Νανοδιαμάντια διασκορπισμένα σε υδατικό εναιώρημα με κατεργασία με υπερήχους

Οι διασπορές νανοδιαμαντιού μπορούν να παρασκευαστούν γρήγορα και αποτελεσματικά χρησιμοποιώντας ηχοβολείς Hielscher. Σε υδατικό εναιώρημα, η αποδιάταξη με υπερήχους εξασφαλίζει την αξιόπιστη διάσπαση των συσσωματωμάτων και το σχηματισμό σταθερών κολλοειδών. Όταν συνδυάζεται με απλή προσθήκη αλάτων για τη ρύθμιση του pH, η μέθοδος παρέχει μια εύκολη, φθηνή και απαλλαγμένη από ρύπους προσέγγιση. Λόγω της επεκτασιμότητάς της και της απλής εφαρμογής της, η διασπορά με υπερήχους είναι ιδιαίτερα κατάλληλη όχι μόνο για την εργαστηριακή έρευνα αλλά και για την επεξεργασία νανοδιαμαντιών σε βιομηχανική κλίμακα.

Αποδοτική και χωρίς μόλυνση αποσύνθεση νανοδιαμαντιών

Τα νανοδιαμάντια εφαρμόζονται όλο και περισσότερο στη βιοϊατρική, τις κβαντικές τεχνολογίες, την τριβολογία και τα προηγμένα σύνθετα υλικά, αλλά η εγγενής τάση τους να σχηματίζουν σκληρά συσσωματώματα συχνά περιορίζει την απόδοση. Η επίτευξη σταθερών κολλοειδών διακριτών σωματιδίων αποτελεί επομένως προϋπόθεση για τον ακριβή χαρακτηρισμό και την αξιόπιστη εφαρμογή. Οι συμβατικές μέθοδοι αποσυγκέντρωσης βασίζονται συχνά σε σκληρές τεχνικές άλεσης που εισάγουν ζιρκονία ή άλλες προσμίξεις, περιπλέκοντας τον καθαρισμό και περιορίζοντας τη βιοϊατρική χρήση. Η διασπορά με υπερήχους προσφέρει μια γρήγορη, κλιμακούμενη και απαλλαγμένη από προσμίξεις εναλλακτική λύση. Εφαρμόζοντας ακουστική σπηλαίωση σε υδατικά μέσα, οι ηχοβολείς τύπου καθετήρα διασπούν αποτελεσματικά τα συσσωματώματα σε μονοψήφια νανοδιαμάντια. Σε συνδυασμό με απλή διαμόρφωση του pH με τη βοήθεια αλάτων, η μέθοδος αυτή παράγει σταθερά κολλοειδή σε ένα ευρύ φάσμα pH χωρίς την εισαγωγή τοξικών παραπροϊόντων, καθιστώντας την ιδιαίτερα ελκυστική τόσο για εργαστηριακή έρευνα όσο και για παραγωγή σε βιομηχανική κλίμακα.

Nanodiamonds μπορεί να είναι αποτελεσματική και αξιόπιστα διασκορπισμένη χρησιμοποιώντας Hielscher υπερήχων.

Πώς υπερήχων άλεση και διασπορά των νανοδιαμαντιών εργασίας?

Η υπερηχητική διασπορά χρησιμοποιεί τα ίδια τα νανοδιαμάντια ως μέσα άλεσης. Η ακουστική σπηλαίωση που παράγεται από κύματα υπερήχων υψηλής ισχύος δημιουργεί ροή υγρού υψηλής ταχύτητας. Αυτά τα υγρά ρεύματα επιταχύνουν τα σωματίδια (π.χ. διαμάντια) στην υδαρή κοπριά, έτσι ώστε τα σωματίδια να συγκρούονται με έως και 280km/s και να θρυμματίζονται σε μικροσκοπικά σωματίδια νανομεγέθους. Αυτό καθιστά το ultrasonicmilling και τη διασπορά μια εύκολη, φθηνή και χωρίς ρύπους τεχνική, η οποία αποσυσσωματώνει αξιόπιστα το νανοδιαμάντι σε σωματίδια νανομεγέθους σταθερά σε υδατικό κολλοειδές διάλυμα σε ευρύ φάσμα pH. Το αλάτι (χλωριούχο νάτριο) χρησιμοποιείται για τη σταθεροποίηση των νανοδιαμαντιών σε υδατικό πολτό.
 

 
Μάθετε περισσότερα για την αποδιάταξη νανοδιαμαντιών με υπερήχους για την προ-αναλυτική προετοιμασία δειγμάτων!
 

Υπερήχων Nanodiamond άλεση υπερέχει χάντρες μύλοι

Οι υπερήχων τύπου καθετήρα είναι εξαιρετικά αποτελεσματικοί μύλοι και είναι μια καθιερωμένη τεχνική άλεσης για τη μεγάλης κλίμακας παραγωγή εναιωρημάτων νανοδιαμαντιών σε βιομηχανική κλίμακα. Δεδομένου ότι οι μύλοι υπερήχων χρησιμοποιούν τα νανοδιαμάντια ως μέσα άλεσης, αποφεύγεται εντελώς η μόλυνση μέσω μέσων άλεσης, π.χ. από χάντρες ζιρκονίου. Αντ 'αυτού, οι υπερηχητικές δυνάμεις σπηλαίωσης επιταχύνουν τα σωματίδια έτσι ώστε τα νανοδιαμάντια να συγκρούονται βίαια μεταξύ τους και να διασπώνται σε ομοιόμορφο νανο-μέγεθος. Αυτή η υπερηχητικά επαγόμενη σύγκρουση μεταξύ σωματιδίων είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική και αξιόπιστη μέθοδος για την παραγωγή ομοιόμορφα κατανεμημένων νανοδιασπορών.
Η μέθοδος διασποράς και συσσωμάτωσης υπερήχων 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 υπερήχων. Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία άλεσης, αυτά τα πρόσθετα μπορούν εύκολα να αφαιρεθούν με ένα απλό ξέπλυμα με νερό, το οποίο είναι ένα αξιοσημείωτο πλεονέκτημα έναντι μιας κεραμικής χάντρας επεξεργασίας. Η παραδοσιακή άλεση σφαιριδίων, όπως οι attritors, χρησιμοποιεί αδιάλυτα κεραμικά μέσα άλεσης (π.χ. μπάλες, χάντρες ή μαργαριτάρια), των οποίων τα λειαντικά υπολείμματα μολύνουν την τελική διασπορά. Η απομάκρυνση της μόλυνσης που προκαλείται από τα μέσα άλεσης συνεπάγεται πολύπλοκη μετεπεξεργασία και είναι χρονοβόρα καθώς και δαπανηρή.

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

Υποδειγματικό πρωτόκολλο για υπερηχητική διασπορά νανοδιαμαντιών

Υποβοηθούμενη από αλάτι υπερηχητική αποσυσσωμάτωση νανοδιαμαντιών στο νερό:
Ένα μείγμα 10 g χλωριούχου νατρίου και 0,250 g σκόνης νανοδιαμαντιών αλεσμένο για λίγο με το χέρι χρησιμοποιώντας κονίαμα πορσελάνης και γουδοχέρι και τοποθετήθηκε σε γυάλινο φιαλίδιο των 20 ml μαζί με 5 ml απελευθερωμένου νερού. Το προετοιμασμένο δείγμα υποβλήθηκε σε υπερήχους χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό τύπο καθετήρα για 100 λεπτά σε ισχύ εξόδου 60% και κύκλο λειτουργίας 50%. Μετά από υπερήχους, το δείγμα χωρίστηκε εξίσου μεταξύ δύο πλαστικών σωλήνων φυγοκέντρησης Falcon των 50 mL και διασκορπίστηκε σε απεσταγμένο νερό μέχρι 100 mL συνολικού όγκου (2 × 50 mL). Στη συνέχεια, κάθε δείγμα φυγοκεντρήθηκε χρησιμοποιώντας φυγόκεντρο Eppendorf 5810-R στις 4000 rpm και 25°C για 10 λεπτά και το διαυγές υπερκείμενο υγρό απορρίφθηκε. Τα υγρά ιζήματα ND στη συνέχεια διασπειρώθηκαν 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 νανοδιαμαντιών διασκορπίστηκαν εκ νέου, αυτή τη φορά σε 5 mL απεσταγμένου νερού για χαρακτηρισμό. Μια τυποποιημένη δοκιμασία AgNO3 έδειξε πλήρη απουσία Cl⁻ σε νανοδιαμάντια με αλάτι που έχουν αποδιαταχθεί με υπερήχους και έχουν πλυθεί με απεσταγμένο νερό δύο φορές, όπως περιγράφεται ανωτέρω. Μετά την εξάτμιση του νερού από τα δείγματα, ο σχηματισμός μαύρου στερεού νανοδιαμαντιού “τσιπς” παρατηρήθηκε με απόδοση ∼200 mg ή 80% της αρχικής μάζας νανοδιαμαντιού. (βλέπε εικόνα παρακάτω)
(πρβλ. Turcheniuk et al., 2016)

Αποξηραμένο δείγμα νανοδιασκορπισμένων νανοδιαμαντιών με υπερήχους.
(Μελέτη και γράφημα: ©Turcheniuk et al., 2016)

Υπερήχων υψηλής απόδοσης για διασπορές νανοδιαμαντιών

Hielscher Υπέρηχοι σχεδιάζει, κατασκευάζει και διανέμει υψηλής απόδοσης υπερήχων άλεση και διασπορά εξοπλισμού για βαρέως τύπου εφαρμογές, όπως η κατασκευή των νανοδιαμαντιών πολτούς, μέσα στίλβωσης και νανοσύνθετα υλικά. Hielscher υπερήχων χρησιμοποιούνται παγκοσμίως για τη διασπορά νανο-υλικών σε υδατικά κολλοειδή εναιωρήματα, πολυμερή, ρητίνες, επικαλύψεις, και άλλα υλικά υψηλής απόδοσης.
Hielscher υπερήχων διασκορπιστές είναι αξιόπιστα και αποτελεσματικά στην επεξεργασία χαμηλού έως υψηλού ιξώδους. Ανάλογα με τα υλικά εισόδου και το στοχευόμενο τελικό μέγεθος σωματιδίων, η ένταση υπερήχων μπορεί να ρυθμιστεί με ακρίβεια για βέλτιστα αποτελέσματα της διαδικασίας.
Προκειμένου να επεξεργαστούν ιξώδεις πάστες, νανοϋλικά και υψηλές στερεές συγκεντρώσεις, ο υπερηχητικός διασκορπιστής πρέπει να είναι ικανός να παράγει συνεχώς υψηλά πλάτη. Hielscher Υπέρηχοι’ Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων μπορούν να παραδώσουν 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 μεγάλα πλάτη και η ακριβής ρύθμιση του πλάτους είναι απαραίτητη για την προσαρμογή των συνθηκών διαδικασίας υπερήχων για τη βέλτιστη διατύπωση εξαιρετικά γεμισμένων νανο-πολτών, νανο-ενισχυμένων μιγμάτων πολυμερών και νανοσύνθετων υλικών.
Εκτός από το πλάτος υπερήχων, η πίεση είναι μια άλλη πολύ σημαντική παράμετρος διαδικασίας. Υπό αυξημένες πιέσεις, η ένταση της υπερηχητικής σπηλαίωσης και οι δυνάμεις διάτμησης εντείνονται. Υπερήχων αντιδραστήρες Hielscher μπορεί να συμπιεστεί επιτυγχάνοντας έτσι εντατικοποιημένα αποτελέσματα υπερήχων.
Η παρακολούθηση της διαδικασίας και η καταγραφή δεδομένων είναι σημαντικές για τη συνεχή τυποποίηση της διαδικασίας και την ποιότητα των προϊόντων. Συνδεόμενοι αισθητήρες πίεσης και θερμοκρασίας καλώδιο στην υπερηχητική γεννήτρια 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 πρωτοκολλούνται αυτόματα και αποθηκεύονται σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD. Με την πρόσβαση στα αυτόματα καταγεγραμμένα δεδομένα διαδικασίας, μπορείτε να αναθεωρήσετε προηγούμενες εκτελέσεις υπερήχων και να αξιολογήσετε τα αποτελέσματα της διαδικασίας.
Ένα άλλο φιλικό προς το χρήστη χαρακτηριστικό είναι το τηλεχειριστήριο του προγράμματος περιήγησης των ψηφιακών συστημάτων υπερήχων μας. Μέσω απομακρυσμένου ελέγχου προγράμματος περιήγησης μπορείτε να ξεκινήσετε, να σταματήσετε, να ρυθμίσετε και να παρακολουθείτε τον υπερηχητικό επεξεργαστή σας από οπουδήποτε.
Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τους ομογενοποιητές υπερήχων υψηλής απόδοσης για άλεση και νανο-διασπορές!
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: