Αξιόπιστη διασπορά νανοσωματιδίων για βιομηχανικές εφαρμογές

Υπερήχους υψηλής ισχύος μπορεί αποτελεσματική και αξιόπιστα διάσπαση συσσωματώματα σωματιδίων και ακόμη και αποσύνθεση πρωτογενή σωματίδια. Λόγω της υψηλής απόδοσης της απόδοσης διασποράς, υπερήχων τύπου καθετήρα χρησιμοποιούνται ως προτιμώμενη μέθοδος για τη δημιουργία ομοιογενών εναιωρημάτων νανοσωματιδίων.

Αξιόπιστη διασπορά νανοσωματιδίων με υπερήχους

Πολλές βιομηχανίες απαιτούν την προετοιμασία εναιωρημάτων, τα οποία είναι φορτωμένα νανοσωματίδια. Τα νανοσωματίδια είναι στερεά με μέγεθος σωματιδίων μικρότερο από 100nm. Λόγω του λεπτού μεγέθους των σωματιδίων, το νανοσωματίδιο εκφράζει μοναδικές ιδιότητες όπως εξαιρετική αντοχή, σκληρότητα, οπτικά χαρακτηριστικά, ολκιμότητα, αντοχή στην υπεριώδη ακτινοβολία, αγωγιμότητα, ηλεκτρικές και ηλεκτρομαγνητικές (ΗΜ) ιδιότητες, αντιδιαβρωτική, αντοχή στις γρατσουνιές και άλλα εξαιρετικά χαρακτηριστικά.
Ο υπέρηχος υψηλής έντασης, χαμηλής συχνότητας δημιουργεί έντονη ακουστική σπηλαίωση, η οποία χαρακτηρίζεται από ακραίες συνθήκες όπως δυνάμεις διάτμησης, διαφορικά πολύ υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας και αναταράξεις. Αυτές οι σπηλαιακές δυνάμεις επιταχύνουν σωματίδια προκαλώντας συγκρούσεις μεταξύ σωματιδίων και συνεπώς θρυμματισμό των σωματιδίων. Κατά συνέπεια, λαμβάνονται νανοδομισμένα υλικά με στενή καμπύλη μεγέθους σωματιδίων και ομοιόμορφη κατανομή.
Ο υπερηχητικός εξοπλισμός διασποράς είναι κατάλληλος για τη θεραπεία οποιουδήποτε είδους νανοϋλικών σε νερό και οργανικούς διαλύτες, με χαμηλά έως πολύ υψηλά ιξώδη.

Υπερηχητική διασπορά των νανοσωλήνων άνθρακα

Υπερήχων διασκορπιστές χρησιμοποιούνται ευρέως για το σκοπό της διασποράς νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs). Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια αξιόπιστη μέθοδος για την αποδιάταξη και τη διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα μονού τοιχώματος (SWCNTs) καθώς και νανοσωλήνων άνθρακα πολλαπλών τοίχων (MWCNTs). Για παράδειγμα, προκειμένου να παραχθεί ένα εξαιρετικά αγώγυσο θερμοπλαστικό πολυμερές, υψηλής καθαρότητας (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs, εξωτερική διάμετρος 9,5 nm, καθαρότητα 95 +%) Το υπερήχων διασκορπισμένο Nanocyl® 3100 MWCNTs σε συγκέντρωση 1% w / w στην εποξειδική ρητίνη έδειξε ανώτερη αγωγιμότητα περίπου 1,5 × 10-2 S / m.

Υπερηχητική διασπορά νανοσωματιδίων νικελίου

Τα νανοσωματίδια νικελίου μπορούν να παραχθούν επιτυχώς μέσω της υπερηχητικά-assited σύνθεσης μείωσης υδραζίνης. Η οδός σύνθεσης μείωσης υδραζίνης επιτρέπει στο tp να προετοιμάσει καθαρό μεταλλικό νανοσωματίδιο νικελίου με σφαιρικό σχήμα με τη χημική μείωση του χλωριούχου νικελίου με υδραζίνη. Η ερευνητική ομάδα του Adám απέδειξε ότι υπερήχους – χρησιμοποιώντας το Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – ήταν σε θέση να διατηρήσει ένα μέσο πρωτογενές κρυσταλλικό μέγεθος (7-8 nm) ανεξάρτητα από την εφαρμοζόμενη θερμοκρασία, ενώ η χρήση έντονων και βραχύτερων περιόδων κατεργασίας με υπερήχους θα μπορούσε να μειώσει τις διαλυτικές διαμέτρους των δευτερευόντων, συγκεντρωτικών σωματιδίων από 710 nm σε 190 nm ελλείψει επιφανειοδραστικής. Η υψηλότερη οξύτητα και καταλυτική δράση μετρήθηκαν για τα νανοσωματίδια που παρασκευάζονται με ήπια (ισχύ εξόδου 30 W) και συνεχή υπερηχογραφική επεξεργασία. Η καταλυτική συμπεριφορά των νανοσωματιδίων δοκιμάστηκε σε μια αντίδραση διασταυρούμενης σύζευξης Suzuki-Miyaura σε πέντε δείγματα που παρασκευάστηκαν με τους συμβατικούς καθώς και τους υπερηχητικούς τρόπους. Οι υπερηχητικά προετοιμασμένοι καταλύτες συνήθως απέδωσαν καλύτερα και η υψηλότερη καταλυτική δραστηριότητα μετρήθηκε πάνω από τα νανοσωματίδια που παρασκευάζονται υπό συνεχή κατεργασία με υπερήχους χαμηλής ισχύος (30 W).
Η θεραπεία υπερήχων είχε κρίσιμες επιπτώσεις στην τάση συγκέντρωσης των νανοσωματιδίων: η επίδραση ανασυγκρότησης των κατεστραμμένων κενών σπηλαίωσης με την έντονη μεταφορά μάζας θα μπορούσε να ξεπεράσει το ελκυστικό ηλεκτροστατικό των κατεστραμμένων κενών σπηλαίωσης με την έντονη μεταφορά μάζας θα μπορούσε να ξεπεράσει τις ελκυστικές ηλεκτροστατικές και van der Waals δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων.
(πρβλ. Adám et al. 2020)

Υπερηχητική σύνθεση νανοσωματιδίων Wollastonite

Wollastonite είναι ένα ορυκτό ασβεστίου inosilicate με τη χημική φόρμουλα CaSiO3 Wollastonite χρησιμοποιείται ευρέως ως συστατικό για την παραγωγή τσιμέντου, γυαλιού, τούβλου, και κεραμιδιών στην κατασκευαστική βιομηχανία, ως ροή στη χύτευση του χάλυβα καθώς επίσης και ένα πρόσθετο στην κατασκευή των επιστρώσεων και των χρωμάτων. Για παράδειγμα, ο λολαστονίτης παρέχει ενίσχυση, σκλήρυνση, χαμηλή απορρόφηση λαδιού και άλλες βελτιώσεις. Προκειμένου να επιτευχθούν εξαιρετικές ενισχυτικές ιδιότητες του λολαστονίτη, η αποχρωματισμολογία νανοκλίμακες και η ομοιόμορφη διασπορά είναι απαραίτητες.
Dordane και Doroodmand (2021) απέδειξαν στις μελέτες τους ότι υπερήχων διασπορά είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας που εμπλουτίζει το μέγεθος και τη μορφολογία των νανοσωματιδίων wollastonite σημαντικά. Για να αξιολογήσει τη συμβολή της κατεργασίας με υπερήχους στη νανο-διασπορά wollastonite, η ερευνητική ομάδα συνέθεσε νανοσωματίδια wollastonite με και χωρίς την εφαρμογή υπερήχων υψηλής ισχύος. Για τις δοκιμές κατεργασίας με υπερήχους, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν υπερήχων επεξεργαστή UP200H (Hielscher Υπερήχους) με συχνότητα 24 kHz για 45,0 λεπτά. Τα αποτελέσματα της υπερηχητικής νανο-διασποράς εμφανίζονται στο SEM υψηλής ανάλυσης παρακάτω. Η εικόνα SEM δείχνει σαφώς ότι το δείγμα wollastonite πριν από την υπερηχητική επεξεργασία συσσωματώνεται και συγκεντρώνεται. μετά την κατεργασία με υπερήχους με τον υπερηχητικό UP200H το μέσο μέγεθος των σωματιδίων wollastonite είναι περίπου 10nm. Η μελέτη δείχνει ότι υπερήχων διασπορά είναι μια αξιόπιστη και αποτελεσματική τεχνική για τη σύνθεση νανοσωματιδίων wollastonite. Το μέσο μέγεθος νανοσωματιδίων μπορεί να ελεγχθεί με τη ρύθμιση των παραμέτρων επεξεργασίας υπερήχων.
(πρβλ. Ντόρνταν και Ντόρουντμαν, 2021)

Εικόνες SEM των νανοσωματιδίων wollastonite (A) πριν και (Β) μετά από υπερήχους χρησιμοποιώντας το Υπερήχων επεξεργαστή UP200H για 45,0 λεπτά.
Μελέτη και εικόνα: ©Ντορντάιν και Ντόρουντμαν, 2021.

Υπερηχητική διασπορά νανοϋλικών

Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια ευέλικτη μέθοδος για τη διασπορά και την απογλώρωση νανοϋλικών στα υγρά και τους πολτούς, π.χ. πολυμερή, εποξειδικές ρητίνες, σκληρυντικά, θερμοπλαστικά κ.λπ. Ως εκ τούτου, η ηχοποίηση χρησιμοποιείται ευρέως ως μια εξαιρετικά αποτελεσματική μέθοδος διασποράς στο R&D και βιομηχανική παραγωγή.
Zanghellini et al. (2021) διερεύνησε την τεχνική υπερήχων διασποράς για νανοϋλικά σε εποξειδική ρητίνη. Θα μπορούσε να αποδείξει ότι η κατεργασία με υπερήχους ήταν σε θέση να διασκορπίσει μικρές και υψηλές συγκεντρώσεις νανοϋλικών σε μια πολυμερή μήτρα.
Συγκρίνοντας διάφορα σκευάσματα, το Οξειδωμένο CNT 0,5 wt% έδειξε τα καλύτερα αποτελέσματα όλων των οχηματοποιημένων δειγμάτων, αποκαλύπτοντας τις κατανομές μεγέθους των περισσότερων συσσωματωμάτων σε συγκρίσιμο εύρος με τρία δείγματα που παράγονται από ρολό μύλου, μια καλή σύνδεση με τον σκληρυντικό, το σχηματισμό ενός δικτύου διαπέρασης μέσα στη διασπορά, το οποίο δείχνει σταθερότητα κατά της καθίζησης και συνεπώς μια σωστή μακροπρόθεσμη σταθερότητα. Τα υψηλότερα ποσά πλήρωσης παρουσίασαν παρόμοια καλά αποτελέσματα, αλλά και το σχηματισμό πιο έντονων εσωτερικών δικτύων καθώς και κάπως μεγαλύτερων συσσωματωμάτων. Ακόμη και οι νανοΐνες άνθρακα (CNF) θα μπορούσαν να διασκορπιστούν με επιτυχία μέσω κατεργασίας με υπερήχους. Η άμεση διασπορά νανοϋλικών στις ΗΠΑ στα συστήματα σκληρυντικών χωρίς πρόσθετους διαλύτες επιτεύχθηκε με επιτυχία και, ως εκ τούτου, μπορεί να θεωρηθεί ως εφαρμόσιμη μέθοδος για μια απλή και ευθεία διασπορά με δυνατότητα βιομηχανικής χρήσης. (πρβλ. Ζανγκελίνι κ.ά., 2021)

Σύγκριση διαφορετικών νανοϋλικών διασκορπισμένες σε σκληρυντικό με υπερήχους τύπου καθετήρα): α) νανοΐν άνθρακα 0,5 wt% (CNF)· β) 0,5 wt% CNToxid· γ) 0,5 wt% νανοσωλήνα άνθρακα (CNT)· δ) 0,5 wt% ημιδιαλυμένο CNT.
Μελέτη και εικόνα: ©Zanghellini et al., 2021

Υπερηχητική διασπορά νανοσωματιδίων – Επιστημονικά αποδεδειγμένο για ανωτερότητα

Η έρευνα δείχνει σε πολυάριθμες εξελιγμένες μελέτες ότι υπερήχων διασπορά είναι μία από τις ανώτερες τεχνικές για την απογλώρωση και τη διανομή νανοσωματιδίων ακόμη και σε υψηλή συγκέντρωση σε υγρά. Για παράδειγμα, ο Vikash (2020) διερεύνησε τη διασπορά υψηλών φορτίων νανο-πυριτίου σε ιξώδη υγρά χρησιμοποιώντας τον υπερηχητικό διασκορπιστή Hielscher UP400S. Στη μελέτη του, καταλήγει στο συμπέρασμα ότι «η σταθερή και ομοιόμορφη διασπορά των νανοσωματιδίων μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας μια συσκευή υπερηχητικής κατεργασίας με υπερήχους σε υψηλή στερεά φόρτιση σε ιξώδη υγρά». [Βίκας, 2020]

Υψηλής απόδοσης υπερήχων επεξεργαστές για διασπορά νανοσωματιδίων

Hielscher Ultrasonics είναι ο αξιόπιστος προμηθευτής σας για αξιόπιστο υψηλής απόδοσης υπερηχητικό εξοπλισμό από εργαστήριο και πιλότο σε πλήρως βιομηχανικά συστήματα. Hielscher Υπερήχων’ Οι συσκευές διαθέτουν εξελιγμένο υλικό, έξυπνο λογισμικό και εξαιρετική φιλικότητα προς το χρήστη – σχεδιάζονται και κατασκευάζονται στη Γερμανία. Οι ισχυρές υπερηχητικές μηχανές hielscher για τη διασπορά, την απογλώρωση, τη σύνθεση νανοσωματιδίων και τη λειτουργικότητα μπορούν να λειτουργήσουν 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα/365 κάτω από το πλήρες φορτίο. Ανάλογα με τη διαδικασία σας και την εγκατάσταση παραγωγής σας, υπερήχους μας μπορεί να τρέξει σε παρτίδα ή συνεχή σε απευθείας σύνδεση λειτουργία. Διάφορα εξαρτήματα όπως sonotrodes (υπερηχητικοί ανιχνευτές), κέρατα ενισχυτή, κύτταρα ροής και αντιδραστήρες είναι άμεσα διαθέσιμα.
Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να λάβετε περισσότερες τεχνικές πληροφορίες, επιστημονικές μελέτες, πρωτόκολλα και ένα απόσπασμα για τα υπερηχητικά συστήματα νανο-διασποράς μας! Το άρτια εκπαιδευμένο, πολύ έμπειρο προσωπικό μας θα χαρεί να συζητήσει μαζί σας τη νανο-εφαρμογή σας!

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας: