Nanodiamanty rozptýlené ve vodné suspenzi s sonikací

Nanodiamantové disperze jsou účinné a rychle vyráběné pomocí ultrazvukových dispergátorů. Ultrazvuková deagregace a disperze nanodiamantů lze spolehlivě provádět ve vodné suspenzi. Ultrazvuková disperzní technika používá sůl pro modifikaci pH a je tak snadná, levná a bez kontaminantů, kterou lze snadno použít v průmyslovém měřítku.

Nanodiamanty mohou být účinné a spolehlivě rozptýlené pomocí Hielscher ultrasonicators.

Jak funguje ultrazvukové frézování a disperze nanodiamantů?

Ultrazvuková disperze používá samotné nanodiamanty jako mlecí médium. Akustická kavitace generovaná vysoce výkonnými ultrazvukovými vlnami vytváří vysokorychlostní proudění kapalin. Tyto kapalné proudy urychlují částice (např. diamanty) v kaši tak, že částice se srážejí až s rychlostí 280 km / s a roztříští se na nepatrné nanočástice. Díky tomu je ultrazvukové frézování a disperze snadná, levná a bez kontaminantů technika, která spolehlivě deaglomeruje nanodiamant na nanočástice stabilní ve vodném koloidním roztoku v širokém rozsahu pH. Sůl (chlorid sodný) se používá ke stabilizaci nanodiamantů ve vodné kaši.

Ultrazvukové nanodiamantové frézování Exceluje korálkové mlýny

Ultrazvukové přístroje typu sondy jsou vysoce účinné mlýny a jsou zavedenou technikou frézování pro velkovýrobu nanodiamantových suspenzí v průmyslovém měřítku. Vzhledem k tomu, ultrazvukové mlýny využívají nanodiamanty jako mlecí médium, je zcela vyloučena kontaminace mlecími médii, např. z zirkonových kuliček. Místo toho ultrazvukové kavitační síly urychlují částice tak, že nanodiamanty se navzájem násilně srážejí a rozpadají se na jednotnou nano-velikost. Tato ultrazvukem indukovaná srážka částic je vysoce účinná a spolehlivá metoda pro výrobu rovnoměrně distribuovaných nanodisperzí.
Ultrazvuková disperzní a deagregační metoda používá ve vodě rozpustné, netoxické a nekontaminující přísady, jako je chlorid sodný nebo sacharóza pro regulaci pH a stabilizaci ultrazvukové disperze. Tyto krystalové struktury chloridu sodného nebo sacharózy působí navíc jako mlecí médium, čímž podporují postup ultrazvukového mletí. Po dokončení procesu mletí lze tyto přísady snadno odstranit jednoduchým opláchnutím vodou, což je pozoruhodná výhoda oproti procesním keramickým kuličkám. Tradiční mletí housenek, jako jsou otěrovače, používají nerozpustná keramická mlecí média (např. kuličky, kuličky nebo perly), jejichž otěruvzdorné zbytky kontaminují konečnou disperzi. Odstranění kontaminace způsobené mletím mletými médii zahrnuje komplexní následné zpracování a je časově náročné i nákladné.

Ultrazvuková dispergační technologie účinně produkuje vodné nanodiamantové suspenze s úzkou distribucí velikosti částic.
(Studie a grafika: ©Turcheniuk et al., 2016)

Příkladný protokol pro ultrazvukovou nanodiamantovou disperzi

Solná ultrazvuková deagregace nanodiamantů ve vodě:
Směs 10 g chloridu sodného a 0,250 g nanodiamantového prášku byla krátce ručně rozemlseta pomocí porcelánové malty a tloučku a vložena do skleněné lahvičky o objemu 20 ml spolu s 5 ml DI vody. Připravený vzorek byl sonikován pomocí ultrazvuku sondy po dobu 100 minut při 60% výstupním výkonu a 50% pracovním cyklu. Po sonikaci byl vzorek rovnoměrně rozdělen mezi dvě 50 ml plastové odstředivkové trubky Falcon a rozptýlen v destilované vodě až do celkového objemu 100 ml (2 × 50 ml). Každý vzorek byl poté odstředěn pomocí Eppendorfovy centrifugy 5810-R při 4000 otáčkách za minutu a teplotě 25 °C po dobu 10 minut a čirý supernatant byl vyřazen. Mokré sraženiny ND byly poté znovu rozptýleny v destilované vodě (celkový objem 100 ml) a odstředěny podruhé při 12000 ot/min a 25 °C po dobu 1 hodiny. Čirý supernatant byl opět vyřazen a mokré nanodiamantové sraženiny byly znovu rozptýleny, tentokrát v 5 ml destilované vody pro charakterizaci. Standardní test AgNO3 ukázal úplnou absenci Cl^- V solí asistované ultrazvukem Deag shromážděné nanodiamanty promyté destilovanou vodou dvakrát, jak je popsáno výše. Po odpaření vody ze vzorků byla pozorována tvorba černých pevných nanodiamantových "čipů" s výtěžkem ∼200 mg nebo 80% počáteční nanodiamantové hmoty. (viz obrázek níže)
(srov. Turcheniuk et al., 2016)

Sušený vzorek ultrazvukem rozptýlených nanodiamantů.
(Studie a grafika: ©Turcheniuk et al., 2016)

Vysoce výkonné ultrasonicators pro nanodiamond disperze

Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné ultrazvukové frézovací a dispergační zařízení pro náročné aplikace, jako je výroba nanodiamantových suspenzí, lešticích médií a nanokompozitů. Hielscher ultrasonicators se používají po celém světě pro rozptýlení nano-materiálů do vodných koloidních suspenzí, polymerů, pryskyřic, nátěrů a dalších vysoce výkonných materiálů.
Hielscher ultrazvukové dispergátory jsou spolehlivé a efektivní při zpracování nízkých až vysokých viskozit. V závislosti na vstupních materiálech a cílové konečné velikosti částic lze ultrazvukovou intenzitu přesně nastavit pro optimální výsledky procesu.
Aby bylo možné zpracovávat viskózní pasty, nanomateriály a vysoké koncentrace pevných látek, musí být ultrazvukový dispergátor schopen produkovat nepřetržitě vysoké amplitudy. Hielscher Ultrazvuk’ Průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy v nepřetržitém provozu při plném zatížení. Amplitudy až do 200 μm lze snadno provozovat v provozu 24/7. Možnost provozovat ultrazvukový dispergátor při vysokých amplitudách a přesně nastavit amplitudu je nezbytná pro přizpůsobení podmínek ultrazvukového procesu pro optimální formulaci vysoce plněných nano-suspenzí, nano-vyztužených polymerních směsí a nanokompozitů.
Kromě ultrazvukové amplitudy je tlak dalším velmi důležitým procesním parametrem. Pod zvýšenými tlaky se zvyšuje intenzita ultrazvukové kavitace a její smykové síly. Hielscherovy ultrazvukové reaktory mohou být pod tlakem, čímž se zintenzívní výsledky ultrazvuku.
Monitorování procesů a zaznamenávání dat jsou důležité pro nepřetržitou standardizaci procesů a kvalitu výrobků. Zásuvné snímače tlaku a teploty se připojují k ultrazvukovému generátoru pro sledování a řízení ultrazvukového disperzního procesu. Všechny důležité parametry zpracování, jako je ultrazvuková energie (čistá + celková), teplota, tlak a čas, jsou automaticky protokolovány a uloženy na vestavěné SD kartě. Přístupem k automaticky zaznamenaným procesním datům můžete revidovat předchozí běhy sonikace a vyhodnotit výsledky procesu.
Další uživatelsky přívětivou funkcí je dálkové ovládání prohlížeče našich digitálních ultrazvukových systémů. Prostřednictvím dálkového ovládání prohlížeče můžete spustit, zastavit, upravit a monitorovat ultrazvukový procesor vzdáleně odkudkoli.
Kontaktujte nás nyní a dozvíte se více o našich vysoce výkonných ultrazvukových homogenizérech pro frézování a nanodisperze!
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: