Υπερήχων διατύπωση ενισχυμένων σύνθετων υλικών
- Τα σύνθετα υλικά παρουσιάζουν μοναδικές ιδιότητες υλικού όπως σημαντικά βελτιωμένη θερμοσταθερότητα, ελαστικό μέτρο, αντοχή σε εφελκυσμό, αντοχή σε θραύση και επομένως χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή προϊόντων πολλαπλής.
- Κατεργασία με υπερήχους έχει αποδειχθεί ότι παράγει υψηλής ποιότητας νανοσύνθετα υλικά με εξαιρετικά διασκορπισμένα CNT, γραφένιο κ.λπ.
- Υπερήχων εξοπλισμός για τη διατύπωση ενισχυμένων σύνθετων υλικών είναι διαθέσιμος σε βιομηχανική κλίμακα.
νανοσύνθετα υλικά
Τα νανοσύνθετα υλικά υπερέχουν λόγω των μηχανικών, ηλεκτρικών, θερμικών, οπτικών, ηλεκτροχημικών ή/και καταλυτικών ιδιοτήτων τους.
Λόγω του εξαιρετικά υψηλού λόγου επιφάνειας προς όγκο της ενισχυτικής φάσης και/ή του εξαιρετικά υψηλού λόγου διαστάσεων, τα νανοσύνθετα υλικά είναι σημαντικά πιο αποδοτικά από τα συμβατικά σύνθετα υλικά. Νανοσωματίδια όπως σφαιρικό διοξείδιο του πυριτίου, φύλλα ορυκτών όπως απολεπισμένο γραφένιο ή άργιλος, ή νανοίνες όπως νανοσωλήνες άνθρακα ή ηλεκτροστρωμένες ίνες χρησιμοποιούνται συχνά για ενίσχυση.
Για παράδειγμα, προστίθενται νανοσωλήνες άνθρακα για τη βελτίωση της ηλεκτρικής και θερμικής αγωγιμότητας, το νανοπυρίτιο χρησιμοποιείται για τη βελτίωση μηχανικών, θερμικών και ανθεκτικών στο νερό ιδιοτήτων. Άλλα είδη νανοσωματιδίων δίνουν βελτιωμένες οπτικές ιδιότητες, διηλεκτρικές ιδιότητες, αντοχή στη θερμότητα ή μηχανικές ιδιότητες όπως ακαμψία, αντοχή και αντοχή στη διάβρωση και τις ζημιές.
Παραδείγματα για υπερηχητικά διαμορφωμένα νανοσύνθετα:
- νανοσωλήνες άνθρακα (CNT) σε μήτρα βινυλεστέρα
- CNTs / κρεμμύδια άνθρακα / νανο διαμάντια σε μεταλλική μήτρα νικελίου
- CNTs σε μήτρα κράματος μαγνησίου
- CNTs σε μήτρα πολυβινυλικής αλκοόλης (PVA)
- νανοσωλήνας άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (MWCNT) σε μήτρα εποξειδικής ρητίνης [χρησιμοποιώντας μεθυλοτετραϋδροφθαλικό ανυδρίτη (MTHPA) ως μέσο σκλήρυνσης]
- οξείδιο του γραφενίου σε μήτρα πολυ(βινυλικής αλκοόλης) (PVA)
- Νανοσωματίδια SiC σε μήτρα μαγνησίου
- νανοπυρίτιο (Aerosil) σε μήτρα πολυστυρολίου
- μαγνητικό οξείδιο του σιδήρου σε εύκαμπτη μήτρα πολυουρεθάνης (PU)
- οξείδιο του νικελίου σε γραφίτη/πολυ(χλωριούχο βινύλιο)
- νανοσωματίδια τιτανίας σε μήτρα πολυγαλακτικού-συν-γλυκολικού οξέος (PLGA)
- νανοϋδροξυαπατίτης σε μήτρα πολυγαλακτικού-συν-γλυκολικού οξέος (PLGA)
Υπερήχων διασπορά
Οι παράμετροι διαδικασίας υπερήχων μπορούν να ελεγχθούν ακριβώς και να προσαρμοστούν βέλτιστα στη σύνθεση του υλικού και στην επιθυμητή ποιότητα εξόδου. Υπερήχων διασπορά είναι η συνιστώμενη τεχνική για την ενσωμάτωση νανο σωματιδίων όπως CNTs ή γραφένιο σε νανοσύνθετα υλικά. Μακροχρόνια δοκιμασμένη σε επιστημονικό επίπεδο και εφαρμοσμένη σε πολλές εγκαταστάσεις βιομηχανικής παραγωγής, η υπερηχητική διασπορά και διαμόρφωση νανοσύνθετων υλικών είναι μια καθιερωμένη μέθοδος. Η μακρά εμπειρία της Hielscher στην υπερηχητική επεξεργασία νανοϋλικών εξασφαλίζει μια βαθιά διαβούλευση, τη σύσταση μιας κατάλληλης εγκατάστασης υπερήχων και βοήθεια κατά την ανάπτυξη και βελτιστοποίηση της διαδικασίας.
Κυρίως, τα ενισχυτικά νανοσωματίδια διασκορπίζονται στη μήτρα κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας. Το ποσοστό βάρους (κλάσμα μάζας) του προστιθέμενου νανοϋλικού κυμαίνεται στην κατώτερη κλίμακα, π.χ. 0,5% έως 5%, καθώς η ομοιόμορφη διασπορά που επιτυγχάνεται με υπερήχους επιτρέπει την αποθήκευση των ενισχυτικών πληρωτικών και την υψηλότερη απόδοση ενίσχυσης.
Μια τυπική εφαρμογή των υπερήχων στην κατασκευή είναι η διατύπωση του σύνθετου νανοσωματιδίων-ρητίνης. Για την παραγωγή βινυλεστέρα ενισχυμένου με CNT, κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιείται για τη διασπορά και τη λειτουργία CNTs. Αυτοί οι CNT-βινυλεστέρας χαρακτηρίζονται από ενισχυμένες ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με τη διασπορά των CNTs!
γραφένιο
Το γραφένιο προσφέρει εξαιρετικές φυσικές ιδιότητες, υψηλό λόγο διαστάσεων και χαμηλή πυκνότητα. Το γραφένιο και το οξείδιο του γραφενίου ενσωματώνονται σε μια σύνθετη μήτρα προκειμένου να ληφθούν ελαφριά, υψηλής αντοχής πολυμερή. Για να επιτευχθεί η μηχανική ενίσχυση, τα φύλλα γραφενίου / αιμοπετάλια πρέπει να είναι πολύ λεπτά διασκορπισμένα, για τα συσσωματωμένα φύλλα γραφενίου περιορίζουν δραστικά το ενισχυτικό αποτέλεσμα.
Η επιστημονική έρευνα έχει δείξει ότι το μέγεθος της βελτίωσης εξαρτάται κυρίως από τον βαθμό διασποράς των φύλλων γραφενίου στη μήτρα. Μόνο ομοιογενώς διασκορπισμένο γραφένιο δίνει τα επιθυμητά αποτελέσματα. Λόγω της ισχυρής υδροφοβίας του και της έλξης van der Waals, το γραφένιο είναι επιρρεπές σε συσσωμάτωση και συσσωμάτωση σε νιφάδες ασθενώς αλληλεπιδρώντων μονοστρωματικών φύλλων.
Ενώ οι κοινές τεχνικές διασποράς συχνά δεν μπορούν να παράγουν ομοιογενείς, άθικτες διασπορές γραφενίου, υπερήχων υψηλής ισχύος παράγουν υψηλής ποιότητας διασπορές γραφενίου. Υπερήχων Hielscher χειρίζονται παρθένο γραφένιο, οξείδιο του γραφενίου, και μειωμένο οξείδιο του γραφενίου από χαμηλή σε υψηλή συγκέντρωση και από μικρούς σε μεγάλους όγκους χωρίς προβλήματα. Ένας κοινός χρησιμοποιούμενος διαλύτης είναι η Ν-μεθυλο-2-πυρρολιδόνη (NMP), αλλά με υπερήχους υψηλής ισχύος, το γραφένιο μπορεί ακόμη και να διασκορπιστεί σε φτωχούς, χαμηλού σημείου βρασμού διαλύτες όπως ακετόνη, χλωροφόρμιο, IPA και κυκλοεξανόνη.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με τη μαζική απολέπιση γραφενίου!
Νανοσωλήνες άνθρακα και άλλα νανοϋλικά
Ισχύς υπερήχων έχει αποδειχθεί ότι οδηγούν σε διασπορές λεπτού μεγέθους των διαφόρων νανοϋλικών, συμπεριλαμβανομένων νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs), SWNTs, MWNTs, φουλλερένια, διοξείδιο του πυριτίου (SiO2), διοξείδιο του τιτανίου (TiO2), άργυρος (Ag), οξείδιο ψευδαργύρου (ZnO), νανοϊνιδωτή κυτταρίνη και πολλά άλλα. Σε γενικές γραμμές, υπερήχηση ξεπερνά συμβατικούς διασκορπιστές και μπορεί να επιτύχει μοναδικά αποτελέσματα.
Εκτός από την άλεση και τη διασπορά νανοσωματιδίων, επιτυγχάνονται εξαιρετικά αποτελέσματα με τη σύνθεση νανοσωματιδίων μέσω υπερηχητικής καθίζησης (σύνθεση από κάτω προς τα πάνω). Έχει παρατηρηθεί ότι το μέγεθος των σωματιδίων, π.χ. του υπερηχητικά συντιθέμενου μαγνητίτη, μολυβδαινικό νάτριο ψευδαργύρου και άλλα, είναι χαμηλότερο σε σύγκριση με αυτό που λαμβάνεται χρησιμοποιώντας τη συμβατική μέθοδο. Το χαμηλότερο μέγεθος αποδίδεται στον ενισχυμένο ρυθμό πυρήνωσης και στα καλύτερα πρότυπα ανάμειξης λόγω της διάτμησης και των αναταράξεων που δημιουργούνται από την υπερηχητική σπηλαίωση.
Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική βροχόπτωση από κάτω προς τα πάνω!
Λειτουργικότητα σωματιδίων υπερήχων
Η συγκεκριμένη επιφάνεια ενός σωματιδίου αυξάνεται με τη μείωση του μεγέθους. Ειδικά στη νανοτεχνολογία, η έκφραση των χαρακτηριστικών του υλικού αυξάνεται σημαντικά από τη διευρυμένη επιφάνεια του σωματιδίου. Η επιφάνεια μπορεί να αυξηθεί και να τροποποιηθεί υπερηχητικά συνδέοντας κατάλληλα λειτουργικά μόρια στην επιφάνεια των σωματιδίων. Όσον αφορά την εφαρμογή και τη χρήση νανοϋλικών, οι ιδιότητες της επιφάνειας είναι εξίσου σημαντικές με τις ιδιότητες του πυρήνα των σωματιδίων.
Τα υπερηχητικά λειτουργικά σωματίδια χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολυμερή, σύνθετα υλικά & βιοσύνθετα υλικά, νανοφλουίδια, συναρμολογημένες συσκευές, νανοφάρμακα κ.λπ. Με τη λειτουργικότητα σωματιδίων, χαρακτηριστικά όπως σταθερότητα, αντοχή & Η ακαμψία, η διαλυτότητα, η πολυδιασπορά, ο φθορισμός, ο μαγνητισμός, ο υπερπαραμαγνητισμός, η οπτική απορρόφηση, η υψηλή πυκνότητα ηλεκτρονίων, η φωτοφωταύγεια κ.λπ. βελτιώνονται δραστικά.
