Ultraschallhomogenisatoren für die Desagglomeration von Nanomaterialien

In der heutigen, sich schnell entwickelnden Landschaft der Materialwissenschaften heben sich Hielscher Ultraschall-Homogenisatoren durch ihre unvergleichliche Präzision bei der Deagglomeration von Nanomaterialien in Laborbechern und im Produktionsmaßstab ab. Hielscher Ultraschall-Homogenisatoren ermöglichen es Forschern und Ingenieuren, die Grenzen des Möglichen in der Nanotechnologie zu erweitern.

Deagglomeration von Nanomaterialien: Herausforderungen und Hielscher Lösungen

Bei der Formulierung von Nanomaterialien im Labor- oder Industriemaßstab tritt häufig das Problem der Agglomeration auf. Hielscher-Sonicatoren lösen dieses Problem durch hochintensive Ultraschallkavitation, die eine effektive Deagglomeration und Dispersion der Partikel gewährleistet. Bei der Formulierung von Materialien, die mit Carbon-Nanotubes (CNTs) angereichert sind, haben Hielscher-Sonikatoren zum Beispiel dazu beigetragen, CNT-Bündel aufzubrechen und so ihre elektrischen und mechanischen Eigenschaften zu verbessern.

Die Deagglomeration von Nanomaterialien mit Ultraschall erzeugt eine gleichmäßige, enge Partikelgrößenverteilung.

Schritt-für-Schritt-Anleitung zur effizienten Dispersion und Deagglomeration von Nanomaterialien

  1. Wählen Sie Ihren Sonicator: Wählen Sie je nach Volumen- und Viskositätsanforderungen das für Ihre Anwendung geeignete Hielscher Sonicator-Modell. Wir beraten Sie gerne. Bitte kontaktieren Sie uns mit Ihren Anforderungen!
  2. Bereiten Sie die Probe vor: Mischen Sie Ihr Nanomaterial in einem geeigneten Lösungsmittel oder einer Flüssigkeit.
  3. Parameter für die Beschallung einstellen: Passen Sie die Amplituden- und Impulseinstellungen entsprechend der Empfindlichkeit Ihres Materials und den gewünschten Ergebnissen an. Bitte fragen Sie uns nach Empfehlungen und Deagglomerationsprotokollen!
  4. Überwachen Sie den Prozess: Beurteilen Sie die Wirksamkeit der Deagglomeration anhand regelmäßiger Probenahmen und passen Sie die Parameter bei Bedarf an.
  5. Behandlung nach der Beschallung: Sorgen Sie für eine stabilisierte Dispersion mit geeigneten Tensiden oder durch sofortigen Einsatz in Anwendungen.
Die Beschallung hat sich bei der Desagglomeration und Funktionalisierung von wärmeleitenden Nanopartikeln sowie bei der Herstellung von stabilen, hochleistungsfähigen Nanofluiden für Kühlanwendungen bewährt.

Deagglomeration von Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) in Polyethylenglykol (PEG) mit Ultraschall

Video-Miniaturansicht

Informationen anfordern




Beachten Sie unsere Datenschutzerklärung.


Häufig gestellte Fragen zur Deagglomeration von Nanomaterialien (FAQs)

  • Warum agglomerieren die Nanopartikel?

    Nanopartikel neigen aufgrund ihres hohen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen zur Agglomeration, was zu einem erheblichen Anstieg der Oberflächenenergie führt. Diese hohe Oberflächenenergie führt zu einer inhärenten Tendenz der Partikel, ihre dem umgebenden Medium ausgesetzte Oberfläche zu verringern, was sie dazu bringt, sich zusammenzuschließen und Cluster zu bilden. Dieses Phänomen wird in erster Linie durch van-der-Waals-Kräfte, elektrostatische Wechselwirkungen und in einigen Fällen durch magnetische Kräfte angetrieben, wenn die Partikel magnetische Eigenschaften haben. Die Agglomeration kann sich nachteilig auf die einzigartigen Eigenschaften von Nanopartikeln auswirken, z. B. auf ihre Reaktivität, ihre mechanischen Eigenschaften und ihre optischen Merkmale.

  • Was hält Nanopartikel davon ab, aneinander zu haften?

