Nanodiamandid, mis on dispergeeritud vesisuspensioonis ultraheli töötlusega

Nanodiamantide dispersioone saab valmistada kiiresti ja tõhusalt Hielscheri sonikaatoritega. Vesisuspensioonis tagab ultraheli deagregeerimine agregaatide usaldusväärse lagunemise ja stabiilsete kolloidide moodustumise. Koos lihtsa soola lisamisega pH reguleerimiseks on see meetod lihtne, odav ja saasteainevaba lähenemisviis. Tänu skaleeritavusele ja lihtsale rakendatavusele sobib ultraheli dispergeerimine väga hästi mitte ainult laborauuringuteks, vaid ka nanodiamantide tööstuslikuks töötlemiseks.

Tõhus ja saastevaba nanodiamantide deagregeerimine

Nanodiamante kasutatakse üha enam biomeditsiinis, kvanttehnoloogiates, tribloogias ja täiustatud komposiitides, kuid nende olemuslik kalduvus moodustada kõvasid agregaate piirab sageli toimivust. Diskreetsete osakeste stabiilsete kolloidide saavutamine on seetõttu täpse iseloomustamise ja usaldusväärse rakendamise eeltingimus. Tavapärased deagregeerimismeetodid tuginevad sageli karmidele jahvatustehnikatele, mis toovad kaasa tsirkooniumoksiidi või muid lisandeid, raskendades puhastamist ja piirates biomeditsiinilist kasutust. Ultraheli dispergeerimine pakub kiiret, skaleeritavat ja saasteainevaba alternatiivi. Akustilist kavitatsiooni vesikeskkonnas rakendades lagundavad sondtüüpi sonikaatorid agregaadid tõhusalt ühekohalise suurusega nanodiamantideks. Koos lihtsa soola abil toimuva pH moduleerimisega annab see meetod stabiilseid kolloide laias pH vahemikus ilma toksiliste kõrvalsaaduste tekketa, mistõttu on see väga atraktiivne nii laborauuringuteks kui ka tööstuslikuks tootmiseks.

Nanodiamante saab tõhusalt ja usaldusväärselt dispergeerida Hielscheri ultraheli seadmetega.

Kuidas toimib nanodiamantide ultraheli jahvatamine ja dispergeerimine?

Ultraheli dispergeerimisel kasutatakse jahvatuskeskkonnana nanodiamante endid. Suure võimsusega ultraheli lainete tekitatud akustiline kavitatsioon tekitab kiire vedelikuvoolu. Need vedelikuvoolud kiirendavad suspensioonis olevaid osakesi (nt teemante) nii, et osakesed põrkuvad kiirusega kuni 280km/s ja purunevad väikesteks nano-suurusega osakesteks. See muudab ultraheli jahvatamise ja dispergeerimise lihtsaks, odavaks ja saasteainevabaks tehnikaks, mis deaglomereerib nanodiamandid usaldusväärselt nano-suurusega osakesteks, mis on vesikolloidses lahuses stabiilsed laias pH vahemikus. Nanodiamantide stabiliseerimiseks vesisuspensioonis kasutatakse soola (naatriumkloriidi).

 
Lisateave nanodiamantide ultraheli deagregeerimise kohta analüüsieelseks proovi ettevalmistamiseks!
 

Nanodiamantide ultraheli jahvatamine ületab helmesveskeid

Sondtüüpi ultrahelisonikaatorid on väga tõhusad jahvatid ja väljakujunenud jahvatustehnika nanodeemantsuspensioonide suuremahuliseks tootmiseks tööstuslikus mastaabis. Kuna ultraheli jahvatid kasutavad jahvatuskeskkonnana nanodeemante endid, välditakse täielikult jahvatuskeskkonnast, nt tsirkooniumoksiidhelmestest, tulenevat saastumist. Selle asemel kiirendavad ultraheli kavitatsioonijõud osakesi nii, et nanodeemandid põrkuvad omavahel jõuliselt ja lagunevad ühtlase nanosuuruseni. See ultrahelist esile kutsutud osakestevaheline kokkupõrge on väga tõhus ja usaldusväärne meetod ühtlaselt jaotunud nanodispersioonide tootmiseks.
Ultraheli dispergeerimis- ja deagregeerimismeetod kasutab ultraheli dispersiooni pH reguleerimiseks ja stabiliseerimiseks vees lahustuvaid, mittetoksilisi ja mittesaastavaid lisandeid, näiteks naatriumkloriidi või sahharoosi. Need naatriumkloriidi või sahharoosi kristallstruktuurid toimivad lisaks jahvatuskeskkonnana ja toetavad seeläbi ultraheli jahvatusprotsessi. Kui jahvatusprotsess on lõppenud, saab need lisandid hõlpsasti eemaldada lihtsa veega loputamisega, mis on märkimisväärne eelis keraamilisi helmeid kasutava protsessi ees. Traditsiooniline helmesjahvatus, näiteks atritorites, kasutab lahustumatut keraamilist jahvatuskeskkonda (nt kuulid, helmed või pärlid), mille kulunud jäägid saastavad lõppdispersiooni. Jahvatuskeskkonnast põhjustatud saastuse eemaldamine nõuab keerukat järeltöötlust ning on aeganõudev ja kallis.

Ultraheli dispergeerimistehnoloogia toodab tõhusalt vesipõhiseid nanodeemantsuspensioone kitsa osakeste suurusjaotusega.
(Uuring ja graafika: ©Turcheniuk et al., 2016)

Näidisprotokoll nanodeemantide ultraheliga dispergeerimiseks

Nanodeemantide soolaabiline ultraheliga deagregeerimine vees:
10 g naatriumkloriidi ja 0,250 g nanodeemantpulbri segu jahvatati lühidalt käsitsi portselanmörtri ja uhmriga ning pandi koos 5 mL deioniseeritud veega 20 mL klaasviaali. Valmistatud proovi sonikeeriti sondtüüpi ultrahelisonikaatoriga 100 min jooksul 60% väljundvõimsusel ja 50% töötsüklil. Pärast sonikeerimist jagati proov võrdselt kahe 50 mL plastikust Falconi tsentrifuugitoru vahel ning dispergeeriti destilleeritud vees kuni kogumahuni 100 mL (2 × 50 mL). Seejärel tsentrifuugiti iga proovi Eppendorfi tsentrifuugiga 5810-R kiirusel 4000 p/min ja temperatuuril 25°C 10 min jooksul ning selge supernatant visati ära. Märjad ND sademed dispergeeriti seejärel uuesti destilleeritud vees (kogumaht 100 mL) ja tsentrifuugiti teist korda kiirusel 12 000 p/min ja temperatuuril 25 °C 1 h jooksul. Jällegi visati selge supernatant ära ning märjad nanodeemantsademed dispergeeriti uuesti, seekord 5 mL destilleeritud vees iseloomustamiseks. Standardne AgNO3 test näitas Cl⁻ täielikku puudumist soolaabil ultraheliga deagregeeritud nanodeemantides, mida oli ülalkirjeldatud viisil kaks korda destilleeritud veega pestud. Pärast vee aurustamist proovidest täheldati mustade tahkete nanodeemant-“laastude” teket saagisega ∼200 mg ehk 80% nanodeemanti algmassist. (vt allolevat pilti)
(vrd Turcheniuk et al., 2016)

Ultraheliga dispergeeritud nanodeemantide kuivatatud proov.
(Uuring ja graafika: ©Turcheniuk et al., 2016)

Suure jõudlusega ultrahelisonikaatorid nanodeemantdispersioonide jaoks

Hielscher Ultrasonics projekteerib, toodab ja turustab suure jõudlusega ultraheli jahvatus- ja dispergeerimisseadmeid raskeks tööks, näiteks nanoteemantide suspensioonide, poleerimisvahendite ja nanokomposiitide tootmiseks. Hielscheri ultrasonikaatoreid kasutatakse kogu maailmas nanomaterjalide dispergeerimiseks vesikolloidsetesse suspensioonidesse, polümeeridesse, vaikudesse, kattematerjalidesse ja teistesse suure jõudlusega materjalidesse.
Hielscheri ultraheli dispergaatorid töötavad töökindlalt ja tõhusalt nii madala kui ka kõrge viskoossusega materjalidega. Sõltuvalt lähtematerjalidest ja soovitud lõplikust osakeste suurusest saab ultraheli intensiivsust täpselt reguleerida, et saavutada optimaalsed protsessitulemused.
Viskoossete pastade, nanomaterjalide ja suure tahkete osakeste sisaldusega materjalide töötlemiseks peab ultraheli dispergaator suutma pidevalt tekitada kõrgeid amplituude. Hielscher Ultrasonicsi tööstuslikud ultraheliprotsessorid suudavad pidevas töös täiskoormusel anda väga kõrgeid amplituude. Kuni 200µm amplituude saab hõlpsasti kasutada ööpäevaringses 24/7 töös. Võimalus kasutada ultraheli dispergaatorit kõrgete amplituudidega ja reguleerida amplituudi täpselt on vajalik, et kohandada ultraheliprotsessi tingimusi tugevalt täidetud nanosuspensioonide, nanoarmeeritud polümeersegude ja nanokomposiitide optimaalseks koostiseks.
Ultraheli amplituudi kõrval on rõhk veel üks väga oluline protsessiparameeter. Kõrgendatud rõhu korral kavitatsiooni intensiivsus ja selle nihkejõud suurenevad. Hielscheri ultraheli reaktoreid saab rõhu all kasutada, mis annab tõhustatud ultraheli töötluse (sonikeerimise) tulemusi.
Protsessi jälgimine ja andmete salvestamine on olulised pideva protsessi standardimise ja toote kvaliteedi tagamiseks. Ühendatavad rõhu- ja temperatuurianduriid ühendatakse ultraheligeneraatoriga, et jälgida ja juhtida ultraheli dispergeerimisprotsessi. Kõik olulised töötlemisparameetrid, nagu ultraheli energia (netoenergia + kogu energia), temperatuur, rõhk ja aeg, protokollitakse automaatselt ning salvestatakse sisseehitatud SD-kaardile. Automaatselt salvestatud protsessiandmete abil saate varasemaid ultraheli töötluse (sonikeerimise) käike läbi vaadata ja protsessi tulemusi hinnata.
Veel üks kasutajasõbralik omadus on meie digitaalsete ultraheli süsteemide kaugjuhtimine brauseri kaudu. Brauseri kaugjuhtimise kaudu saate oma ultraheliprotsessorit käivitada, peatada, seadistada ja jälgida kaugelt kõikjalt.
Võtke meiega kohe ühendust, et saada lisateavet meie suure jõudlusega ultraheli homogenisaatorite kohta jahvatamiseks ja nanodispersioonide valmistamiseks!
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemismahust: