Tugevdatud komposiitide ultraheli koostis
- Komposiitidel on ainulaadsed materjaliomadused, nagu oluliselt suurem termostabiilsus, elastsusmoodul, tõmbetugevus, murdumistugevus, ja seetõttu kasutatakse neid laialdaselt kollektoritoodete valmistamisel.
- On tõestatud, et sonikatsioon toodab kvaliteetseid nanokomposiite, millel on väga hajutatud CNT-d, grafeen jne.
- Tugevdatud komposiitide valmistamiseks mõeldud ultraheli seadmed on saadaval tööstuslikus mastaabis.
nanokomposiidid
Nanokomposiidid paistavad silma oma mehaaniliste, elektriliste, termiliste, optiliste, elektrokeemiliste ja / või katalüütiliste omaduste poolest.
Tänu oma erakordselt suurele tugevdava faasi pinna ja mahu suhtele ja/või erakordselt kõrgele kuvasuhtele on nanokomposiidid oluliselt tõhusamad kui tavalised komposiidid. Tugevdamiseks kasutatakse sageli nanoosakesi, nagu sfääriline ränidioksiid, mineraalseid lehti, nagu kooritud grafeen või savi, või nanokiude, nagu süsiniknanotorud või elektrokedratud kiud.
Näiteks lisatakse süsiniknanotorusid elektri- ja soojusjuhtivuse parandamiseks, nano-ränidioksiidi kasutatakse mehaaniliste, termiliste ja veekindluse parandamiseks. Muud tüüpi nanoosakesed annavad paremad optilised omadused, dielektrilised omadused, kuumakindluse või mehaanilised omadused, nagu jäikus, tugevus ja vastupidavus korrosioonile ja kahjustustele.
Näited ultraheli formuleeritud nanokomposiitide kohta:
- süsiniknanotorud (CNT) vinüülestermaatriksis
- CNTs / süsiniksibul / nano teemandid nikkelmetallmaatriksis
- CNT-d magneesiumisulamite maatriksis
- CNT-d polüvinüülalkoholi (PVA) maatriksis
- mitmekihiline süsiniknanotoru (MWCNT) epoksüvaigu maatriksis (kasutades kõvenemisainena metüültetrahüdroftaalanhüdriidi (MTHPA))
- grafeenoksiid polü(vinüülalkohol) (PVA) põhiaines
- SiC nanoosakesed magneesiummaatriksis
- nano-ränidioksiid (Aerosil) polüstüreenmaatriksis
- magnetiline raudoksiid painduvas polüuretaanmaatriksis
- nikkeloksiid grafiidis/polü(vinüülkloriidis)
- titania nanoosakesed polü-piim-ko-glükoolhappe (PLGA) maatriksis
- nanohüdroksüapatiit polü-piim-ko-glükoolhappe (PLGA) maatriksis
Ultraheli dispersioon
Ultraheli protsessi parameetreid saab täpselt kontrollida ja optimaalselt kohandada materjali koostise ja soovitud väljundkvaliteediga. Ultraheli dispersioon on soovitatav meetod nanoosakeste, näiteks CNT-de või grafeeni lisamiseks nanokomposiitidesse. Pikka aega teaduslikul tasandil testitud ja paljudes tööstuslikes tootmisettevõtetes rakendatud ultraheli dispersioon ja nanokomposiitide formuleerimine on väljakujunenud meetod. Hielscheri pikaajaline kogemus nanomaterjalide ultraheli töötlemisel tagab põhjaliku konsulteerimise, sobiva ultraheli seadistuse soovituse ja abi protsessi arendamisel ja optimeerimisel.
Enamasti hajutatakse tugevdavad nanoosakesed töötlemise ajal maatriksisse. Lisatud nanomaterjali kaaluprotsent (massiosa) on madalamal skaalal, nt 0, 5% kuni 5%, kuna ultrahelitöötlusega saavutatud ühtlane dispersioon võimaldab säästa tugevdavaid täiteaineid ja suuremat tugevdusvõimet.
Ultraheli tüüpiline kasutamine tootmisel on nanoosakeste-vaigu komposiidi koostamine. CNT-tugevdatud vinüülestri tootmiseks kasutatakse CNT-de hajutamiseks ja funktsionaliseerimiseks ultrahelitöötlust. Neid CNT-vinüülestreid iseloomustavad täiustatud elektrilised ja mehaanilised omadused.
Klõpsake siin, et lugeda rohkem CNT-de hajutamise kohta!
grafeen
Grafeen pakub erakordseid füüsikalisi omadusi, suurt kuvasuhet ja madalat tihedust. Grafeen ja grafeenoksiid integreeritakse komposiitmaatriksisse, et saada kergeid ja kõrge tugevusega polümeere. Mehaanilise tugevdamise saavutamiseks peavad grafeenilehed / trombotsüüdid olema väga peenelt hajutatud, aglomeeritud grafeenilehtede puhul piirake tugevdavat toimet drastiliselt.
Teaduslikud uuringud on näidanud, et paranemise ulatus sõltub enamasti grafeenilehtede dispersiooniastmest maatriksis. Ainult homogeenselt dispergeeritud grafeen annab soovitud efektid. Tänu oma tugevale hüdrofoobsusele ja van der Waalsi atraktiivsusele on grafeen kalduvus agregeerida ja aglomereerida nõrgalt interakteeruvate ühekihiliste lehtede helvesteks.
Kuigi tavalised dispersioonimeetodid ei suuda sageli toota homogeenseid, kahjustamata grafeeni dispersioone, toodavad suure võimsusega ultrasonikaatorid kvaliteetseid grafeeni dispersioone. Hielscheri ultrasonikaatorid käsitsevad põlised grafeenid, grafeenoksiid ja vähendatud grafeenoksiid madalast kuni kõrge kontsentratsioonini ja väikestest kuni suurte kogusteni probleemideta. Tavaline kasutatav lahusti on N-metüül-2-pürrolidoon (NMP), kuid suure võimsusega ultraheliga võib grafeeni isegi hajutada halbades, madala keemistemperatuuriga lahustites nagu atsetoon, kloroform, IPA ja tsükloheksanoon.
Klõpsake siin, et lugeda rohkem grafeeni koorimise kohta!
Süsiniknanotorud ja muud nanomaterjalid
On tõestatud, et võimsuse ultraheli tulemuseks on erinevate nanomaterjalide peene suurusega dispersioonid, sealhulgas süsiniku nanotorud (CNT), SWNT-d, MWNT-d, fullereenid, ränidioksiid (SiO)2), titaandioksiid (TiO)2), hõbe (Ag), tsinkoksiid (ZnO), nanofibrilleeritud tselluloos ja paljud teised. Üldiselt ületab ultrahelitöötlus tavapäraseid dispergeerijaid ja võib saavutada unikaalseid tulemusi.
Lisaks nanoosakeste jahvatamisele ja hajutamisele saavutatakse suurepärased tulemused nanoosakeste sünteesimisel ultraheli sadestamise kaudu (alt-üles süntees). On täheldatud, et osakeste suurus, nt ultraheli sünteesitud magnetiit, naatriumtsink molübdaat ja teised, on väiksem võrreldes tavapärase meetodiga saadud suurusega. Väiksem suurus on tingitud suurenenud tuumakiirusest ja parematest segamismustritest, mis on tingitud ultraheli kavitatsiooni tekitatud nihkest ja turbulentsist.
Klõpsake siin, et saada lisateavet ultraheli alt-üles sademete kohta!
Ultraheli osakeste funktsionaliseerimine
Osakese eripindala suureneb suuruse vähenemisega. Eriti nanotehnoloogias suurendab materjali omaduste väljendust oluliselt osakese suurenenud pindala. Pindala saab ultraheliga suurendada ja modifitseerida, kinnitades osakeste pinnale sobivad funktsionaalsed molekulid. Nanomaterjalide kasutamise ja kasutamise osas on pinnaomadused sama olulised kui osakeste südamiku omadused.
Ultraheli funktsionaliseeritud osakesi kasutatakse laialdaselt polümeerides, komposiitides & biokomposiidid, nanovedelikud, kokkupandud seadmed, nanoravimid jne. Osakeste funktsionaliseerimise teel on sellised omadused nagu stabiilsus, tugevus & Jäikus, lahustuvus, polüdisperssus, fluorestsents, magnetism, superparamagnetism, optiline neeldumine, suur elektronide tihedus, fotoluministsents jne paranevad drastiliselt.
Tavalised osakesed, mis on Hielscheriga kaubanduslikult funktsionaliseeritud’ ultraheli süsteemid incude CNTs, SWNTs, MWNTs, grafeen, grafiit, ränidioksiid (SiO2), nanodiamondid, magnetiit (raudoksiid, Fe3O4), hõbeda nanoosakesed, kulla nanoosakesed, poorsed & mesopoorsed nanoosakesed jne.
Klõpsake siin, et näha valitud rakendusi märkused ultraheli osakeste töötlemiseks!
ultraheli dispergeerijad
Hielscheri ultraheli hajutamisseadmed on saadaval labori-, pink-top ja tööstuslikuks tootmiseks. Hielscheri ultrasonikaatorid on usaldusväärsed, vastupidavad, kergesti kasutatavad ja puhtad. Seade on mõeldud 24/7 tööks raskeveokite tingimustes. Ultraheli süsteeme saab kasutada partii ja inline töötlemiseks – paindlik ja hõlpsasti kohandatav vastavalt teie protsessile ja nõuetele.
Ultraheli partii ja inline võimsus
Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
---|---|---|
5 kuni 200 ml | 50 kuni 500 ml / min | UP200Ht, UP400S |
0.1 kuni 2L | 0.25 kuni 2m3/hr | UIP1000hd, UIP2000hd |
0.4 kuni 10L | 1 kuni 8 m3/hr | UIP4000 |
mujal liigitamata | 4 kuni 30 m3/hr | UIP16000 |
mujal liigitamata | üle 30 m3/hr | klaster UIP10000 või UIP16000 |
Kirjandus / viited
- Kapole, S.A: Bhanvase, B.A.; Pinjari, D.V.; Gogate, P.R.; Kulkami, R.D.; Sonawane, S.H.; Pandit, A.B. (2014): “Ultraheliga valmistatud naatriumtsinki molübdaadi nanopigmenti korrosiooni pärssimise tulemuslikkuse uurimine kahepakendis epoksü-polüamiidkattes. Komposiitliidesed 21/9, 2015. 833-852.
- Nikje, M.M.A.; Moghaddam, S.T.; Noruzian, M.(2016): Uudsete magnetiliste polüuretaanvahust nanokomposiitide valmistamine südamikukestaga nanoosakeste abil. Polímeros vol.26, nr.4, 2016.
- Tolasz, J.; Stengl, V.; Ecorchard, P. (2014): Grafeenoksiidi-polüstüreeni komposiitmaterjali valmistamine. 3. rahvusvaheline keskkonna-, keemia- ja bioloogiakonverents. IPCBEE vol.78, 2014.
Faktid, mida tasub teada
Komposiitmaterjalide kohta
Komposiitmaterjalide (tuntud ka kui koostismaterjal) kirjeldus on materjal, mis on valmistatud kahest või enamast koostisosast, mida iseloomustavad märkimisväärselt erinevad füüsikalised või keemilised omadused. Kui need koostismaterjalid on kombineeritud, siis uus materjal – nn komposiit – toodetakse, millel on üksikutest komponentidest erinevad omadused. Üksikud komponendid jäävad valmis struktuuris eraldi ja eristatavaks.
Uuel materjalil on paremad omadused, näiteks on see tavapäraste materjalidega võrreldes tugevam, kergem, vastupidavam või odavam. Nanokomposiitide täiustused ulatuvad mehaanilistest, elektrilistest / juhtivatest , termilistest, optilistest, elektrokeemilistest kuni katalüütiliste omadusteni.
Tüüpilised konstrueeritud komposiitmaterjalid on järgmised:
- biokomposiidid
- tugevdatud plastid, näiteks kiududega tugevdatud polümeer
- metallist komposiidid
- keraamilised komposiidid (keraamiline põhiaine ja metallmaatrikskomposiit)
Komposiitmaterjale kasutatakse tavaliselt ehitus- ja struktureerimismaterjalides, nagu paadikered, tööpinnad, autokered, vannid, mahutid, graniidi imitatsioonid ja kultiveeritud marmorist valamud, samuti kosmosesõidukites ja õhusõidukites.
Komposiitides võib kasutada ka teisi metalle tugevdavaid metallkiude, näiteks metallmaatrikskomposiite (MMC) või keraamilisi maatrikskomposiite (CMC), mis hõlmavad luud (kollageenikiududega tugevdatud hüdroksüapatiit), metallkeraamikat (keraamika ja metall) ja betooni.
Orgaanilise maatriksi / keraamiliste täitematerjalide hulka kuuluvad asfaltbetoon, polümeerbetoon, mastiksasfalt, mastiksrullhübriid, hambakomposiit, süntaktiline vaht ja pärlmutter.
Ultraheli mõju kohta osakestele
Osakeste omadusi võib täheldada, kui osakeste suurust vähendatakse teatud tasemeni (tuntud kui kriitiline suurus). Kui osakeste mõõtmed jõuavad nanomeetri tasemeni, paranevad faasiliideste interaktsioonid suuresti, mis on materjalide omaduste parandamiseks ülioluline. Seega on nanokomposiitide tugevdamiseks kasutatavate materjalide pindala : mahu suhe kõige olulisem. Nanokomposiidid pakuvad tehnoloogilisi ja majanduslikke eeliseid peaaegu kõigile tööstussektoritele, sealhulgas lennundus-, auto-, elektroonika-, biotehnoloogia-, farmaatsia- ja meditsiinisektorile. Veel üks suur eelis on nende keskkonnasõbralikkus.
Võimsuse ultraheli parandab maatriksi ja osakeste vahelist märguvust ja homogeniseerimist intensiivse segamise ja hajutamisega – genereerinud ultraheli kavitatsioon. Kuna ultrahelitöötlus on nanomaterjalide puhul kõige laialdasemalt kasutatav ja kõige edukam dispersioonimeetod, paigaldatakse Hielscheri ultraheli süsteemid laborisse, piloottehasesse ja tootmisse kogu maailmas.