Nanodiamonds διασκορπισμένα σε υδατικό εναιώρημα με υπερήχηση

Οι διασπορές Nanodiamond είναι αποτελεσματικές και παράγονται γρήγορα χρησιμοποιώντας υπερηχητικούς διασκορπιστές. Υπερήχων αποσυγκέντρωση και διασπορά των νανοδιαμονών μπορεί να πραγματοποιηθεί αξιόπιστα σε ένα υδατικό εναιώρημα. Η τεχνική διασποράς υπερήχων χρησιμοποιεί αλάτι για τροποποίηση του pH και είναι έτσι μια εύκολη, φθηνή και χωρίς ρύπους τεχνική, η οποία μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί σε βιομηχανική κλίμακα.

Τα nanodiamonds μπορούν να είναι αποτελεσματικά και αξιόπιστα διασκορπισμένα χρησιμοποιώντας υπερήχους Hielscher.

Πώς λειτουργεί η υπερηχητική άλεση και η διασπορά των nanodiamonds;

Η υπερηχητική διασπορά χρησιμοποιεί τα ίδια τα νανοδιαμονίδια ως μέσα άλεσης. Η ακουστική σπηλαίωση που παράγεται από κύματα υπερήχων υψηλής ισχύος δημιουργεί ροή υγρών υψηλής ταχύτητας. Αυτά τα υγρά ρεύματα επιταχύνουν τα σωματίδια (π.χ. διαμάντια) στον πολτό, έτσι ώστε τα σωματίδια να συγκρούονται με έως και 280km/s και να θρυμματίζονται σε μικροσκοπικά σωματίδια νανο-μεγέθους. Αυτό καθιστά το υπερηχητικό χαμόγελο και τη διασπορά μια εύκολη, φθηνή και χωρίς ρύπους τεχνική, η οποία αποσυγκροτεί αξιόπιστα το nanodiamond σε σωματίδια νανο-μεγέθους σταθερά σε υδατικό κολλοειδές διάλυμα σε ένα ευρύ φάσμα pH. Το αλάτι (χλωριούχο νάτριο) χρησιμοποιείται για τη σταθεροποίηση των νανοδιαμονών σε έναν υδατικό πολτό.

Υπερηχητική άλεση Nanodiamond Υπερέχει Μύλοι χαντρών

Οι υπερηχητικοί ανιχνευτές τύπου ανιχνευτή είναι εξαιρετικά αποτελεσματικοί μύλοι και είναι μια καθιερωμένη τεχνική άλεσης για τη μεγάλης κλίμακας παραγωγή εναιωρημάτων nanodiamond σε βιομηχανική κλίμακα. Δεδομένου ότι οι υπερηχητικοί μύλοι χρησιμοποιούν τα νανοδιαμόνια ως μέσα άλεσης, η μόλυνση μέσω μέσων άλεσης, π.χ. από χάντρες ζιρκονίας, αποφεύγεται εντελώς. Αντ 'αυτού, οι υπερηχητικές δυνάμεις σπηλαίωσης επιταχύνουν τα σωματίδια έτσι ώστε τα νανοδιαμονίδια να συγκρούονται βίαια μεταξύ τους και να διασπώνται σε ομοιόμορφο νανο-μέγεθος. Αυτή η υπερηχητικά προκληθείσα σύγκρουση μεταξύ σωματιδίων είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική και αξιόπιστη μέθοδος για την παραγωγή ομοιόμορφα κατανεμημένων νανοδιασπορών.
Η υπερηχητική μέθοδος διασποράς και αποσυγκέντρωσης χρησιμοποιεί υδατοδιαλυτά, μη τοξικά και μη μολυσματικά πρόσθετα όπως χλωριούχο νάτριο ή σακχαρόζη για ρύθμιση του pH και σταθεροποίηση της υπερηχητικής διασποράς. Αυτές οι κρυσταλλικές δομές χλωριούχου νατρίου ή σακχαρόζης δρουν επιπλέον ως μέσα άλεσης υποστηρίζοντας έτσι τη διαδικασία άλεσης με υπερήχους. Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία άλεσης, αυτά τα πρόσθετα μπορούν εύκολα να αφαιρεθούν με ένα απλό ξέπλυμα με νερό, το οποίοείναι ένα αξιοσημείωτο πλεονέκτημα έναντι μιας διαδικασίας κεραμικών χαντρών. Η παραδοσιακή άλεση χαντρών, όπως οι ατράκτες, χρησιμοποιούν αδιάλυτα κεραμικά μέσα άλεσης (π.χ. μπάλες, χάντρες ή μαργαριτάρια), των οποίων τα λειανθέντα υπολείμματα μολύνουν την τελική διασπορά. Η απομάκρυνση της μόλυνσης που προκαλείται από τα μέσα άλεσης περιλαμβάνει πολύπλοκη μετεπεξεργασία και είναι χρονοβόρα καθώς και δαπανηρή.