Κοινά σωματίδια που λειτουργούν εμπορικά με Hielscher’ Τα συστήματα υπερήχων περιλαμβάνουν CNTs, SWNTs, MWNTs, γραφένιο, γραφίτη, διοξείδιο του πυριτίου (SiO2), νανοδιαμάντια, μαγνητίτης (οξείδιο του σιδήρου, Fe3O4), νανοσωματίδια αργύρου, νανοσωματίδια χρυσού, πορώδη & μεσοπορώδη νανοσωματίδια κ.λπ.
Κάντε κλικ εδώ για να δείτε επιλεγμένες σημειώσεις εφαρμογών για θεραπεία σωματιδίων με υπερήχους!
υπερήχων διασκορπιστές
Υπερήχων εξοπλισμός διασποράς Hielscher είναι διαθέσιμος για εργαστήριο, πάγκο-top και βιομηχανική παραγωγή. Υπερήχων Hielscher είναι αξιόπιστα, ισχυρή, εύκολο στη λειτουργία και καθαρό. Ο εξοπλισμός έχει σχεδιαστεί για 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία υπό συνθήκες βαρέως τύπου. Τα συστήματα υπερήχων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παρτίδα και ενσωματωμένη επεξεργασία – ευέλικτο και εύκολα προσαρμόσιμο στη διαδικασία και τις απαιτήσεις σας.
Υπερήχων παρτίδα και inline ικανότητες
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 5 έως 200mL | 50 έως 500mL / λεπτό | UP200Ht, UP400S |
| 0.1 έως 2L | 0.25 έως 2m3/ώρα | UIP1000hd, UIP2000hd |
| 0.4 έως 10L | 1 έως 8μ3/ώρα | UIP4000 |
| μ.δ. | 4 έως 30μ3/ώρα | UIP16000 |
| μ.δ. | πάνω από 30m3/ώρα | σύμπλεγμα UIP10000 ή UIP16000 |
Εργαστηριακή συσκευή υπερήχων για λειτουργικότητα σωματιδίων
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Kapole, Α.Ε.:; Bhanvase, Β.Α.; Pinjari, D.V.; Gogate, Ρ.Ρ.; Kulkami, Ρ.Δ.; Sonawane, S.H.; Pandit, Α.Β. (2014): “Διερεύνηση της απόδοσης αναστολής διάβρωσης της νανοχρωστικής μολυβδαινικού ψευδαργύρου νατρίου με υπερήχους σε επικάλυψη εποξειδικού πολυαμιδίου δύο συσκευασιών. Σύνθετες διεπαφές 21/9, 2015. 833-852.
- Nikje, M.M.A.; Moghaddam, S.T.; Noruzian, M. (2016): Παρασκευή νέων μαγνητικών νανοσύνθετων αφρού πολυουρεθάνης με τη χρήση νανοσωματιδίων πυρήνα-κελύφους. Πολύμερος τ.26 αρ.4, 2016.
- Tolasz, J.; Stengl, V.; Ecorchard, P. (2014): Η παρασκευή σύνθετου υλικού οξειδίου του γραφενίου-πολυστυρολίου. 3ο Διεθνές Συνέδριο Περιβάλλοντος, Χημείας και Βιολογίας. IPCBEE vol.78, 2014.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Σχετικά με τα σύνθετα υλικά
Τα σύνθετα υλικά (επίσης γνωστά ως υλικό σύνθεσης) περιγράφονται ως υλικό κατασκευασμένο από δύο ή περισσότερα συστατικά που χαρακτηρίζονται από σημαντικά διαφορετικές φυσικές ή χημικές ιδιότητες. Όταν συνδυάζονται αυτά τα συστατικά υλικά, ένα νέο υλικό – Το λεγόμενο σύνθετο – παράγεται, το οποίο παρουσιάζει διαφορετικά χαρακτηριστικά από τα μεμονωμένα συστατικά. Τα επιμέρους εξαρτήματα παραμένουν ξεχωριστά και διακριτά μέσα στην τελική δομή.
Το νέο υλικό έχει καλύτερες ιδιότητες, π.χ. είναι ισχυρότερο, ελαφρύτερο, πιο ανθεκτικό ή λιγότερο ακριβό σε σύγκριση με τα συμβατικά υλικά. Οι βελτιώσεις των νανοσύνθετων υλικών κυμαίνονται από μηχανικές, ηλεκτρικές / αγώγιμες, θερμικές, οπτικές, ηλεκτροχημικές έως καταλυτικές ιδιότητες.
Τυπικά σύνθετα υλικά περιλαμβάνουν:
- βιοσύνθετα υλικά
- ενισχυμένα πλαστικά, όπως πολυμερές ενισχυμένο με ίνες
- μεταλλικά σύνθετα υλικά
- κεραμικά σύνθετα υλικά (κεραμική μήτρα και σύνθετη μεταλλική μήτρα)
Τα σύνθετα υλικά χρησιμοποιούνται γενικά για την κατασκευή και τη δόμηση υλικών όπως κύτη σκαφών, πάγκοι, αμαξώματα αυτοκινήτων, μπανιέρες, δεξαμενές αποθήκευσης, απομιμήσεις γρανίτη και νεροχύτες από καλλιεργημένο μάρμαρο, καθώς και σε διαστημόπλοια και αεροσκάφη.
Τα σύνθετα υλικά μπορούν επίσης να χρησιμοποιούν μεταλλικές ίνες που ενισχύουν άλλα μέταλλα, όπως στα σύνθετα υλικά μεταλλικής μήτρας (MMC) ή στα σύνθετα υλικά κεραμικής μήτρας (CMC), τα οποία περιλαμβάνουν οστά (υδροξυαπατίτης ενισχυμένος με ίνες κολλαγόνου), κεραμομεταλλουργική ουσία (κεραμική και μεταλλική) και σκυρόδεμα.
Τα οργανικά σύνθετα υλικά μήτρας/κεραμικών αδρανών υλικών περιλαμβάνουν ασφαλτικό σκυρόδεμα, πολυμερές σκυρόδεμα, άσφαλτο μαστίχας, υβρίδιο κυλίνδρου μαστίχας, οδοντικό σύνθετο, συντακτικό αφρό και φίλντισι.
Σχετικά με υπερήχων επιδράσεις στα σωματίδια
Οι ιδιότητες των σωματιδίων μπορούν να παρατηρηθούν όταν το μέγεθος των σωματιδίων μειώνεται σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο (γνωστό ως κρίσιμο μέγεθος). Όταν οι διαστάσεις των σωματιδίων φτάσουν στο επίπεδο του νανομέτρου, οι αλληλεπιδράσεις στις διεπαφές φάσης βελτιώνονται σε μεγάλο βαθμό, κάτι που είναι ζωτικής σημασίας για την ενίσχυση των χαρακτηριστικών των υλικών. Ως εκ τούτου, η επιφάνεια : αναλογία όγκου υλικών, που χρησιμοποιούνται για ενίσχυση σε νανοσύνθετα υλικά είναι πιο σημαντική. Τα νανοσύνθετα υλικά προσφέρουν τεχνολογικά και οικονομικά πλεονεκτήματα για όλους σχεδόν τους τομείς της βιομηχανίας, συμπεριλαμβανομένων των τομέων της αεροδιαστημικής, της αυτοκινητοβιομηχανίας, της ηλεκτρονικής, της βιοτεχνολογίας, της φαρμακευτικής και της ιατρικής. Ένα άλλο μεγάλο πλεονέκτημα είναι η φιλικότητα προς το περιβάλλον.
Ο υπέρηχος ισχύος βελτιώνει τη διαβρεξιμότητα και την ομογενοποίηση μεταξύ της μήτρας και των σωματιδίων με την έντονη ανάμιξη και διασπορά του – που παράγεται από υπερήχων σπηλαίωση. Δεδομένου ότι η υπερήχηση είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη και πιο επιτυχημένη μέθοδος διασποράς όταν πρόκειται για νανοϋλικά, υπερηχητικά συστήματα Hielscher εγκαθίστανται στο εργαστήριο, πιλοτική μονάδα και παραγωγή παγκοσμίως.