    Um das Zusammenkleben von Nanopartikeln zu verhindern, müssen die intrinsischen Kräfte, die zur Agglomeration führen, überwunden werden. Dies wird in der Regel durch Strategien zur Oberflächenmodifikation erreicht, die eine sterische oder elektrostatische Stabilisierung bewirken. Bei der sterischen Stabilisierung werden Polymere oder Tenside an der Oberfläche von Nanopartikeln angebracht, wodurch eine physikalische Barriere entsteht, die eine Annäherung und Aggregation verhindert. Bei der elektrostatischen Stabilisierung hingegen werden Nanopartikel mit geladenen Molekülen oder Ionen beschichtet, die allen Partikeln die gleiche Ladung verleihen, was zu einer gegenseitigen Abstoßung führt. Diese Methoden können van-der-Waals- und anderen anziehenden Kräften wirksam entgegenwirken und die Nanopartikel in einem stabilen dispergierten Zustand halten. Die Ultraschallbehandlung hilft bei der sterischen oder elektrostatischen Stabilisierung.

  • Wie kann man die Agglomeration von Nanopartikeln verhindern?

    Um die Agglomeration von Nanopartikeln zu verhindern, ist ein vielseitiger Ansatz erforderlich, der gute Dispersionstechniken wie Beschallung, eine geeignete Wahl des Dispersionsmediums und die Verwendung von Stabilisierungsmitteln umfasst. Das Mischen mit Ultraschall und hohen Scherkräften ist für die Dispersion von Nanopartikeln und das Aufbrechen von Agglomeraten effizienter als herkömmliche Kugelmühlen. Die Auswahl eines geeigneten Dispersionsmediums ist entscheidend, da es sowohl mit den Nanopartikeln als auch mit den verwendeten Stabilisierungsmitteln verträglich sein muss. Tenside, Polymere oder Schutzbeschichtungen können auf die Nanopartikel aufgebracht werden, um eine sterische oder elektrostatische Abstoßung zu bewirken und so die Dispersion zu stabilisieren und eine Agglomeration zu verhindern.

  • Wie können wir Nanomaterialien deagglomerieren?

    Die Verringerung der Agglomeration von Nanomaterialien kann durch die Anwendung von Ultraschallenergie (Sonikation) erreicht werden, die Kavitationsblasen in dem flüssigen Medium erzeugt. Das Kollabieren dieser Blasen führt zu starker lokaler Hitze, hohem Druck und starken Scherkräften, die Nanopartikel-Cluster aufbrechen können. Die Wirksamkeit der Beschallung bei der Deagglomeration von Nanopartikeln wird von Faktoren wie der Beschallungsleistung, der Dauer und den physikalischen und chemischen Eigenschaften der Nanopartikel und des Mediums beeinflusst.

  • Was ist der Unterschied zwischen Agglomerat und Aggregat?

    Der Unterschied zwischen Agglomeraten und Aggregaten liegt in der Stärke der Teilchenbindungen und der Art ihrer Bildung. Agglomerate sind Cluster von Teilchen, die durch relativ schwache Kräfte wie Van-der-Waals-Kräfte oder Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten werden, und können oft durch mechanische Kräfte wie Rühren, Schütteln oder Beschallen wieder in einzelne Teilchen zerlegt werden. Aggregate hingegen bestehen aus Teilchen, die durch starke Kräfte, wie z. B. kovalente Bindungen, miteinander verbunden sind, was zu einer dauerhaften Verbindung führt, die viel schwieriger aufzulösen ist. Hielscher-Sonicatoren bieten die intensive Scherung, die Partikelaggregate aufbrechen kann.

  • Was ist der Unterschied zwischen koaleszieren und agglomerieren?

    Koaleszenz und Agglomeration beziehen sich auf das Zusammentreffen von Partikeln, doch handelt es sich um unterschiedliche Prozesse. Koaleszenz ist ein Prozess, bei dem zwei oder mehr Tröpfchen oder Partikel zu einer einzigen Einheit verschmelzen, was häufig mit der Verschmelzung ihrer Oberflächen und inneren Inhalte einhergeht und zu einer dauerhaften Verbindung führt. Dieser Prozess kommt häufig bei Emulsionen vor, bei denen Tröpfchen verschmelzen, um die Gesamtoberflächenenergie des Systems zu verringern. Bei der Agglomeration hingegen schließen sich Feststoffteilchen in der Regel durch schwächere Kräfte wie van-der-Waals-Kräfte oder elektrostatische Wechselwirkungen zu Clustern zusammen, ohne ihre inneren Strukturen zu verschmelzen. Im Gegensatz zur Koaleszenz lassen sich agglomerierte Teilchen unter den richtigen Bedingungen oft wieder in einzelne Komponenten auftrennen.

  • Wie bricht man Agglomerate aus Nanomaterialien auf?

    Das Aufbrechen von Agglomeraten erfordert die Anwendung mechanischer Kräfte, um die Kräfte zu überwinden, die die Partikel zusammenhalten. Zu den Techniken gehören das Mischen unter hoher Scherung, das Mahlen und die Beschallung mit Ultraschall. Die Ultraschallbehandlung ist die wirksamste Technologie zur Deagglomeration von Nanopartikeln, da die dabei entstehende Kavitation starke lokale Scherkräfte erzeugt, die durch schwache Kräfte gebundene Partikel trennen können.

  • Was macht die Beschallung mit Nanopartikeln?

    Bei der Beschallung wird eine Probe mit Hochfrequenz-Ultraschallwellen beschallt, was zu schnellen Vibrationen und der Bildung von Kavitationsblasen im flüssigen Medium führt. Die Implosion dieser Blasen erzeugt starke lokale Hitze, hohe Drücke und Scherkräfte. Bei Nanopartikeln sorgen Hielscher-Sonicatoren für eine effektive Dispersion der Partikel, indem sie Agglomerate aufbrechen und die Reagglomeration durch einen Energieeintrag verhindern, der die anziehenden Kräfte zwischen den Partikeln überwindet. Dieser Prozess ist wichtig, um eine gleichmäßige Partikelgrößenverteilung zu erreichen und die Eigenschaften des Materials für verschiedene Anwendungen zu verbessern.

  • Welche Methoden gibt es zur Dispersion von Nanopartikeln?

    Die Methoden zur Deagglomeration und Dispersion von Nanopartikeln lassen sich in mechanische, chemische und physikalische Verfahren einteilen. Die Ultraschallbehandlung ist eine sehr wirksame mechanische Methode, bei der die Partikel physikalisch getrennt werden. Hielscher-Sonicatoren werden wegen ihrer Effizienz, ihrer Skalierbarkeit, ihrer Fähigkeit, feine Dispersionen zu erzielen, und ihrer Anwendbarkeit für eine breite Palette von Materialien und Lösungsmitteln in jedem Maßstab bevorzugt. Vor allem aber können Sie mit Hielscher-Sonicatoren Ihren Prozess ohne Kompromisse linear vergrößern. Bei chemischen Methoden hingegen werden Tenside, Polymere oder andere Chemikalien verwendet, die an Partikeloberflächen adsorbieren und für sterische oder elektrostatische Abstoßung sorgen. Bei physikalischen Methoden werden die Eigenschaften des Mediums, z. B. der pH-Wert oder die Ionenstärke, verändert, um die Stabilität der Dispersion zu verbessern. Die Ultraschallbehandlung kann die chemische Dispersion von Nanomaterialien unterstützen.

  • Was ist die Beschallungsmethode für die Synthese von Nanopartikeln?

    Bei der Beschallungsmethode für die Nanopartikelsynthese wird Ultraschallenergie eingesetzt, um chemische Reaktionen zu erleichtern oder zu verbessern, die zur Bildung von Nanopartikeln führen. Dies kann durch den Kavitationsprozess geschehen, der lokalisierte Hotspots mit extremen Temperaturen und Drücken erzeugt, die die Reaktionskinetik fördern und die Keimbildung und das Wachstum von Nanopartikeln beeinflussen. Mit Hilfe der Beschallung lassen sich Größe, Form und Verteilung der Partikel steuern, was sie zu einem vielseitigen Werkzeug bei der Synthese von Nanopartikeln mit gewünschten Eigenschaften macht.

  • Welche zwei Arten von Beschallungsmethoden gibt es?

    Die beiden Hauptarten der Beschallung sind die Batch-Sondenbeschallung und die Inline-Sondenbeschallung. Bei der Batch-Sondenbeschallung wird eine Ultraschallsonde in eine Aufschlämmung von Nanomaterialien eingebracht. Bei der Inline-Sondenbeschallung hingegen wird eine Aufschlämmung von Nanomaterialien durch einen Ultraschallreaktor gepumpt, in dem eine Sonde intensive und lokalisierte Ultraschallenergie liefert. Die letztgenannte Methode ist für die Verarbeitung größerer Mengen in der Produktion effektiver und wird häufig für die Dispersion und Deagglomeration von Nanopartikeln im Produktionsmaßstab eingesetzt.

  • Wie lange dauert es, Nanopartikel zu beschallen?

    Die Beschallungsdauer für Nanopartikel ist sehr unterschiedlich und hängt vom Material, dem Ausgangszustand der Agglomeration, der Konzentration der Probe und den gewünschten Endeigenschaften ab. In der Regel können die Beschallungszeiten zwischen einigen Sekunden und mehreren Stunden liegen. Die Optimierung der Beschallungszeit ist von entscheidender Bedeutung, da bei zu geringer Beschallung die Agglomerate intakt bleiben können, während eine zu lange Beschallung zu einer Fragmentierung der Partikel oder unerwünschten chemischen Reaktionen führen kann. Um die optimale Beschallungsdauer für eine bestimmte Anwendung zu ermitteln, sind häufig empirische Tests unter kontrollierten Bedingungen erforderlich.

  • Wie wirkt sich die Beschallungszeit auf die Partikelgröße aus?

    Die Beschallungsdauer hat einen direkten Einfluss auf die Partikelgröße und -verteilung. Anfänglich führt eine längere Beschallung zu einer Verringerung der Partikelgröße aufgrund der Auflösung von Agglomeraten. Ab einem bestimmten Punkt führt eine längere Beschallung jedoch nicht mehr zu einer signifikanten Verringerung der Partikelgröße und kann sogar strukturelle Veränderungen in den Partikeln hervorrufen. Die optimale Beschallungszeit ist entscheidend, um die gewünschte Partikelgrößenverteilung zu erreichen, ohne die Integrität des Materials zu beeinträchtigen.

  • Bricht die Beschallung Moleküle auf?

    Die Beschallung kann Moleküle aufbrechen, aber dieser Effekt hängt stark von der Struktur des Moleküls und den Beschallungsbedingungen ab. Eine Beschallung mit hoher Intensität kann zu Bindungsbrüchen in Molekülen führen, die eine Fragmentierung oder chemische Zersetzung zur Folge haben. Dieser Effekt wird in der Sonochemie zur Förderung chemischer Reaktionen durch die Bildung von freien Radikalen genutzt. Für die meisten Anwendungen, bei denen Nanopartikel dispergiert werden, werden die Beschallungsparameter jedoch so optimiert, dass ein Molekülbruch vermieden und dennoch eine effektive Deagglomeration und Dispersion erreicht wird.

  • Wie trennt man Nanopartikel von Lösungen?

    Die Abtrennung von Nanopartikeln aus Lösungen kann durch verschiedene Methoden erfolgen, darunter Zentrifugation, Filtration und Ausfällung. Bei der Zentrifugation wird die Zentrifugalkraft genutzt, um Partikel nach Größe und Dichte abzutrennen, während bei der Ultrafiltration die Lösung durch eine Membran mit Porengrößen geleitet wird, die Nanopartikel zurückhalten. Die Ausfällung kann durch Änderung der Lösungsmitteleigenschaften, wie pH-Wert oder Ionenstärke, herbeigeführt werden, wodurch die Nanopartikel agglomerieren und sich absetzen. Die Wahl der Trennmethode hängt von den Nanopartikeln ab‘ physikalische und chemische Eigenschaften sowie die Anforderungen der nachfolgenden Verarbeitung oder Analyse.

Hielscher UP400St-Sonicator deagglomeriert Nanomaterialien

Hielscher UP400St-Sonicator für die Deagglomeration von Nanomaterialien

Materialforschung mit Hielscher Ultrasonics

Hielscher Ultraschall-Homogenisatoren sind ein unverzichtbares Werkzeug in der Forschung und Anwendung von Nanomaterialien. Indem wir die Herausforderungen der Deagglomeration von Nanomaterialien direkt angehen und praktische, umsetzbare Lösungen anbieten, möchten wir Ihre erste Anlaufstelle für die Erforschung modernster Materialien sein.

Sprechen Sie noch heute mit uns, um herauszufinden, wie unsere Beschallungstechnologie Ihre Anwendungen für Nanomaterialien revolutionieren kann.

Fordern Sie weitere Informationen an!

Bitte verwenden Sie das untenstehende Formular, um zusätzliche Informationen über unsere Ultraschallprozessoren, Anwendungen und Preise anzufordern. Gerne besprechen wir Ihr Verfahren mit Ihnen und bieten Ihnen ein Ihren Anforderungen entsprechendes Ultraschallsystem an!









Bitte beachten Sie unsere Datenschutzerklärung.




Gängige Nanomaterialien, die eine Deagglomeration erfordern

In der Materialforschung ist die Deagglomeration von Nanomaterialien der Schlüssel zur Optimierung der Eigenschaften von Nanomaterialien für verschiedene Anwendungen. Die Deagglomeration und Dispersion dieser Nanomaterialien mit Hilfe von Ultraschall ist eine wesentliche Voraussetzung für Fortschritte in wissenschaftlichen und industriellen Bereichen und gewährleistet ihre Leistungsfähigkeit in verschiedenen Anwendungen.

  1. Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs): Sie werden aufgrund ihrer außergewöhnlichen mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften in Nanokompositen, Elektronik und Energiespeichern verwendet.
  2. Metall-Oxid-Nanopartikel: Dazu gehören Titandioxid, Zinkoxid und Eisenoxid, die in der Katalyse, der Photovoltaik und als antimikrobielle Mittel eine wichtige Rolle spielen.
  3. Graphen und Graphen-Oxid: Für leitfähige Druckfarben, flexible Elektronik und Verbundwerkstoffe, bei denen die Deagglomeration die Nutzung ihrer Eigenschaften gewährleistet.
  4. Silber-Nanopartikel (AgNPs): Wird wegen seiner antimikrobiellen Eigenschaften in Beschichtungen, Textilien und medizinischen Geräten eingesetzt und erfordert eine gleichmäßige Dispersion.
  5. Gold-Nanopartikel (AuNPs): Aufgrund ihrer einzigartigen optischen Eigenschaften werden sie in der Arzneimittelverabreichung, der Katalyse und der Biosensorik eingesetzt.
  6. Siliziumdioxid-Nanopartikel: Zusatzstoffe in Kosmetika, Lebensmitteln und Polymeren zur Verbesserung der Haltbarkeit und Funktionalität.
  7. Keramische Nanopartikel: Einsatz in Beschichtungen, Elektronik und biomedizinischen Geräten zur Verbesserung von Eigenschaften wie Härte und Leitfähigkeit.
  8. polymere Nanopartikel: Entwickelt für Arzneimittelabgabesysteme, die eine Deagglomeration für eine gleichmäßige Wirkstofffreisetzung benötigen.
  9. Magnetische Nanopartikel: Zum Beispiel Eisenoxid-Nanopartikel, die in MRT-Kontrastmitteln und in der Krebsbehandlung verwendet werden und eine wirksame Deagglomeration erfordern, um die gewünschten magnetischen Eigenschaften zu erzielen.

 

In diesem Video demonstrieren wir Ihnen die bemerkenswerte Effizienz des Sonicators UP200Ht beim Dispergieren von Kohlenstoffpulver in Wasser. Sehen Sie, wie schnell die Ultraschallbehandlung die Anziehungskräfte zwischen den Partikeln überwindet und das schwer zu mischende Kohlenstoffpulver in Wasser einmischt. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Mischleistung wird die Beschallung häufig zur Herstellung gleichmäßiger Nanodispersionen von Ruß, C65, Fullerenen C60 und Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) in der Industrie, Materialwissenschaft und Nanotechnologie eingesetzt.

Ultraschalldispersion von Kohlenstoffmaterialien mit der Ultraschallsonde UP200Ht

Video-Miniaturansicht

 

Wir besprechen Ihr Verfahren gerne mit Ihnen.

Lassen Sie uns in Kontakt treten.