různých médií, jako je voda, pryskyřice nebo olej.
Ultrazvukový homogenizátor UP400St pro nanodisperze
Ultrazvuková kavitace
Disperze a deaglomerace ultrazvukem jsou výsledkem ultrazvukové kavitace. Při vystavení kapalin ultrazvuku mají zvukové vlny, které se šíří do kapaliny, za následek střídání vysokotlakých a nízkotlakých cyklů. Tím se mechanicky zatěžují přitažlivé síly mezi jednotlivými částicemi. Ultrazvuková kavitace V kapalinách způsobuje vysokorychlostní trysky kapaliny až 1000 km/h (přibližně 600 mph). Takové trysky tlačí kapalinu pod vysokým tlakem mezi částice a oddělují je od sebe. Menší částice jsou urychlovány s tryskami kapaliny a srážejí se vysokou rychlostí. Díky tomu je ultrazvuk účinným prostředkem pro dispergaci, ale také pro drcení částic o velikosti mikronů a submikronů.
Ultrazvukem asistovaná syntéza částic / srážení
Nanočástice mohou být generovány zdola nahoru syntézou nebo srážením. Sonochemie je jednou z nejstarších technik používaných k přípravě nanočástic. Suslick ve svém původním díle, sonikated Fe(CO)5 buď jako čistá kapalina nebo v roztoku deaclinu a získané amorfní nanočástice železa o velikosti 10-20 nm. Obecně platí, že přesycená směs začne tvořit pevné částice z vysoce koncentrovaného materiálu. Ultrazvuku zlepšuje míchání prekurzorů a zvyšuje přenos hmoty na povrchu částic. To vede k menší velikosti částic a vyšší uniformitě.
UIP2000hdT, 2kW výkonný ultrasonicator pro rozptýlení SWCNTs.
Funkcionalizace povrchů pomocí ultrazvuku
Mnoho nanomateriálů, jako jsou oxidy kovů, inkoust pro inkoustové tiskárny a tonerové pigmenty nebo plniva pro výkon povlaky, vyžadují funkcionalizaci povrchu. Aby bylo možné funkcionalizovat celý povrch každé jednotlivé částice, je nutná dobrá disperzní metoda. Při dispergaci jsou částice obvykle obklopeny mezní vrstvou molekul přitahovaných k povrchu částic. Aby se nové funkční skupiny dostaly na povrch částic, je třeba tuto mezní vrstvu rozbít nebo odstranit. Kapalinové trysky vznikající ultrazvukovou kavitací mohou dosáhnout rychlosti až 1000 km / h. Toto napětí pomáhá překonat přitažlivé síly a přenáší funkční molekuly na povrch částic. V Sonochemie, tento efekt se používá ke zlepšení výkonu dispergovaných katalyzátorů.
Ultrazvuku před měřením velikosti částic
Ultrazvuku vzorků zlepšuje přesnost měření velikosti částic nebo morfologie. Nový SonoStep kombinuje ultrazvuk, míchání a čerpání vzorků v kompaktním provedení. Snadno se ovládá a lze jej použít k dodávání sonikovaných vzorků do analytických zařízení, jako jsou analyzátory velikosti částic. Intenzivní sonikace pomáhá dispergovat aglomerované částice, což vede ke konzistentnějším výsledkům.Klikněte zde a přečtěte si více!
Ultrazvukové zpracování v laboratorním a výrobním měřítku
Ultrazvukové procesory a průtokové cely pro deaglomeraci a disperzi jsou k dispozici pro Laboratoř a výroba úroveň. Průmyslové systémy lze snadno dovybavit tak, aby fungovaly inline. Pro výzkum a vývoj procesů doporučujeme použít UIP1000hd (1 000 wattů).
Hielscher nabízí širokou škálu ultrazvukových zařízení a příslušenství pro účinnou dispergaci nanomateriálů, např. v barvách, inkoustech a nátěrech.
- Kompaktní laboratorní přístroje až do výše Výkon 400 W.
Tato zařízení se používají hlavně pro přípravu vzorků nebo počáteční studie proveditelnosti a jsou k dispozici k pronájmu. - 500 a 1,000 a 2,000 Ultrazvukové procesory Watts, jako je UIP1000hd set s průtokovou buňkou a různými posilovacími rohy a sonotrodami Dokáže zpracovat větší objemy streamů.
