Υπερήχων διασπορά μονοστρωματικού άμορφου άνθρακα (MAC) σε υγρά
Ο μονοστρωματικός άμορφος άνθρακας (MAC) είναι ένα νέο νανοϋλικό με βάση τον άνθρακα με εξαιρετική μηχανική αντοχή, ευελιξία και αγωγιμότητα. Η ενσωμάτωσή του σε υγρές μήτρες είναι κρίσιμη για εφαρμογές σε σύνθετα υλικά υψηλής απόδοσης, αποθήκευση ενέργειας, επιστρώσεις και ηλεκτρονικά υλικά. Ωστόσο, η επίτευξη ομοιόμορφης και σταθερής διασποράς του MAC παρουσιάζει προκλήσεις λόγω των ισχυρών αλληλεπιδράσεων van der Waals και της τάσης συγκέντρωσης. Υπερήχων διασπορά χρησιμοποιώντας Hielscher ανιχνευτή-τύπου υπερήχων παρέχει μια κλιμακούμενη και εξαιρετικά αποτελεσματική λύση για τη διάσπαση των συστάδων MAC και την εξασφάλιση ομοιογενούς κατανομής σε υγρές φάσεις.
Προκλήσεις στη διασπορά MAC
Λόγω της εξαιρετικά λεπτής δομής του και της υψηλής επιφανειακής ενέργειας, το MAC συσσωρεύεται φυσικά σε πολυστρωματικές στοίβες όταν εισάγεται σε υγρό μέσο. Οι συμβατικές μέθοδοι ανάμειξης ή διάτμησης συχνά αποτυγχάνουν να διασκορπίσουν αποτελεσματικά το MAC, οδηγώντας σε:
- Κακή ομοιογένεια στα σύνθετα υλικά
- Μειωμένες μηχανικές ιδιότητες λόγω συσσωμάτωσης
- Περιορισμένη επεκτασιμότητα διεργασιών
Υπερήχων σπηλαίωση προσφέρει μια μη επιζήμια, αποτελεσματική, και κλιμακούμενη τεχνική για την επίτευξη διασκορπισμένη, μονής στρώσης MAC σε διάφορους διαλύτες, πολυμερείς μήτρες, και αντιδραστικά σκευάσματα.
Υπερήχων διασπορά: μηχανισμός και οφέλη
Οι υπερήχων τύπου καθετήρα δημιουργούν έντονη ακουστική σπηλαίωση σε υγρά, η οποία έχει ως αποτέλεσμα τοπικές υψηλές δυνάμεις διάτμησης, μικρο-εκτόξευση και κρουστικά κύματα. Αυτές οι ακραίες συνθήκες διασπούν αποτελεσματικά τα συσσωματώματα MAC, ξεμπερδεύουν και κατανέμουν ομοιόμορφα τα νανοφύλλα. Βασικά πλεονεκτήματα της υπερηχητικής διασποράς περιλαμβάνουν:
- Αποτελεσματική απολέπιση: Μετατρέπει πολυστρωματικά MAC σε μονοστρωματικά
- Υψηλή σταθερότητα: Αποτρέπει την εκ νέου συσσωμάτωση βελτιστοποιώντας τις αλληλεπιδράσεις επιφανειοδραστικών ουσιών και διαλυτών
- Επεκτασιμότητα διαδικασίας: Κατάλληλο για έρευνα εργαστηριακής κλίμακας, πιλοτική παραγωγή και βιομηχανική παραγωγή πλήρους κλίμακας
- Ελεγχόμενη επεξεργασία: Ρυθμιζόμενες παράμετροι (πλάτος, χρόνος, πίεση, θερμοκρασία) επιτρέπουν τη βελτιστοποίηση για συγκεκριμένες εφαρμογές
Hielscher Probe-Type Sonicators: Κλιμακούμενες λύσεις για διασπορά MAC
Hielscher Υπέρηχοι παρέχει state-of-the-art υπερήχων επεξεργαστές που καλύπτουν σε όλα τα επίπεδα της διασποράς MAC, από μικρά εργαστηριακά δείγματα σε μεγάλης κλίμακας βιομηχανικές inline διαδικασίες. Τα αρθρωτά και προσαρμόσιμα συστήματά τους προσφέρουν απαράμιλλη ακρίβεια και αποτελεσματικότητα.
Υπερήχων UP400St για την ομοιογενή διασπορά νανοσωματιδίων άνθρακα
Διασπορά MAC εργαστηριακής κλίμακας
Για έρευνα και ανάπτυξη, τα μοντέλα υπερήχων Hielscher UP200Ht (200W) και UP400St (400W) παρέχουν ακριβή έλεγχο των παραμέτρων διασποράς. Αυτές οι συσκευές υπερήχων επιτρέπουν:
- Επεξεργασία μικρών παρτίδων για ταχείες μελέτες σκοπιμότητας
- Βελτιστοποίηση παραμέτρων για τον προσδιορισμό του ιδανικού πλάτους και της διάρκειας επεξεργασίας
- Αναπαραγωγιμότητα για βελτίωση της σύνθεσης
Πιλοτική και μεσαία παραγωγή
Για πιλοτική ή μικρή βιομηχανική παραγωγή, τα UIP1000hdT (1kW) και UIP2000hdT (2kW) προσφέρουν βελτιωμένη ισχύ διατηρώντας παράλληλα τον έλεγχο της ποιότητας διασποράς. Τα χαρακτηριστικά τους περιλαμβάνουν:
- Συνεχής επεξεργασία για υψηλότερη απόδοση
- Αντιδραστήρες κυψελών ροής που επιτρέπουν την ενσωματωμένη διασπορά
- Οι κυψέλες ροής υπό πίεση επιτρέπουν την επεξεργασία υπό αυξημένη πίεση
Ενσωματωμένη διασπορά βιομηχανικής κλίμακας
Για διασπορά MAC μεγάλου όγκου, οι σειρές UIP4000hdT, UIP6000hdT και UIP16000hdT της Hielscher (4kW-16kW ανά μονάδα) διευκολύνουν τη συνεχή ενσωματωμένη διασπορά, εξασφαλίζοντας αποτελεσματικότητα και αναπαραγωγιμότητα σε βιομηχανικό επίπεδο. Τα οφέλη περιλαμβάνουν:
- Υψηλή ικανότητα επεξεργασίας: Σχεδιασμένο για μεγάλης κλίμακας παραγωγή σύνθετων υλικών και επιστρώσεων
- Κλιμακούμενη αρθρωτή σχεδίαση: Πολλαπλές μονάδες μπορούν να λειτουργούν παράλληλα
- Αυτοματοποίηση διαδικασιών: Ενσωμάτωση με αισθητήρες και συστήματα ελέγχου για παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο
Πώς μπορώ να επιτύχω τη βέλτιστη διασπορά μονοστρωματικού άμορφου άνθρακα;
Για να επιτευχθεί η υψηλότερη ποιότητα διασποράς, πρέπει να βελτιστοποιηθούν οι βασικές παράμετροι επεξεργασίας:
Υπερήχων διασπορά χρησιμοποιώντας Hielscher ανιχνευτή-τύπου υπερήχων είναι μια αποδεδειγμένη, κλιμακούμενη, και εξαιρετικά αποτελεσματική τεχνική για την επεξεργασία της μονοστρωματικής άμορφου άνθρακα σε υγρά. Είτε σε μικρή εργαστηριακή κλίμακα είτε σε πλήρη βιομηχανική παραγωγή, Hielscher υπερήχων εξασφαλίζουν ομοιογενείς, σταθερές διασπορές, ξεκλειδώνοντας το πλήρες δυναμικό του μονοστρωματικού άμορφου άνθρακα (MAC) για σύνθετα υλικά υψηλής απόδοσης επόμενης γενιάς, αγώγιμες επιστρώσεις και προϊόντα ενισχυμένα με νανοϋλικά.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 0.5 έως 1.5mL | μ.δ. | VialTweeter |
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
| 15 έως 150L | 3 έως 15L / λεπτό | UIP6000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000hdT |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000hdT |
- υψηλή απόδοση
- Τεχνολογία αιχμής
- αξιοπιστία & Ευρωστία
- Ρυθμιζόμενος, ακριβής έλεγχος της διαδικασίας
- δέσμη & Ενσωματωμένη
- για κάθε τόμο
- έξυπνο λογισμικό
- έξυπνες λειτουργίες (π.χ. προγραμματιζόμενες, πρωτόκολλο δεδομένων, τηλεχειριστήριο)
- εύκολο και ασφαλές στη λειτουργία
- χαμηλή συντήρηση
- CIP (επιτόπιος καθαρισμός)
Σχεδιασμός, Κατασκευή και Συμβουλευτική – Ποιότητα Made in Germany
Hielscher υπερήχων είναι γνωστή για την υψηλότερη ποιότητα και τα πρότυπα σχεδιασμού τους. Η ευρωστία και η εύκολη λειτουργία επιτρέπουν την ομαλή ενσωμάτωση των υπερήχων μας σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Οι σκληρές συνθήκες και τα απαιτητικά περιβάλλοντα αντιμετωπίζονται εύκολα από τους υπερήχους Hielscher.
Hielscher Υπέρηχοι είναι μια πιστοποιημένη εταιρεία ISO και δίνουν ιδιαίτερη έμφαση σε υψηλής απόδοσης υπερήχων που διαθέτουν state-of-the-art τεχνολογία και φιλικότητα προς το χρήστη. Φυσικά, Hielscher υπερήχων είναι CE συμβατό και πληρούν τις απαιτήσεις των UL, CSA και RoHs.
Βιομηχανικός υπερηχητής UIP16000hdT για νανοδιασπορές σε υψηλή απόδοση
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- SOP – Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
Συχνές Ερωτήσεις
Τι είναι ο μονοστρωματικός άμορφος άνθρακας;
Ο μονοστρωματικός άμορφος άνθρακας (MAC) είναι μια μη κρυσταλλική μορφή άνθρακα πάχους ενός ατόμου, που συνήθως συντίθεται μέσω χημικής εναπόθεσης ατμών (CVD) ή άλλων τεχνικών εναπόθεσης λεπτού υμενίου. Σε αντίθεση με το γραφένιο, το οποίο έχει ένα καλά διατεταγμένο εξαγωνικό πλέγμα, το MAC στερείται ατομικής τάξης μεγάλης εμβέλειας, παρουσιάζοντας μια διαταραγμένη αλλά ομοιόμορφη δομή σε ατομική κλίμακα.
Τι είναι ο άμορφος άνθρακας;
Ο άμορφος άνθρακας (a-C) είναι μια μη κρυσταλλική αλλοτροπική μορφή άνθρακα που χαρακτηρίζεται από την απουσία περιοδικής ατομικής τάξης μεγάλης εμβέλειας. Περιέχει ένα μείγμα υβριδοποιημένων ατόμων άνθρακα sp² (γραφιτικό) και sp³ (τύπου διαμαντιού), με ιδιότητες που ποικίλλουν ανάλογα με τη μέθοδο απόθεσης και την περιεκτικότητα σε υδρογόνο. Οι παραλλαγές περιλαμβάνουν υδρογονωμένο άμορφο άνθρακα (a-C: H), τετραεδρικό άμορφο άνθρακα (ta-C) και άνθρακα τύπου διαμαντιού (DLC).
Είναι ο μονοστρωματικός άμορφος άνθρακας διαθέσιμος χύμα;
Όχι, ο μονοστρωματικός άμορφος άνθρακας δεν είναι διαθέσιμος χύμα λόγω της δισδιάστατης φύσης του. Συντίθεται ως εξαιρετικά λεπτό φιλμ σε υποστρώματα και δεν μπορεί να παραχθεί σε μεγάλες, ανεξάρτητες ποσότητες χύδην όπως γραφίτη ή διαμάντι.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ άμορφου άνθρακα και κρυσταλλικού άνθρακα;
Η κύρια διαφορά έγκειται στην ατομική διάταξη. Ο κρυσταλλικός άνθρακας (π.χ. γραφίτης, διαμάντι) έχει ένα καλά καθορισμένο περιοδικό πλέγμα, ενώ ο άμορφος άνθρακας στερείται τάξης μεγάλης εμβέλειας. Αυτή η δομική διαφορά επηρεάζει τις ηλεκτρονικές, μηχανικές και οπτικές ιδιότητες - οι κρυσταλλικές μορφές παρουσιάζουν ανισοτροπία και διακριτές δομές ζώνης, ενώ ο άμορφος άνθρακας έχει ισοτροπικές ιδιότητες και μεταβλητή ηλεκτρική αγωγιμότητα.
Ποιες είναι οι μορφές άνθρακα;
Ο άνθρακας υπάρχει σε διάφορες αλλοτροπίες, όπως:
- Κρυσταλλικές μορφές: Διαμάντι, γραφίτης, γραφένιο, νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs), φουλερένια (π.χ. C₆₀).
- Άμορφες μορφές: Κάρβουνο, αιθάλη, αιθάλη, υαλώδης άνθρακας, άνθρακας που μοιάζει με διαμάντι (DLC), μονοστρωματικός άμορφος άνθρακας (MAC).
- Υβριδικές νανοδομές: Νανοδιαμάντια, κρεμμύδια άνθρακα, αεροπηκτώματα άνθρακα και σύνθετα υλικά όπως υβρίδια νανοάνθρακα-μετάλλου.
Κάθε μορφή παρουσιάζει ξεχωριστές φυσικοχημικές ιδιότητες σχετικές με εφαρμογές στην επιστήμη των υλικών, την ηλεκτρονική και την αποθήκευση ενέργειας.
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές από εργαστήριο προς βιομηχανικό μέγεθος.