Dispersión ultrasónica de nanomateriales (nanopartículas)

Los nanomateriales se han convertido en un componente integral de productos tan diversos como los materiales de alto rendimiento, los protectores solares, los revestimientos de rendimiento o los compuestos plásticos. La cavitación ultrasónica se utiliza para dispersar partículas de tamaño nanométrico en líquidos, como agua, aceite, disolventes o resinas.

Dispersión ultrasónica de nanopartículas

UP200S ultrasonic homogenizer used for dispersion of nanoparticles

La aplicación de Dispersión ultrasónica de nanopartículas tiene múltiples efectos. El más obvio es el dispersión de materiales en líquidos con el fin de romper los aglomerados de partículas. Otro proceso es la aplicación de ultrasonidos durante síntesis de partícula o la precipitación. Generalmente, esto conduce a partículas más pequeñas y el aumento de la uniformidad de tamaño. Cavitación ultrasónica mejora la transferencia de material en las superficies de partículas, también. Este efecto se puede utilizar para mejorar la superficie funcionalización de materiales que tienen una alta área de superficie específica.

Dispersante y de reducción del tamaño de los nanomateriales

Degussa polvo de dióxido de titanio antes y después del procesamiento cavitacional ultrasónica.Nanomateriales, por ejemplo óxidos metálicos, nanoarcillas o nanotubos de carbono tienden a aglomerarse cuando se mezcla en un líquido. medio eficaz de desaglomeración y Dispersión son necesarios para superar las fuerzas de enlace después de wettening el polvo. La desintegración ultrasónica de las estructuras de aglomerado en suspensiones acuosas y no acuosas, permite la utilización de todo el potencial de los materiales de tamaño nanométrico. Las investigaciones en varias dispersiones de aglomerados de nanopartículas con un contenido de sólidos variables han demostrado la considerable ventaja de los ultrasonidos en comparación con otras tecnologías, tales como mezcladores de rotor-estator (por ejemplo Ultra Turrax), homogeneizadores de pistón, o métodos de molienda húmeda, por ejemplo talón molinos o molinos coloidales. sistemas ultrasónicos Hielscher se pueden ejecutar en concentraciones bastante altas en sólidos. Por ejemplo, para sílice se encontró que la tasa de rotura a ser independiente de la sólido concentración de hasta 50% por peso. El ultrasonido puede ser aplicado para la dispersión de alta concentración master-lotes - el procesamiento de líquidos de baja y alta viscosidad. Esto hace que la solución de ultrasonido buen procesamiento para pinturas y revestimientos, basados ​​en diferentes medios, tales como agua, resina o aceite.

Ultrasonic dispersion is a well established method to prepare uniformly distributed nano-particles

Homogeneizador ultrasónico UP400St para las nanodispersiones

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Cavitación ultrasónica

Cavitación ultrasónica de agua causada por la intensa aplicación de ultrasonidosLa dispersión y la desaglomeración por ultrasonidos son un resultado de la cavitación ultrasónica. Cuando la exposición de líquidos a los ultrasonidos de las ondas sonoras que se propagan en el resultado de líquido en la alternancia de ciclos de alta presión y de baja presión. Esto se aplica tensión mecánica en las fuerzas de atracción entre las partículas individuales. Cavitación ultrasónica en líquidos hace que chorros de líquido de alta velocidad de hasta 1.000 kilometros / h (aprox. 600 mph). Tales chorros pulse líquido a alta presión entre las partículas y separarlos unos de otros. Las partículas más pequeñas son acelerados con los chorros de líquido y chocan a altas velocidades. Esto hace que la ecografía un medio eficaz para la dispersión, sino también para el Pulverizar de micras de tamaño y partículas sub micras de tamaño.

Síntesis asistida por ultrasonidos de partículas / precipitación

reactor Optimizado sono-química (Banert et al., 2006)Las nanopartículas pueden ser generados de abajo hacia arriba por síntesis o precipitación. Sonochemistry es una de las primeras técnicas utilizadas para preparar los compuestos de tamaño nanométrico. Suslick en su obra original, se sometió a ultrasonidos Fe (CO)5 ya sea como un líquido puro o en una solución deaclin y nanopartículas de hierro amorfos de tamaño 10-20nm obtenidos. Generalmente, una mezcla sobresaturada se inicia la formación de partículas sólidas de un material altamente concentrada. Ultrasonidos mejora la mezcla de los precursores y aumenta la transferencia de masa en la superficie de la partícula. Esto conduce a tamaño de partícula más pequeño y mayor uniformidad.

Ultrasonic dispersers are used to detangle single-walled nanotubes (SWNTs) efficiently.

UIP2000hdT...un poderoso ultrasonido de 2kW para dispersar los SWCNT.

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La funcionalización de superficies con ultrasonido

Muchos nanomateriales, como óxidos metálicos, tinta de inyección y pigmentos de tóner, o materiales de carga para un rendimiento Recubrimientos, Requieren funcionalización de la superficie. Para funcionalizar la superficie completa de cada partícula individual, se requiere un buen método de dispersión. Cuando se dispersa, las partículas son típicamente rodeados por una capa límite de moléculas atraídos a la superficie de la partícula. A fin de que nuevos grupos funcionales para llegar a la superficie de la partícula, esta capa límite tiene que ser roto o retirado. Los chorros líquidos resultantes de la cavitación ultrasónica pueden alcanzar velocidades de hasta 1.000 kilometros / hr. Este estrés ayuda a superar las fuerzas de atracción y lleva a las moléculas funcionales a la superficie de la partícula. En Sonoquímica, Este efecto se utiliza para mejorar el rendimiento de los catalizadores dispersos.

Ultrasonidos antes de la medición del tamaño de partículas

Bombeo, agitación y sonicación todo en uno con el dispositivo ultrasónico SonoStep (Clic para ampliar)

Ultrasonidos de muestras mejora la exactitud de su tamaño de partícula o la medición de la morfología. El nuevo SonoStep combina el ultrasonido, la agitación y bombeo de muestras en un diseño compacto. Es fácil de operar y se puede utilizar para entregar muestras sonicadas a dispositivos analíticos, tales como analizadores de tamaño de partícula. La sonicación intensa ayuda a dispersar partículas aglomeradas que conducen a resultados más consistentes.Haga clic aquí para leer más!

Procesamiento de ultrasonidos durante Lab y Escala de Producción

procesadores de ultrasonidos y células de flujo para la desaglomeración y dispersión están disponibles para Laboratorio y Producción nivel. Los sistemas industriales se pueden adaptar fácilmente para trabajar en línea. Para el desarrollo de la investigación y el proceso se recomienda utilizar el UIP1000hd (1,000 vatios).

Hielscher ofrece una amplia gama de dispositivos de ultrasonidos y accesorios para la dispersión eficiente de los nanomateriales, por ejemplo en pinturas, tintas y revestimientos.

Se puede alquilar equipo de banco en buenas condiciones para realizar pruebas de proceso. Los resultados de esos ensayos pueden escalarse de forma lineal hasta el nivel de producción, reduciendo el riesgo y los costos que conlleva el desarrollo del proceso. Estaremos encantados de ayudarle en línea, por teléfono o personalmente. Por favor, encuentre nuestras direcciones aquíO utilice el siguiente formulario.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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Nanomateriales – antecedentes

Los nanomateriales son materiales de menos de 100 nm de tamaño. Ellos están progresando rápidamente en las formulaciones de pinturas, tintas y revestimientos. Los nanomateriales se dividen en tres grandes categorías: óxidos metálicos, nanoarcillas, y nanotubos de carbono. nanopartículas de óxido de metal, incluyen óxido de nanoescala zinc, óxido de titanio, óxido de hierro, óxido de cerio y óxido de circonio, así como compuestos metálicos mixtos tales como óxido de indio-estaño y circonio y titanio, así como compuestos metálicos mixtos tales como indio óxido de -tin. Este pequeño detalle tiene un impacto en muchas disciplinas, como la física, Química y la biología. En pinturas y revestimientos nanomateriales satisfacer las necesidades de decoración (por ejemplo, color y brillo), con fines funcionales (por ejemplo, la conductividad, la inactivación microbiana) y mejorar la protección (por ejemplo, resistencia al rayado, estabilidad UV) de pinturas y revestimientos. En particular nano de tamaño de metal-óxidos, tales como TiO2 y ZnO o alúmina, ceria y sílice y pigmentos nano de tamaño encuentran aplicación en las nuevas formulaciones de pintura y recubrimiento.

Cuando la materia se reduce en tamaño que cambia sus características, como el color y la interacción con otras materias tales como la reactividad química. El cambio en las características es causada por el cambio de las propiedades electrónicas. Por el Reducción del tamaño de partículas, el área de superficie del material aumenta. Debido a esto, un mayor porcentaje de los átomos puede interactuar con otra materia, por ejemplo, con la matriz de resinas.

La actividad superficial es un aspecto clave de los nanomateriales. La aglomeración y la agregación bloquean el área de la superficie del contacto con otra materia. Solo las partículas bien dispersas o dispersas solo permiten utilizar todo el potencial beneficioso de la materia. En consecuencia, una buena dispersión reduce la cantidad de nanomateriales necesarios para lograr los mismos efectos. Como la mayoría de los nanomateriales todavía son bastante caros, este aspecto es de gran importancia para la comercialización de formulaciones de productos que contienen nanomateriales. Hoy en día, muchos nanomateriales se producen en un proceso seco. Como resultado, las partículas deben mezclarse en formulaciones líquidas. Aquí es donde la mayoría de las nanopartículas forman aglomerados durante la humectación. Especialmente nanotubos de carbono son muy cohesivo lo que hace difícil para dispersarlos en líquidos, tales como agua, etanol, aceite, polímero o resina epoxi. dispositivos de procesamiento convencionales, por ejemplo de alto cizallamiento o rotor-estator, mezcladores homogeneizadores de alta presión o coloide y de disco molinos están a la altura en la separación de las nanopartículas en partículas discretas. En particular para la pequeña cuestión de varios nanómetros hasta par de micras, cavitación ultrasónica es muy eficaz para romper aglomerados, áridos e incluso primarias. Cuando el ultrasonido se utiliza para la Pulverizar de lotes de alta concentración, los Jets corrientes líquidas resultantes de la cavitación ultrasónica, hacen que las partículas colisionan entre sí a velocidades de hasta 1.000 kmh. Esto rompe las fuerzas de van der Waals en aglomerados e incluso partículas primarias.

Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.