Zařízení, jako je toto, se používají při optimalizaci parametrů (jako jsou: amplituda, provozní tlak, průtok atd.) ve stolním nebo poloprovozním měřítku. - Ultrazvukové procesory 2kW, 4kW, 10kW a 16kW A větší shluky několika takových jednotek mohou zpracovávat objemové toky výroby téměř na jakékoli úrovni.
Stolní zařízení je k dispozici k zapůjčení za dobrých podmínek pro provádění procesních zkoušek. Výsledky těchto zkoušek lze škálovat lineárně na úroveň výroby, což snižuje riziko a náklady spojené s vývojem procesu. Rádi vám pomůžeme online, telefonicky nebo osobně. Prosím najděte Naše adresy zdenebo použijte níže uvedený formulář.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:
| Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20L | 0.2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
| Není k dispozici | větší | shluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Nanomateriály – Základní informace
Nanomateriály jsou materiály o velikosti menší než 100 nm. Rychle postupují do formulací barev, inkoustů a nátěrů. Nanomateriály spadají do tří širokých kategorií: oxidy kovů, nanojíly a Uhlíkové nanotrubice. Nanočástice oxidů kovů zahrnují oxid zinečnatý, oxid titaničitý v nanoměřítku, oxid železitý, oxid ceru a oxid zirkoničitý, jakož i sloučeniny smíšených kovů, jako je oxid india a cínu a zirkonium a titan, jakož i sloučeniny smíšených kovů, jako je oxid india a cínu. Tato malá záležitost má dopad na mnoho oborů, jako je fyzika, Chemie a biologie. V nátěrových hmotách a nátěrových hmotách splňují nanomateriály dekorativní potřeby (např. barva a lesk), funkční účely (např. vodivost, mikrobiální inaktivace) a zlepšují ochranu (např. odolnost proti poškrábání, stabilita vůči UV záření) nátěrů a nátěrů. Zejména nano-oxidy kovů, jako jsou TiO2 a ZnO nebo oxid hlinitý, cerina a Křemen A pigmenty nanovelikosti nacházejí uplatnění v nových nátěrových a nátěrových hmotách.
Když se hmota zmenší, změní své vlastnosti, jako je barva a interakce s jinou hmotou, jako je chemická reaktivita. Změna charakteristik je způsobena změnou elektronických vlastností. Tím, že Zmenšení velikosti částic, zvětší se plocha povrchu materiálu. Díky tomu může vyšší procento atomů interagovat s jinou hmotou, např. s matricí pryskyřic.
Povrchová aktivita je klíčovým aspektem nanomateriálů. Aglomerace a agregace blokují povrch před kontaktem s jinými látkami. Pouze dobře dispergované nebo jednoduše dispergované částice umožňují využít plný prospěšný potenciál hmoty. Výsledkem je, že dobrá dispergace snižuje množství nanomateriálů potřebných k dosažení stejných účinků. Vzhledem k tomu, že většina nanomateriálů je stále poměrně drahá, má tento aspekt velký význam pro komercializaci přípravků obsahujících nanomateriály. V současné době se mnoho nanomateriálů vyrábí suchým procesem. V důsledku toho musí být částice smíchány do kapalných formulací. To je místo, kde většina nanočástic tvoří aglomeráty během smáčení. Obzvláště Uhlíkové nanotrubice jsou velmi soudržné, což ztěžuje jejich rozptýlení do kapalin, jako je voda, ethanol, olej, polymer nebo epoxidová pryskyřice. Konvenční zpracovatelská zařízení, např. mixéry s vysokým smykem nebo mixéry rotor-stator, vysokotlaké homogenizátory nebo koloidní a diskové mlýny, selhávají při separaci nanočástic na diskrétní částice. Zejména u malých látek od několika nanometrů do několika mikronů je ultrazvuková kavitace velmi účinná při rozbíjení aglomerátů, agregátů a dokonce i primárů. Když se ultrazvuk používá pro drcení U šarží s vysokou koncentrací proudy kapalin v důsledku ultrazvukové kavitace způsobují, že se částice navzájem srážejí rychlostí až 1000 km / h. To rozbíjí van der Waalsovy síly v aglomerátech a dokonce i v primárních částicích.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakci v laboratorním, pilotním a průmyslovém měřítku.