Η τεχνολογία διασποράς υπερήχων παράγει αποτελεσματικά υδατικά εναιωρήματα νανοδιαμών με στενή κατανομή μεγέθους σωματιδίων.
(Μελέτη και γραφική παράσταση: ©Turcheniuk et al., 2016)

Υποδειγματικό πρωτόκολλο για τη διασπορά υπερήχων nanodiamond

Υπερηχητική αποσυγκέντρωση με τη βοήθεια αλατιού των νανοδιαμών στο νερό:
Ένα μείγμα 10 g χλωριούχου νατρίου και 0,250 g σκόνης nanodiamond αλεσθεί για λίγο με το χέρι χρησιμοποιώντας κονίαμα πορσελάνης και γουδοχέρι και τοποθετήθηκε σε γυάλινο φιαλίδιο των 20 ml μαζί με 5 ml νερού DI. Το προετοιμασμένο δείγμα υποβλήθηκε σε κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό τύπου καθετήρα για 100 λεπτά σε ισχύ εξόδου 60% και κύκλο λειτουργίας 50%. Μετά την κατεργασία με υπερήχους, το δείγμα χωρίστηκε εξίσου μεταξύ δύο πλαστικών σωλήνων φυγοκέντρησης Falcon 50 mL και διασκορπίστηκε σε απεσταγμένο νερό μέχρι 100 mL συνολικού όγκου (2 × 50 mL). Στη συνέχεια, κάθε δείγμα φυγοκεντρήθηκε χρησιμοποιώντας έναν φυγοκεντρητή Eppendorf 5810-R στις 4000 σ.α.λ. και στους 25°C για 10 λεπτά και το διαυγές υπερκείμενο υγρό απορρίφθηκε. Τα υγρά ιζήματα ND στη συνέχεια διασκορπίστηκαν εκ νέου σε απεσταγμένο νερό (συνολικός όγκος 100 mL) και φυγοκεντρήθηκαν για δεύτερη φορά στις 12000 rpm και στους 25 °C για 1 ώρα. Για άλλη μια φορά το διαυγές υπερκείμενο υγρό απορρίφθηκε και τα υγρά ιζήματα νανοδιαμονής διασκορπίστηκαν εκ νέου, αυτή τη φορά σε 5 mL απεσταγμένου νερού για χαρακτηρισμό. Μια τυπική δοκιμασία AgNO3 έδειξε πλήρη απουσία Cl^- σε υπερηχητικά με τη βοήθεια αλατιού απογύμνωση νανοδιαμονών που πλένονται με απεσταγμένο νερό δύο φορές όπως περιγράφεται παραπάνω. Μετά την εξάτμιση του νερού από τα δείγματα, παρατηρήθηκε σχηματισμός μαύρων στερεών νανοδιαμονδών "τσιπ" με απόδοση ∼200 mg ή 80% της αρχικής μάζας νανοδιαμονδών. (δείτε την παρακάτω εικόνα)
(πρβλ. Τουρτσενιούκ κ.ά., 2016)

Αποξηραμένο δείγμα με υπερήχους διασκορπισμένα νανοδιαμονίδια.
(Μελέτη και γραφική παράσταση: ©Turcheniuk et al., 2016)

Υπερήχων υψηλής απόδοσης για διασπορές nanodiamond

Η Hielscher Ultrasonics σχεδιάζει, κατασκευάζει και διανέμει υψηλής απόδοσης υπερηχητικό εξοπλισμό άλεσης και διασποράς για εφαρμογές βαρέως τύπου, όπως η κατασκευή πολτών nanodiamond, μέσων στίλβωσης και νανοσύνθετων. Hielscher υπερήχων χρησιμοποιούνται παγκοσμίως για τη διασπορά νανο-υλικών σε υδατικά κολλοειδή εναιωρήματα, πολυμερή, ρητίνες, επικαλύψεις, και άλλα υλικά υψηλής απόδοσης.
Οι διασκορπιστές υπερήχων Hielscher είναι αξιόπιστοι και αποτελεσματικοί στην επεξεργασία χαμηλών έως υψηλών ιξώδους. Ανάλογα με τα υλικά εισόδου και το στοχευμένο τελικό μέγεθος σωματιδίων, η ένταση υπερήχων μπορεί να ρυθμιστεί με ακρίβεια για βέλτιστα αποτελέσματα διεργασίας.
Προκειμένου να επεξεργαστεί ιξώδεις πάστες, νανοϋλικά και υψηλές στερεές συγκεντρώσεις, ο υπερηχητικός διασκορπιστής πρέπει να είναι ικανός να παράγει συνεχώς υψηλά πλάτη. Χίλσερ Υπέρηχοι’ οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων μπορούν να προσφέρουν πολύ υψηλά πλάτη σε συνεχή λειτουργία υπό πλήρες φορτίο. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργήσουν σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Η επιλογή λειτουργίας ενός υπερηχητικού διασκορπιστή σε υψηλά πλάτη και η ακριβής ρύθμιση του πλάτους είναι απαραίτητη για την προσαρμογή των συνθηκών της υπερηχητικής διαδικασίας για τη βέλτιστη σύνθεση νανο-πολτών υψηλής πλήρωσης, μειγμάτων πολυμερών ενισχυμένων με νανο-ενισχυμένων και νανοσύνθετων.
Εκτός από το υπερηχητικό πλάτος, η πίεση είναι μια άλλη πολύ σημαντική παράμετρος διαδικασίας. Υπό αυξημένες πιέσεις, η ένταση της υπερηχητικής σπηλαίωσης και των δυνάμεων διάτμησης εντείνεται. Υπερήχων αντιδραστήρες Hielscher μπορεί να πιεστούν με αυτόν τον τρόπο λαμβάνοντας εντατικοποιημένα αποτελέσματα κατεργασίας με υπερήχους.
Η παρακολούθηση της διαδικασίας και η καταγραφή δεδομένων είναι σημαντικές για τη συνεχή τυποποίηση της διαδικασίας και την ποιότητα των προϊόντων. Οι αισθητήρες πίεσης και θερμοκρασίας συνδέονται με καλώδιο στη γεννήτρια υπερήχων για την παρακολούθηση και τον έλεγχο της διαδικασίας διασποράς υπερήχων. Όλες οι σημαντικές παράμετροι επεξεργασίας όπως η υπερηχητική ενέργεια (καθαρή + συνολική), η θερμοκρασία, η πίεση και ο χρόνος οργανώνονται αυτόματα και αποθηκεύονται σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD. Με την πρόσβαση στα αυτόματα καταγεγραμμένα δεδομένα διεργασίας, μπορείτε να αναθεωρήσετε προηγούμενες εκτελέσεις υπερήχων και να αξιολογήσετε τα αποτελέσματα της διαδικασίας.
Ένα άλλο φιλικό προς το χρήστη χαρακτηριστικό είναι ο τηλεχειρισμός του προγράμματος περιήγησης των ψηφιακών συστημάτων υπερήχων μας. Μέσω απομακρυσμένου ελέγχου του προγράμματος περιήγησης μπορείτε να ξεκινήσετε, να σταματήσετε, να ρυθμίσετε και να παρακολουθήσετε τον υπερηχητικό επεξεργαστή σας εξ αποστάσεως από οπουδήποτε.
Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τους υψηλής απόδοσης ομογενοποιητές υπερήχων για άλεση και νανο-διασπορές!
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας: