Ränidioksiidi nanoosakeste ultraheli deagglomeratsioon

Ränidioksiidi nanoosakesed, nagu aurutatud ränidioksiid (nt Aerosil), on laialdaselt kasutatav lisand erinevates tööstusharudes. Selleks, et saada soovitud materjaliomadustega täielikult funktsionaalne nanosilikaat, tuleb ränidioksiidi nanoosakesed deaglomeerida ja jaotada ühekordselt dispergeeritud osakestena. Ultraheli deagglomeratsioon on osutunud väga tõhusaks ja usaldusväärseks tehnikaks nanosilika ühtlaseks jaotamiseks ühekordselt dispergeeritud osakestena suspensioonis.

nanosilika – Omadused ja rakendused

Ränidioksiid (SiO₂) ja eriti ränidioksiidi nanoosakesed (Si-NP) on paljudes tööstusharudes tavalised lisandid. Nanosuuruses ränidioksiidiosakesed pakuvad väga suurt pinda ja väljendavad ainulaadseid osakeste omadusi, mida kasutatakse paljudes tööstusharudes erinevatel eesmärkidel. Näiteks nanosuuruses SiO ainulaadsed materjaliomadused₂ mida kasutatakse (nano)komposiitide, betooni ja muude materjalide tugevdamiseks. Näideteks on nanosilikaadil põhinevad katted, mis pakuvad tulekindlaid omadusi, või nanosilikaga kaetud klaas, mis saavutab seeläbi peegeldusvastased omadused. Ehitus- ja ehitustööstuses kasutatakse ränidioksiidi auru (mikrosilikaat) ja nanosilikat väga pozzolaanne materjalina, mida kasutatakse betooni töödeldavuse ning mehaaniliste ja vastupidavusomaduste parandamiseks. Ränidioksiidi aurude ja nanosilikaadi võrdlemisel nanostruktuurne SiO₂ Pozzolan on varajases staadiumis aktiivsem kui ränidioksiidi aur, kuna Nanosilica pakub oluliselt suuremat eripinda ja peenust. Suurem pindala pakub rohkem kohti betooniga reageerimiseks ja aitab tuumana toimides konkreetselt kaasa betooni mikrostruktuuri parandamisele. Gaasi läbilaskvust, mis on betooni vastupidavuse näitaja, parandatakse betoonis, mis on tugevdatud nano-ränidioksiidiga, võrreldes betooniga, mis sisaldab traditsioonilist ränidioksiidi auru.
Biomeditsiinis ja eluteadustes, SiO₂ Nanoosakesi uuritakse laialdaselt erinevate rakenduste jaoks, kuna nanosilika suur pindala, suurepärane bioloogiline kokkusobivus ja häälestatav pooride suurus pakub laia valikut uudseid rakendusi, sealhulgas ravimite manustamist ja theranosticsit.

Diagramm näitab nano-ränidioksiidi osakeste suuruse jaotust enne (roheline kõver) ja pärast (punane kõver) ultraheli dispersiooni.

Nano-ränidioksiidi ultraheli deagglomeratsioon ja dispersioon

Ultraheli deagglomeratsiooni ja dispersiooni tööpõhimõte põhineb ultraheli genereeritud kavitatsiooni mõjul, mis on teaduslikult tuntud kui akustiline kavitatsioon. Suure võimsusega, madala sagedusega ultraheli kasutamine vedelikes või lägades võib põhjustada akustilist kavitatsiooni ja seega äärmuslikke tingimusi, mis esinevad lokaalselt väga kõrge rõhu ja temperatuurina ning mikrovoolis vedelikujoaga kuni 280 m / s. Need ultraheli kavitatsiooni intensiivsed füüsikalised ja mehaanilised mõjud põhjustavad osakeste pinnal erosiooni, samuti osakeste purunemist osakestevahelise kokkupõrke kaudu. Need ultraheli / akustilise kavitatsiooni intensiivsed jõud muudavad ultrahelitöötluse väga tõhusaks ja usaldusväärseks meetodiks nano-suurusega osakeste deagglomeratsiooniks ja hajutamiseks nano-ränidioksiidi, nanotorude ja muude nanomaterjalidena.

Ultraheli deaglomeeritud nano-ränidioksiidi osakeste suuruse jaotus (kasutades Hielscher UP400St ultrasonikaatorit) vees a) 1 massiprotsenti, b) 2 massiprotsenti, c) 5 massiprotsenti ja d) 10 massiprotsenti Aerosil 200 eri ajavahemike järel.
Uuring ja graafikud: Vikash 2020.

Kõrge tahke kontsentratsiooniga ja viskoossetes vedelikes ränidioksiidi ultraheli töötlemine

Nanoosakeste hajutamine madalatel kontsentratsioonidel on juba keeruline, kuna tuleb ületada keemilised sidumisjõud, nagu ioonsed sidemed, kovalentsed sidemed, vesiniksidemed ja van der Waalsi interaktsioonid. Nanoosakeste, nt nano-ränidioksiidi osakeste suureneva kontsentratsiooniga suureneb oluliselt ka nanoosakeste keemiline koostoime. See tähendab, et võimas dispersioonitehnika on heade ja pikaajaliste stabiilsete dispersioonitulemuste saamiseks hädavajalik. Ultraheli dispergeerijaid kasutatakse usaldusväärse ja väga tõhusa dispersioonimeetodina, mis on kergesti võimelised töötlema kõrge viskoossusega läga ja isegi väga kõrge tahke kontsentratsiooniga pastasid. Võime töödelda nanoosakeste suure tahke koormusega läga muudab ultraheliuuringu nanomaterjalide eelistatud dispergeerivaks tehnoloogiaks.
Hielscheri tööstuslikud ultrasonikaatorid võivad töödelda teie läga või kleepida pidevas reaktoris seni, kuni seda saab pumba kaudu toita.

Ränidioksiidi nanovedelike ultraheli tootmine

(2012) valmistas ränidioksiidi nanovedelikke, mis on valmistatud ränidioksiidi nanoosakeste dispergeerimisel destilleeritud vees, kasutades sondi tüüpi ultrasonikaator UP400S. Stabiilsete ränidioksiidi nanovedelike tootmiseks, millel on teatud tahke aine sisaldus (st 20%), madala viskoossusega ja sarnase vedeliku käitumisega, koosnevad suure energiaga töötlemisest ultrahelisondiga 5 minutit, aluselised söötmed (pH väärtused kõrgemad kui 7) ja soola lisamiseta. Ultraheli dispersiooni tulemuseks olid madala viskoossusega nanovedelikud. Ultraheliga valmistatud nanovedelikud käitusid nagu vedelik ja valmistati 20% tahke koormusega väga lühikese aja jooksul tänu ultrahelitöötlusega saavutatud heale dispersioonile.
"Kõigist olemasolevatest dispersioonimeetoditest on ultraheli sondidega dispersioon kinnitatud kõige tõhusamaks." (Modragon et al., 2012)
(2009) jõudsid samale järeldusele Aerosili pulbri deagglomeratsiooni kohta, leides, et ultraheli sond on kõige tõhusam dispersioonisüsteem tänu väga fokuseeritud energiale.

Ultrasonikaatorid ränidioksiidi nanoosakeste deagglomeratsiooniks ja dispersiooniks

Kui nano-ränidioksiidi kasutatakse tööstuslikes rakendustes, teadusuuringutes või materjaliteaduses, tuleb kuiv ränidioksiidipulber lisada vedelasse faasi. Nano-ränidioksiidi dispersioon nõuab usaldusväärset ja tõhusat dispergeerimistehnikat, mis rakendab piisavalt energiat üksikute ränidioksiidiosakeste deagglomeraadiks. Ultrasonikaatorid on tuntud kui võimsad ja usaldusväärsed dispergeerijad, seetõttu kasutatakse neid erinevate materjalide, nagu ränidioksiid, nanotorud, grafeen, mineraalid ja paljud teised materjalid, deagglomereerimiseks ja jaotamiseks homogeenselt vedelasse faasi.

Hielscher Ultrasonics projekteerib, toodab ja levitab suure jõudlusega ultraheli dispergeerijaid igasuguste homogeniseerimise ja deagglomeratsiooni rakenduste jaoks. Nano-dispersioonide tootmisel on suure jõudlusega toodete saamiseks oluline täpne ultrahelitöötluse kontroll ja nanoosakeste suspensiooni usaldusväärne ultraheliravi.
Hielscher Ultrasonics'i protsessorid annavad teile täieliku kontrolli kõigi oluliste töötlemisparameetrite üle, nagu energiasisend, ultraheli intensiivsus, amplituud, rõhk, temperatuur ja retentsiooniaeg. Seeläbi saate parameetreid kohandada optimeeritud tingimustele, mis viib seejärel kvaliteetse nanodispersioonini, näiteks nanosilica läga.
Mis tahes mahu / mahu puhul: Hielscher pakub ultrasonikaatoreid ja laia tarvikute portfelli. See võimaldab ideaalse ultraheli süsteemi konfigureerimist teie rakenduse ja tootmisvõimsuse jaoks. Alates väikestest viaalidest, mis sisaldavad paar milliliitrit kuni suure mahuga voogudeni tuhandeid galloneid tunnis, pakub Hielscher teie protsessile sobivat ultraheli lahendust.
Vastupidavus: Meie ultraheli süsteemid on tugevad ja usaldusväärsed. Kõik Hielscheri ultrasonikaatorid on ehitatud 24/7/365 tööks ja vajavad väga vähe hooldust.
Kasutajasõbralikkus: Meie ultraheli seadmete välja töötatud tarkvara võimaldab ultrahelitöötluse seadete eelvalikut ja salvestamist lihtsa ja usaldusväärse ultrahelitöötluse jaoks. Intuitiivne menüü on hõlpsasti ligipääsetav digitaalse värvilise puuteekraani kaudu. Brauseri kaugjuhtimispult võimaldab teil töötada ja jälgida mis tahes Interneti-brauseri kaudu. Automaatne andmete salvestamine salvestab sisseehitatud SD-kaardil käivitatud ultrahelitöötluse protsessiparameetrid.
Suurepärane energiatõhusus: Võrreldes alternatiivsete dispersioonitehnoloogiatega paistavad Hielscheri ultrasonikaatorid silma silmapaistva energiatõhususe ja suurepäraste tulemustega osakeste suuruse jaotamisel.

Diagramm näitab ränidioksiidi ultraheli dispersiooni olulist eelist Hielscheri UIP1000-ga võrreldes ultra-turraxiga. Ultraheli nõuab vähem energiat ja saavutab ränidioksiidi drastiliselt väiksemad osakesed.

Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest: