Usaldusväärne nanoosakeste dispersioon tööstuslikeks rakendusteks

Suure võimsusega ultraheliuuring võib tõhusalt ja usaldusväärselt lõhkuda osakeste aglomeraate ja isegi lagundada primaarosakesi. Tänu oma suure jõudlusega dispersioonivõimele kasutatakse homogeensete nanoosakeste suspensioonide loomiseks eelistatud meetodina sondi tüüpi ultrasonikaatoreid.

Usaldusväärne nanoosakeste dispersioon ultraheli abil

Paljud tööstusharud vajavad suspensioonide valmistamist, mis on koormatud nanoosakesed. Nanoosakesed on tahked ained, mille osakeste suurus on alla 100 nm. Osakeste minutilise suuruse tõttu väljendavad nanoosakesed ainulaadseid omadusi, nagu erakordne tugevus, kõvadus, optilised omadused, plastsus, UV-kindlus, juhtivus, elektrilised ja elektromagnetilised (EM) omadused, korrosioonivastasus, kriimustuskindlus ja muud erakordsed omadused.
Kõrge intensiivsusega, madala sagedusega ultraheli tekitab intensiivse akustilise kavitatsiooni, mida iseloomustavad äärmuslikud tingimused, nagu nihkejõud, väga kõrge rõhu ja temperatuuri erinevused ning turbulentsi. Need kavitatsioonijõud kiirendavad osakesi, põhjustades osakestevahelisi kokkupõrkeid ja seega osakeste purunemist. Järelikult saadakse kitsa osakeste suuruse kõvera ja ühtlase jaotusega nanostruktuursed materjalid.
Ultraheli dispergeerimisseadmed sobivad igasuguste nanomaterjalide töötlemiseks vees ja orgaanilistes lahustites, madala kuni väga kõrge viskoossusega.

Süsiniknanotorude ultraheli dispersioon

Ultrasonic dispersers are widely used for the purpose of dispersing carbon nanotubes (CNTs). Sonication is a reliable method to detangle and disperse single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) as well as multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). For instance, in order to produce a highly conductive thermoplastic polymer, high-purity (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs; external diameter 9.5 nm; purity 95 +%) have been ultrasonically dispersed with the Hielscher UP200S for 30min. at room temperature. The ultrasonically dispersed Nanocyl® 3100 MWCNTs at a concentration of 1% w/w in the epoxy resin showed superior conductivity of approx. 1.5 × 10-2 S /m.

nikli nanoosakeste ultraheli dispersioon

Nikli nanoosakesi saab edukalt toota ultraheliga assiteeritud hüdrasiini redutseerimise sünteesi kaudu. Hüdrasiini redutseerimise sünteesi viis võimaldab tp-l valmistada puhast sfäärilise kujuga metallilist nikli nanoosakest nikkelkloriidi keemilise redutseerimise teel hüdrasiiniga. Adámi uurimisrühm näitas, et ultraheliuuring – kasutades Hielscheri UP200HT (200W, 26kHz) – Suutis säilitada keskmise primaarse kristallliidi suuruse (7–8 nm) sõltumatult rakendatavast temperatuurist, samas kui intensiivsete ja lühemate ultrahelitöötlusperioodide kasutamine võib pindaktiivse aine puudumisel vähendada sekundaarsete, koondatud osakeste solvodünaamilisi läbimõõte 710 nm-lt 190 nm-ni. Kõrgeimat happesust ja katalüütilist aktiivsust mõõdeti nanoosakeste puhul, mis valmistati kerge (30 W väljundvõimsusega) ja pideva ultraheliraviga. Nanoosakeste katalüütilist käitumist testiti Suzuki-Miyaura ristsidumisreaktsioonis viie prooviga, mis olid valmistatud nii tavapärastel kui ka ultraheli viisidel. Ultraheli valmistatud katalüsaatorid toimisid tavaliselt paremini ja suurimat katalüütilist aktiivsust mõõdeti nanoosakeste kohal, mis olid valmistatud väikese võimsusega (30 W) pideva ultrahelitöötlusega.
Ultraheliravil oli oluline mõju nanoosakeste agregatsioonikalduvusele: hävitatud kavitatsioonitühimike defragmentimise mõju jõulise massiülekandega võib ületada hävitatud kavitatsioonitühimike atraktiivse elektrostaatilise mõju jõulise massiülekandega, mis võib ületada osakeste vahelised atraktiivsed elektrostaatilised ja van der Waalsi jõud.
(vrd Adám et al. 2020)

Wollastonite nanoosakeste ultraheli süntees

Wollastoniit on kaltsiuminosilikaatmineraal keemilise valemiga CaSiO3 Wollastoniiti kasutatakse laialdaselt komponendina tsemendi, klaasi, tellise ja plaatide tootmiseks ehitustööstuses, vooluna terase valamisel ning lisandina katete ja värvide tootmisel. Näiteks wollastoniit pakub tugevdust, kõvenemist, madalat õliimavust ja muid täiustusi. Wollastoniidi suurepäraste tugevdavate omaduste saavutamiseks on oluline nanomõõtmeline deagglomeratsioon ja ühtlane dispersioon.
Dordane ja Doroodmand (2021) näitasid oma uuringutes, et ultraheli dispersioon on väga oluline tegur, mis mõjutab oluliselt wollastoniidi nanoosakeste suurust ja morfoloogiat. Ultrahelitöötluse panuse hindamiseks wollastoniidi nano-dispersioonile sünteesis uurimisrühm wollastoniidi nanoosakesi suure võimsusega ultraheli rakendusega ja ilma. Ultrahelitöötluskatsete jaoks kasutasid teadlased ultraheli protsessor UP200H (Hielscher Ultrasonics) sagedusega 24 kHz 45, 0 min. Ultraheli nano-dispersiooni tulemused on näidatud allpool olevas kõrge eraldusvõimega SEM-is. SEM-pilt näitab selgelt, et wollastoniidi proov enne ultraheli töötlemist on aglomeeritud ja agregeeritud; pärast ultrahelitöötlust UP200H ultrasonikaatoriga on wollastoniidi osakeste keskmine suurus umbes 10nm. Uuring näitab, et ultraheli dispersioon on usaldusväärne ja tõhus meetod wollastoniidi nanoosakeste sünteesimiseks. Keskmist nanoosakeste suurust saab kontrollida ultraheli töötlemise parameetrite reguleerimisega.
(vrd Dordane ja Doroodmand, 2021)

SEM-pildid wollastoniidi nanoosakestest (A) enne ja (B) pärast ultraheliuuringut, kasutades ultraheli protsessor UP200H 45,0 min.
Uuring ja pilt: ©Dordane ja Doroodmand, 2021.

Ultraheli nanofilleri dispersioon

Sonikatsioon on mitmekülgne meetod nanofillerite hajutamiseks ja deagglomereerimiseks vedelikes ja lägades, nt polümeerid, epoksüvaigud, kõvendid, termoplastid jne. Seetõttu kasutatakse sonifikatsiooni laialdaselt väga tõhusa dispersioonimeetodina R-is&D ja tööstustoodang.
(2021) uuris epoksüvaigu nanofillerite ultraheli dispersioonitehnikat. Ta võis näidata, et ultrahelitöötlus oli võimeline hajutama väikeseid ja kõrgeid nanofillerite kontsentratsioone polümeermaatriksisse.
Võrreldes erinevaid preparaate, näitas 0,5 massiprotsenti oksüdeeritud CNT kõigi ultraheliga töödeldud proovide parimaid tulemusi, paljastades enamiku aglomeraatide suuruse jaotused võrreldavas vahemikus kolme rullveskis toodetud prooviga, hea seondumine kõvendiga, perkolatsioonivõrgu moodustumine dispersiooni sees, mis osutab stabiilsusele settimise vastu ja seega korralikule pikaajalisele stabiilsusele. Suuremad täiteaine kogused näitasid sarnaseid häid tulemusi, kuid ka tugevamate sisevõrkude ja mõnevõrra suuremate aglomeraatide moodustumist. Isegi süsiniknanokiude (CNF) saab ultrahelitöötluse abil edukalt hajutada. Nanofillerite otsene USA-poolne dispersioon kõvendisüsteemides ilma täiendavate lahustiteta saavutati edukalt ja seega võib seda pidada rakendatavaks meetodiks lihtsaks ja sirgjooneliseks dispersiooniks, millel on potentsiaal tööstuslikuks kasutamiseks. (vrd Zanghellini et al., 2021)

Kõvendis hajutatud erinevate nanofillerite võrdlus, kasutades sondi tüüpi ultraheli): (a) 0,5 massiprotsenti süsiniku nanokiudu (CNF); b) 0,5 massiprotsenti CNToksiid; c) 0,5 massiprotsenti süsiniknanotoru (CNT); d) 0,5 massiprotsenti CNT pooleldi hajutatud.
Uuring ja pilt: ©Zanghellini et al., 2021

Nanoosakeste ultraheli dispersioon – Teaduslikult tõestatud paremus

Uuringud näitavad paljudes keerukates uuringutes, et ultraheli dispersioon on üks paremaid meetodeid nanoosakeste deagglomeraadiks ja jaotamiseks isegi suure kontsentratsiooniga vedelikes. Näiteks uuris Vikash (2020) suurte nano-ränidioksiidi koormuste dispersiooni viskoossetes vedelikes, kasutades Hielscheri ultraheli dispergeerijat UP400S. Oma uuringus jõuab ta järeldusele, et "nanoosakeste stabiilset ja ühtlast dispersiooni on võimalik saavutada ultra-ultrahelitöötlusseadme abil viskoossetes vedelikes suure tahke koormusega." [Vikash, 2020]

Suure jõudlusega ultraheli protsessorid nanoosakeste dispersiooniks

Hielscher Ultrasonics on teie usaldusväärne tarnija usaldusväärsetele suure jõudlusega ultraheli seadmetele laborist ja piloodist kuni täistööstuslike süsteemideni. Hielscheri ultraheli’ seadmetel on keerukas riistvara, nutikas tarkvara ja silmapaistev kasutajasõbralikkus – projekteeritud ja toodetud Saksamaal. Hielscheri tugevaid ultraheli masinaid hajutamiseks, deagglomeratsiooniks, nanoosakeste sünteesiks ja funktsionaliseerimiseks saab kasutada 24/7/365 täiskoormuse all. Sõltuvalt teie protsessist ja tootmisüksusest saab meie ultrasonikaatoreid käivitada partii- või pidevas in-line režiimis. Erinevad tarvikud, nagu sonotroodid (ultraheli sondid), võimendussarved, voolurakud ja reaktorid, on kergesti kättesaadavad.
Võtke meiega kohe ühendust, et saada rohkem tehnilist teavet, teaduslikke uuringuid, protokolle ja hinnapakkumist meie ultraheli nano-dispersioonisüsteemidele! Meie hästi koolitatud ja pikaajaliste kogemustega töötajad arutavad hea meelega teiega teie nanorakendust!

Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest: