Nanodiamanter dispergeret i vandig suspension med sonikering

Nanodiamantdispersioner er effektive og produceres hurtigt ved hjælp af ultralydsdispergeringsmidler. Ultralydsdeaggregering og dispersion af nanodiamanter kan udføres pålideligt i en vandig suspension. Ultralydsdispersionsteknikken bruger salt til pH-modifikation og er derved en let, billig og forureningsfri teknik, som let kan bruges i industriel skala.

Nanodiamanter kan være effektive og pålideligt spredt ved hjælp af Hielscher ultralydapparater.

Hvordan fungerer ultralydsfræsning og spredning af nanodiamanter?

Ultralydsdispersion bruger selve nanodiamanterne som fræsemedie. Akustisk kavitation genereret af ultralydsbølger med høj effekt skaber højhastigheds væskestreaming. Disse væskestrømme accelererer partiklerne (f.eks. diamanter) i gyllen, så partiklerne kolliderer med op til 280 km/s og splintres til små partikler i nanostørrelse. Dette gør ultralydsfræsning og dispersion til en nem, billig og forureningsfri teknik, som pålideligt deagglomererer nanodiamant til partikler i nanostørrelse, der er stabile i vandig kolloid opløsning i et bredt pH-område. Salt (natriumchlorid) bruges til at stabilisere nanodiamanterne i en vandig gylle.

Ultralyd Nanodiamond Milling udmærker sig ved perlemøller

Sonde-type ultralydapparater er meget effektive møller og er en etableret fræseteknik til storstilet produktion af nanodiamantsuspensioner i industriel skala. Da ultralydsmøller bruger nanodiamanterne som fræsemedier, undgås forurening gennem fræsemedier, f.eks. fra zirkoniumperler, fuldstændigt. I stedet acceler ultralydskavitationskræfter partiklerne, så nanodiamanterne kolliderer voldsomt med hinanden og nedbrydes til ensartet nanostørrelse. Denne ultralydsinducerede interpartikelkollision er en yderst effektiv og pålidelig metode til fremstilling af ensartet fordelte nanodispersioner.
Ultralydsdispersions- og deaggregeringsmetoden bruger vandopløselige, ikke-giftige og ikke-forurenende tilsætningsstoffer såsom natriumchlorid eller saccharose til pH-regulering og stabilisering af ultralydsdispersionen. Disse krystalstrukturer af natriumchlorid eller saccharose fungerer desuden som fræsemedier og understøtter derved ultralydsfræsningsproceduren. Når formalingsprocessen er afsluttet, kan disse tilsætningsstoffer let fjernes ved en simpel skylning med vand, hvilket er en bemærkelsesværdig fordel i forhold til en proces keramiske perler. Traditionel perlefræsning såsom attritorer bruger uopløselige keramiske fræsemedier (f.eks. kugler, perler eller perler), hvis afskårne rester forurener den endelige dispersion. Fjernelse af forurening forårsaget af fræsemedier involverer kompleks efterbehandling og er tidskrævende såvel som dyrt.

Ultralydsdispergeringsteknologi producerer effektivt vandige nanodiamantsuspensioner med smal partikelstørrelsesfordeling.
(Undersøgelse og grafik: ©Turcheniuk et al., 2016)

Eksemplarisk protokol for ultralyd nanodiamantdispersion

Saltassisteret ultralydsdeaggregering af nanodiamanter i vand:
En blanding af 10 g natriumchlorid og 0,250 g nanodiamantpulver blev kortvarigt malet i hånden ved hjælp af en porcelænsmørtel og støder og anbragt i et 20 ml hætteglas med glas sammen med 5 ml DI-vand. Den forberedte prøve blev sonikeret ved hjælp af en sonde-type ultralydsapparat i 100 minutter ved 60% udgangseffekt og 50% driftscyklus. Efter sonikering blev prøven ligeligt opdelt mellem to 50 ml Falcon centrifugerør af plast og dispergeret i destilleret vand op til 100 ml samlet volumen (2 × 50 ml). Hver prøve blev derefter centrifugeret ved hjælp af en Eppendorf-centrifuge 5810-R ved 4000 rpm og 25°C i 10 minutter, og den klare supernatant blev kasseret. De våde ND-bundfald blev derefter redispergeret i destilleret vand (100 ml samlet volumen) og centrifugeret en anden gang ved 12000 rpm og 25 °C i 1 time. Endnu en gang blev den klare supernatant kasseret, og de våde nanodiamantbundfald blev spredt igen, denne gang i 5 ml destilleret vand til karakterisering. Et standard AgNO3-assay viste fuldstændig fravær af Cl⁻ I saltassisteret ultralyd deaggeret Grægated Nanodiamonds vasket med destilleret vand to gange som beskrevet ovenfor. Efter fordampning af vand fra prøverne blev der observeret dannelse af sorte faste nanodiamant-"chips" med et udbytte på ∼200 mg eller 80% af den oprindelige nanodiamantmasse. (se billedet nedenfor)
(jf. Turcheniuk et al., 2016)

Tørret prøve af ultralydsdispergerede nanodiamanter.
(Undersøgelse og grafik: ©Turcheniuk et al., 2016)

Højtydende ultralydapparater til nanodiamantdispersioner

Hielscher Ultrasonics designer, fremstiller og distribuerer højtydende ultralydsfræse- og dispergeringsudstyr til tunge applikationer såsom fremstilling af nanodiamantopslæmninger, poleringsmedier og nanokompositter. Hielscher ultralydapparater bruges over hele verden til at dispergere nanomaterialer i vandige kolloide suspensioner, polymerer, harpikser, belægninger og andre højtydende materialer.
Hielscher ultralydsdispergeringsmidler er pålidelige og effektive til behandling af lave til høje viskositeter. Afhængigt af inputmaterialerne og den tilsigtede endelige partikelstørrelse kan ultralydsintensiteten justeres præcist for optimale procesresultater.
For at behandle tyktflydende pastaer, nanomaterialer og høje faste koncentrationer skal ultralydsdispergeren være i stand til at producere kontinuerligt høje amplituder. Hielscher Ultralyd’ Industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder i kontinuerlig drift under fuld belastning. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres i 24/7 drift. Muligheden for at betjene en ultralydsdispergeringsmiddel ved høje amplituder og justere amplituden præcist er nødvendig for at tilpasse ultralydsprocesbetingelserne til den optimale formulering af højt fyldte nano-opslæmninger, nano-forstærkede polymerblandinger og nanokompositter.
Udover ultralydsamplituden er tryk en anden meget vigtig procesparameter. Under forhøjet tryk intensiveres intensiteten af ultralydskavitation og dens forskydningskræfter. Hielschers ultralydsreaktorer kan sættes under tryk og derved opnå intensiverede sonikeringsresultater.
Procesovervågning og dataregistrering er vigtig for kontinuerlig processtandardisering og produktkvalitet. Tryk- og temperatursensorer, der kan tilsluttes, tilsluttes ultralydsgeneratoren til overvågning og styring af ultralydsspredningsprocessen. Alle vigtige behandlingsparametre såsom ultralydsenergi (netto + total), temperatur, tryk og tid protokolleres automatisk og gemmes på et indbygget SD-kort. Ved at få adgang til de automatisk registrerede procesdata kan du revidere tidligere sonikeringskørsler og evaluere procesresultaterne.
En anden brugervenlig funktion er browserfjernbetjeningen til vores digitale ultralydssystemer. Via fjernstyring af browseren kan du starte, stoppe, justere og overvåge din ultralydsprocessor eksternt hvor som helst.
Kontakt os nu for at lære mere om vores højtydende ultralydshomogenisatorer til fræsning og nanodispersioner!
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: