Spolehlivá disperze nanočástic pro průmyslové aplikace

Vysoce výkon ultrazvuku může účinně a spolehlivě rozbíjet částice aglomeráty a dokonce rozkládat primární částice. Vzhledem k jeho vysoce výkonnému disperznímu výkonu se používají ultrazvukové sondy jako upřednostňovaná metoda k vytvoření homogenních nanočásticových suspenzí.

Spolehlivá disperze nanočástic ultrazvukem

Mnoho průmyslových odvětví vyžaduje přípravu suspenzí, které jsou naložené nanočástice. Nanočástice jsou pevné látky o velikosti částic menší než 100nm. Vzhledem k velikosti minutové částice nanočástice vyjadřují jedinečné vlastnosti, jako je výjimečná pevnost, tvrdost, optické vlastnosti, tažnost, odolnost proti UV záření, vodivost, elektrické a elektromagnetické (EM) vlastnosti, antikoroznost, odolnost proti poškrábání a další mimořádné vlastnosti.
Vysokointenzivný, nízkofrekvenční ultrazvuk vytváří intenzivní akustickou kavitaci, která se vyznačuje extrémními podmínkami, jako jsou smyk, velmi vysoké tlakové a teplotní diferenciály a turbulence. Tyto kavitační síly urychlují částice způsobující kolize mezi částicemi a následně roztříšcení částic. V důsledku toho jsou získány nanostrukturované materiály s úzkou křivkou velikosti částic a rovnoměrným rozložením.
Ultrazvukové disperzní zařízení je vhodné k léčbě jakéhokoli druhu nanomateriálů ve vodě a organických rozpouštědlech s nízkými až velmi vysokými viskozitami.

Ultrazvuková disperze uhlíkových nanotrubiček

Ultrazvukové dispergátory jsou široce používány pro účely dispergování uhlíkových nanotrubiček (CNT). Sonikace je spolehlivá metoda pro odmašení a rozptýlení jednostěnných uhlíkových nanotrubiček (SWCNT) i vícestěnných uhlíkových nanotrubiček (MWCNT). Například za účelem vytvoření vysoce vodicího termoplastického polymeru byla vysoce čistota (> 95%) nanocyl® 3100 (MWCNT; vnější průměr 9,5 nm; čistota 95 +%) ultrazvukem rozptýlena hielscherem UP200S po dobu 30 minut. Ultrazvukem dispergované Nanocyl® 3100 MWCNT v koncentraci 1% w / w v epoxidové pryskyřici vykazovaly vynikající vodivost cca. 1,5 × 10-2 S / m.

Ultrazvuková disperze niklových nanočástic

Nanočástice niklu mohou být úspěšně produkovány prostřednictvím ultrazvukem asibilované syntézy redukce hydrazinu. Cesta syntézy redukce hydrozinu umožňuje tp připravit čistě kovový niklový nanočástic s kulovým tvarem chemickou redukcí chloridu niklu hydrazinem. Výzkumná skupina Adám prokázala, že ultrazvuku – pomocí Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – byl schopen udržet průměrnou primární krystalitovou velikost (7-8 nm) nezávisle na aplikované teplotě, zatímco použití intenzivních a kratších zvukových period by mohlo snížit solvodynamické průměry sekundárních agregovaných částic ze 710 nm na 190 nm při absenci povrchově aktivní hmoty. Nejvyšší kyselost a katalytická aktivita byly měřeny pro nanočástice připravené mírným (výstupním výkonem 30 W) a kontinuální ultrazvukovou léčbou. Katalytické chování nanočástic bylo testováno v reakci suzuki-miyaura na křížové spojení na pět vzorků připravených konvenčními i ultrazvukovými způsoby. Ultrazvukem připravené katalyzátory obvykle vedly lépe a nejvyšší katalytická aktivita byla měřena nad nanočásticemi připravenými pod kontinuální ultrazvukou s nízkým výkonem (30 W).
Ultrazvuková léčba měla zásadní vliv na agregační tendenci nanočástic: defragmentační vliv zničených dutin kavitace s intenzivním přenosem hmoty by mohl překonat atraktivní elektrostatické zničené kavitační dutiny s intenzivním přenosem hmoty by mohl překonat atraktivní elektrostatické a van der Waals síly mezi částicemi.
(viz Adám et al. 2020)

Ultrazvuková syntéza nanočástic wollastonitu

Wollastonit je minerál inosilicate vápeného s chemickým vzorcem CaSiO3 Wollastonit je široce používán jako součást pro výrobu cementu, skla, cihel a dlaždic ve stavebnictví, jako tok při lití oceli, stejně jako přísada při výrobě nátěrů a barev. Například wollastonit poskytuje výztuž, kalení, nízkou absorpci oleje a další vylepšení. Pro získání vynikajících výztužných vlastností wollastonitu je nezbytná nanebevšeznam deaglomerace a rovnoměrná disperze.
Dordane a Doroodmand (2021) ve svých studiích prokázali, že ultrazvuková disperze je velmi důležitým faktorem, který významně ovlivňuje velikost a morfologii nanočástic wollastonitu. Pro vyhodnocení přínosu ultrazvuku na nano-disperze wollastonitu výzkumný tým syntetizoval nanočástice wollastonitu s aplikací vysoce výkonných ultrazvuků a bez ní. Pro své ultrazvukové studie vědci použili ultrazvukový procesor UP200H (Hielscher Ultrazvuk) s frekvencí 24 kHz po dobu 45,0 min. Výsledky ultrazvukové nano-disperze jsou uvedeny v SEM s vysokým rozlišením níže. Sem obraz jasně ukazuje, že vzorek wollastonitu před ultrazvukovou léčbou je aglomerován a agregován; po použití ultrazvuku UP200H je průměrná velikost částic wollastonitu cca. 10nm. Studie ukazuje, že ultrazvuková disperze je spolehlivá a účinná technika pro syntézu nanočástic wollastonitu. Průměrná velikost nanočástic může být řízena úpravou ultrazvukových parametrů zpracování.
(viz Dordane a Doroodmand, 2021)

SEM obrazy nanočástic wollastonitu (A) před a (B) po ultrazvuku pomocí Ultrazvuková Processor UP200H za 45,0 min.
Studie a obrázek: ©Dordane a Doroodmand, 2021.

Ultrazvuková disperze nanofilleru

Sonikace je všestranná metoda k rozptýlení a deaglomeraci nanofillerů v kapalinách a kalech, např. Proto je sonifikace široce používána jako vysoce účinná disperzní metoda v R&D a průmyslová výroba.
Zanghellini a kol. (2021) zkoumal ultrazvukovou disperzní techniku pro nanofillery v epoxidové pryskyřici. Mohl prokázat, že sonikace byla schopna rozptýlit malé a vysoké koncentrace nanofillerů do polymerní matrice.
Při porovnání různých formulací vykazovala oxidovaná CNT 0,5 wt% nejlepší výsledky ze všech sonikovaných vzorků a odhalila velikostní rozložení většiny aglomerátů ve srovnatelném rozmezí se třemi vzorky vyrobenými v rolovací mlýně, dobrou vazbu na tužidlo, vytvoření perkolační sítě uvnitř disperze, která ukazuje na stabilitu proti sedimentaci a tím i na správnou dlouhodobou stabilitu. Vyšší množství plniva vykazovalo podobné dobré výsledky, ale také tvorbu výraznějších vnitřních sítí a poněkud větších aglomerátů. Dokonce i uhlíková nanovlákna (CNF) by mohla být úspěšně rozptýlena pomocí ultrazvuku. Přímého amerického rozptylu nanofillerů v kalicích systémech bez dalších rozpouštědel bylo úspěšně dosaženo, a lze jej tedy vnít jako použitelnou metodu jednoduché a přímé disperze s potenciálem průmyslového použití. (viz Zanghellini et al., 2021)

Srovnání různých nanovláken rozptýlených v tužidla pomocí ultrazvuku typu sondy): a) 0,5 wt% uhlíkového nanovlákna CNF ; b 0,5 wt% CNToxid; c 0,5 wt% uhlíkové nanotrubiky CNT ; d 0,5 wt% CNT částečně rozptýlené.
Studie a obrázek: ©Zanghellini et al., 2021

Ultrazvuková disperze nanočástic – Vědecky prokázané nadřazeností

Výzkum ukazuje v mnoha sofistikovaných studiích, že ultrazvuková disperze je jednou z vynikajících technik deaglomerace a distribuce nanočástic i při vysoké koncentraci v kapalinách. Například Vikash (2020) zkoumal rozptyl vysokého zatížení nano-oxidu křemičitého ve viskózních kapalinách pomocí ultrazvukového dispergátoru Hielscher UP400S. Ve své studii dospěl k závěru, že "stabilní a rovnoměrné disperze nanočástic lze dosáhnout pomocí ultrasonického zařízení při vysokém pevném zatížení ve viskózních kapalinách". [Vikash, 2020]

Vysoce výkonné ultrazvukové procesory pro rozptyl nanočástic

Hielscher Ultrasonics je váš důvěryhodný dodavatel pro spolehlivé vysoce výkonné ultrazvukové zařízení od laboratoře a pilota až po plně průmyslové systémy. Hielscher Ultrazvuk’ zařízení mají sofistikovaný hardware, chytrý software a vynikající uživatelskou přívětivost – navrženo a vyrobeno v Německu. Hielscherovy robustní ultrazvukové stroje pro disperzi, deaglomeraci, syntézu a funkcionalizaci nanočástic mohou být provozovány 24/7/365 při plném zatížení. V závislosti na vašem procesu a vašem výrobním zařízení mohou být naše ultrasonicators provozovány v dávkovém nebo nepřetržitém in-line režimu. K dispozici jsou různé příslušenství, jako jsou sonotrody (ultrazvukové sondy), posilovací rohy, průtokové buňky a reaktory.
Kontaktujte nás nyní a získejte více technických informací, vědeckých studií, protokolů a citace pro naše ultrazvukové nano-disperzní systémy! Naši dobře vyškolení a dlouholetí zaměstnanci s vámi rádi prodiskutuje vaši nano-aplikaci!

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: