Υπερήχων αποσυσσωμάτωση νανοσωματιδίων πυριτίου

Τα νανοσωματίδια πυριτίου όπως το καπνισμένο διοξείδιο του πυριτίου (π.χ. Aerosil) είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο πρόσθετο σε διάφορες βιομηχανίες. Προκειμένου να ληφθεί πλήρως λειτουργικό νανοδιοξείδιο του πυριτίου με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά υλικού, τα νανοσωματίδια διοξειδίου του πυριτίου πρέπει να αποσυσσωματωθούν και να διανεμηθούν ως σωματίδια μονής διασποράς. Υπερήχων αποσυσσωμάτωση έχει αποδειχθεί ότι είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική και αξιόπιστη τεχνική για τη διανομή νανοπυριτίου ομοιόμορφα ως μονοδιασκορπισμένα σωματίδια σε ένα εναιώρημα.

νανοπυρίτιο – Χαρακτηριστικά και εφαρμογές

Διοξείδιο του πυριτίου (SiO₂) και ιδιαίτερα τα νανοσωματίδια διοξειδίου του πυριτίου (Si-NPs) είναι κοινά πρόσθετα σε πολλές βιομηχανίες. Τα νανο-μεγέθους σωματίδια διοξειδίου του πυριτίου προσφέρουν μια πολύ μεγάλη επιφάνεια και εκφράζουν μοναδικά χαρακτηριστικά σωματιδίων, τα οποία χρησιμοποιούνται σε πολλές βιομηχανίες για διάφορους σκοπούς. Για παράδειγμα, οι μοναδικές υλικές ιδιότητες του νανομεγέθους SiO₂ εφαρμόζονται για την ενίσχυση (νανο-)σύνθετων υλικών, σκυροδέματος και άλλων υλικών. Παραδείγματα είναι οι επιστρώσεις με βάση το νανοδιοξείδιο του πυριτίου που προσφέρουν πυρίμαχες ιδιότητες ή το γυαλί επικαλυμμένο με νανοδιοξείδιο του πυριτίου που αποκτά έτσι αντιανακλαστικές ιδιότητες. Στην οικοδομική και κατασκευαστική βιομηχανία, ο καπνός πυριτίου (microsilica) και το nanosilica χρησιμοποιούνται ως εξαιρετικά ποζολανικό υλικό που χρησιμοποιείται για την ενίσχυση της εργασιμότητας καθώς και των μηχανικών και ανθεκτικών ιδιοτήτων του σκυροδέματος. Όταν συγκρίνονται ο καπνός του πυριτίου και το νανοδιοξείδιο του πυριτίου, το νανοδομημένο SiO₂ Η ποζολάνη είναι πιο δραστική σε πρώιμο στάδιο από τον καπνό του πυριτίου, καθώς το νανοπυρίτιο προσφέρει σημαντικά μεγαλύτερη ειδική επιφάνεια και λεπτότητα. Η μεγαλύτερη επιφάνεια προσφέρει περισσότερες θέσεις για να αντιδράσει με το σκυρόδεμα και συμβάλλει ειδικά σε μια βελτιωμένη μικροδομή σκυροδέματος ενεργώντας ως πυρήνας. Η διαπερατότητα αερίου, ένας δείκτης για την ανθεκτικότητα του σκυροδέματος, βελτιώνεται στο σκυρόδεμα που είναι ενισχυμένο με νανοπυρίτιο σε σύγκριση με το σκυρόδεμα που περιέχει παραδοσιακό καπνό πυριτίου.
Στη βιοϊατρική και τις επιστήμες της ζωής, SiO₂ Τα νανοσωματίδια διερευνώνται ευρέως για διαφορετικές εφαρμογές, καθώς η υψηλή επιφάνεια, η εξαιρετική βιοσυμβατότητα και το ρυθμιζόμενο μέγεθος πόρων του νανοπυριτίου προσφέρουν ένα ευρύ φάσμα καινοτόμων εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της χορήγησης φαρμάκων και της θεραπευτικής.

Το διάγραμμα δείχνει την κατανομή μεγέθους σωματιδίων του νανοπυριτίου πριν (πράσινη καμπύλη) και μετά (κόκκινη καμπύλη) υπερηχητική διασπορά.

Υπερήχων αποσυσσωμάτωση και διασπορά νανο-πυριτίου

Η αρχή λειτουργίας της υπερηχητικής αποσυσσωμάτωσης και διασποράς βασίζεται στις επιδράσεις της υπερηχητικά παραγόμενης σπηλαίωσης, επιστημονικά γνωστή ως ακουστική σπηλαίωση. Η εφαρμογή υπερήχων υψηλής ισχύος, χαμηλής συχνότητας σε υγρά ή πολτούς μπορεί να προκαλέσει ακουστική σπηλαίωση και ως εκ τούτου ακραίες συνθήκες, οι οποίες συμβαίνουν τοπικά ως πολύ υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες, και μικροροή με πίδακες υγρού έως 280m / s. Αυτές οι έντονες φυσικές και μηχανικές επιδράσεις της υπερηχητικής σπηλαίωσης προκαλούν διάβρωση στην επιφάνεια των σωματιδίων, καθώς και θρυμματισμό σωματιδίων μέσω σύγκρουσης μεταξύ σωματιδίων. Αυτές οι έντονες δυνάμεις της υπερηχητικής / ακουστικής σπηλαίωσης καθιστούν υπερήχηση μια εξαιρετικά αποτελεσματική και αξιόπιστη μέθοδο για την αποσυσσωμάτωση και τη διασπορά των νανο-μεγέθους σωματιδίων auch ως νανο-πυρίτιο, νανοσωλήνες και άλλα νανο υλικά.

Κατανομή μεγέθους σωματιδίων υπερηχητικά αποσυσσωματωμένου νανοπυριτίου (χρησιμοποιώντας το Hielscher UP400St υπερήχων) σε νερό α) 1 κ.β., β) 2 κ.β., γ) 5 κ.β. και δ) 10 κ.β. Aerosil 200 σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα.
Μελέτη και γραφήματα: Vikash 2020.

Υπερήχων επεξεργασία του πυριτίου με υψηλές στερεές συγκεντρώσεις και σε ιξώδη υγρά

Η διασπορά νανοσωματιδίων σε χαμηλές συγκεντρώσεις είναι ήδη μια πρόκληση, καθώς πρέπει να ξεπεραστούν οι δυνάμεις χημικού δεσμού όπως οι ιοντικοί δεσμοί, οι ομοιοπολικοί δεσμοί, οι δεσμοί υδρογόνου και οι αλληλεπιδράσεις van der Waals. Με την αυξανόμενη συγκέντρωση νανοσωματιδίων, π.χ. νανοσωματιδίων διοξειδίου του πυριτίου, η χημική αλληλεπίδραση μεταξύ των νανοσωματιδίων αυξάνεται επίσης σημαντικά. Αυτό σημαίνει ότι μια ισχυρή τεχνική διασποράς είναι απαραίτητη για την επίτευξη καλών, μακροπρόθεσμων σταθερών αποτελεσμάτων διασποράς. Οι διασκορπιστές υπερήχων χρησιμοποιούνται ως αξιόπιστη και εξαιρετικά αποτελεσματική μέθοδος διασποράς, οι οποίες είναι εύκολα ικανές να επεξεργάζονται πολτούς με υψηλό ιξώδες και ακόμη και πάστες με πολύ υψηλές στερεές συγκεντρώσεις. Η ικανότητα επεξεργασίας πολτών με υψηλά στερεά φορτία νανοσωματιδίων μετατρέπει την υπερήχους στην προτιμώμενη τεχνολογία διασποράς για νανοϋλικά.
Hielscher βιομηχανική υπερήχων μπορεί να επεξεργαστεί πολτό σας ή πάστα σε μια συνεχή in-line αντιδραστήρα, εφ 'όσον μπορεί να τροφοδοτηθεί μέσω μιας αντλίας.

Υπερήχων παραγωγή νανοφλουιδίων πυριτίου

Οι Modragon et al. (2012) παρασκεύασαν νανοφλουίδια διοξειδίου του πυριτίου παρασκευασμένα με διασπορά νανοσωματιδίων διοξειδίου του πυριτίου σε απεσταγμένο νερό χρησιμοποιώντας το ανιχνευτής-τύπου υπερήχων UP400S. Προκειμένου να παραχθούν σταθερά νανοφλουίδια διοξειδίου του πυριτίου με ορισμένη περιεκτικότητα σε στερεά (δηλ. 20%), με χαμηλό ιξώδες και παρόμοια υγρή συμπεριφορά, συνίστανται σε επεξεργασία υψηλής ενέργειας με καθετήρα υπερήχων για 5 λεπτά, βασικά μέσα (τιμές pH υψηλότερες από 7) και χωρίς προσθήκη αλατιού. Η υπερηχητική διασπορά είχε ως αποτέλεσμα νανοφλουίδια με χαμηλό ιξώδες. Τα υπερηχητικά παρασκευασμένα νανοφλουίδια συμπεριφέρθηκαν σαν υγρό και παρασκευάστηκαν με 20% στερεό φορτίο μέσα σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα χάρη στην καλή διασπορά που επιτεύχθηκε με υπερήχους.
"Από όλες τις διαθέσιμες μεθόδους διασποράς, η διασπορά με υπερηχητικούς ανιχνευτές έχει επιβεβαιωθεί ως η πιο αποτελεσματική". (Modragon κ.ά., 2012)
Petzold et al. (2009) κατέληξε στο ίδιο συμπέρασμα για την αποσυσσωμάτωση της σκόνης Aerosil, διαπιστώνοντας ότι ο υπερηχητικός καθετήρας είναι το πιο αποτελεσματικό σύστημα διασποράς λόγω της εξαιρετικά εστιασμένης ενέργειας που εφαρμόζεται.

Υπερήχων για αποσυσσωμάτωση και διασπορά νανοσωματιδίων πυριτίου

Όταν το νανοπυρίτιο χρησιμοποιείται σε βιομηχανικές εφαρμογές, έρευνα ή επιστήμη υλικών, η σκόνη ξηρού πυριτίου πρέπει να ενσωματωθεί σε υγρή φάση. Η διασπορά νανοπυριτίου απαιτεί μια αξιόπιστη και αποτελεσματική τεχνική διασποράς, η οποία εφαρμόζει αρκετή ενέργεια για την αποσυσσωμάτωση των μεμονωμένων σωματιδίων διοξειδίου του πυριτίου. Υπερήχων είναι γνωστοί ως ισχυροί και αξιόπιστοι διασκορπιστές, ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται για την αποσυσσωμάτωση και τη διανομή διαφόρων υλικών όπως διοξείδιο του πυριτίου, νανοσωλήνες, γραφένιο, ορυκτά και πολλά άλλα υλικά ομοιογενώς σε υγρή φάση.

Hielscher Υπέρηχοι σχεδιάζει, κατασκευάζει και διανέμει υψηλής απόδοσης υπερήχων διασκορπιστές για κάθε είδους εφαρμογές ομογενοποίησης και αποσυσσωμάτωσης. Όταν πρόκειται για την παραγωγή νανο-διασπορών, ο ακριβής έλεγχος υπερήχων και μια αξιόπιστη υπερηχητική επεξεργασία του εναιωρήματος νανοσωματιδίων είναι απαραίτητα για την απόκτηση προϊόντων υψηλής απόδοσης.
Hielscher Υπέρηχοι' επεξεργαστές σας δίνουν πλήρη έλεγχο όλων των σημαντικών παραμέτρων επεξεργασίας, όπως η εισροή ενέργειας, υπερήχων ένταση, πλάτος, πίεση, θερμοκρασία και χρόνος κατακράτησης. Με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να προσαρμόσετε τις παραμέτρους σε βελτιστοποιημένες συνθήκες, γεγονός που οδηγεί στη συνέχεια σε υψηλής ποιότητας νανο-διασπορά, όπως οι νανοπυριτικοί πολτοί.
Για κάθε τόμο / χωρητικότητα: Hielscher προσφέρει υπερήχων και ένα ευρύ χαρτοφυλάκιο αξεσουάρ. Αυτό επιτρέπει τη διαμόρφωση του ιδανικού συστήματος υπερήχων για την εφαρμογή και την παραγωγική σας ικανότητα. Από μικρά φιαλίδια που περιέχουν μερικά χιλιοστόλιτρα σε ροές μεγάλου όγκου χιλιάδων γαλονιών ανά ώρα, Hielscher προσφέρει την κατάλληλη λύση υπερήχων για τη διαδικασία σας.
Ευρωστία: Τα συστήματα υπερήχων μας είναι ισχυρά και αξιόπιστα. Όλοι οι υπερήχων Hielscher είναι κατασκευασμένοι για λειτουργία 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα/365 και απαιτούν πολύ λίγη συντήρηση.
Φιλικότητα προς το χρήστη: Επεξεργασμένο λογισμικό των συσκευών υπερήχων μας επιτρέπει την προεπιλογή και την αποθήκευση των ρυθμίσεων υπερήχων για μια απλή και αξιόπιστη υπερήχηση. Το διαισθητικό μενού είναι εύκολα προσβάσιμο μέσω μιας ψηφιακής έγχρωμης οθόνης αφής. Ο απομακρυσμένος έλεγχος του προγράμματος περιήγησης σάς επιτρέπει να χειρίζεστε και να παρακολουθείτε μέσω οποιουδήποτε προγράμματος περιήγησης στο διαδίκτυο. Η αυτόματη καταγραφή δεδομένων αποθηκεύει τις παραμέτρους διαδικασίας οποιασδήποτε υπερήχησης που εκτελείται σε ενσωματωμένη κάρτα SD.
Εξαιρετική ενεργειακή απόδοση: Σε σύγκριση με εναλλακτικές τεχνολογίες διασποράς, Hielscher υπερήχων υπερέχουν με εξαιρετική ενεργειακή απόδοση και ανώτερα αποτελέσματα στην κατανομή μεγέθους σωματιδίων.

Το διάγραμμα δείχνει το σημαντικό πλεονέκτημα της υπερηχητικής διασποράς του πυριτίου με το Hielscher UIP1000 σε σύγκριση με ένα ultra-turrax. Υπερήχους απαιτεί λιγότερη ενέργεια και επιτυγχάνει δραστικά μικρότερο μέγεθος σωματιδίων του πυριτίου.

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: