Hielscheri ultraheli tehnoloogia

Nanodiamändide ultraheli süntees

  • Tänu oma intensiivsele kavitatsioonijõule, on võimsuse ultraheliuuringul tegemist paljutõotava tehnikaga, mille abil valmistatakse grafiidist mikroni- ja nano-suurusega teemante.
  • Mikro- ja nano-kristallilised teemandid saab sünteesida grafiidi suspensiooni orgaanilises vedelikus sonicating atmosfäärirõhu ja toatemperatuuril.
  • Ultraheli on ka kasulik vahend sünteesitud nano-teemantide järeltöötlemiseks, kuna ultraheli levib, deaglomeraadid ja funktsioneerivad nanosakesed väga efektiivselt.

Ultraheli Nanodiamondravi jaoks

Nanodiamandid (neid nimetatakse ka detonatsioonimäradeks (DND) või ultra-dispergeeritud teemantideks (UDD)) on süsiniku nanomaterjalide eriline vorm, mida iseloomustavad ainulaadsed omadused - näiteks selle võre struktuur, selle suur pind, samuti ainulaadne optiline ja magnetiline omadused - ja erakordsed rakendused. Ultrahajuvate osakeste omadused muudavad need materjalid uuenduslikeks ühenditeks erakordsete funktsioonidega uudsete materjalide loomiseks. Teemantosakeste suurus tahmas on umbes 5 nm.

Nanodiamändide ultraheli süntees

Tugevate jõudude, näiteks ultrahelitöötluse või detonatsiooni korral võib grafiidi muuta teemandiks.

Ultraheli sünteesitud nanodiamandid

Teemantide süntees on teaduslike ja kaubanduslike huvide uurimisvaldkond. Üldiselt kasutatav mikrokristalliliste ja nano-kristalliliste teemandiosakeste sünteesiprotsess on kõrgsurve-kõrge temperatuuriga (HPHT) meetod. Selle meetodi abil tekitatakse tööstusliku teemandi ülemaailmse tarnimise põhiosa tootmiseks vajalik töörõhk kümnete tuhandete keskkondade ja temperatuuri juures üle 2000 K. Grafiidi ümberkujundamiseks teemandiks on üldiselt nõutavad kõrged rõhud ja kõrged temperatuurid ning kasutatakse teemantide saagise suurendamiseks katalüsaatoreid.
Neid transformatsiooniks vajalikke nõudeid saab luua väga tõhusalt suure võimsusega ultraheli (= madal sagedus, suure intensiivsusega ultraheliuuring):

ultraheli kavitatsioon

Vedelike ultraheli põhjustab kohapeal väga äärmuslikke tagajärgi. Suure intensiivsusega vedelike sonicating korral põhjustavad vedelas keskkonnas levivad helilained vahelduvaid kõrgsurvelisi (madala rõhu) ja madala rõhu (eraldusvõime) tsüklit, kusjuures sagedus sõltub sagedusest. Madala rõhu tsükli ajal tekitavad suure intensiivsusega ultraheli lained vedelikus väikesed vaakummullid või tühjad ruumid. Kui mullid saavutavad mahu, mille abil nad enam energiat neelavad, kerkivad nad kõrgsurvetsükli ajal ägedalt. Seda nähtust nimetatakse kavitatsioon. Sulgemise ajal on väga kõrge temperatuur (ligikaudu 5000 K) ja rõhk (ligikaudu 2000 kraadi). Kavitumismulli kaotamine toob kaasa ka vedelikujuga kuni 280m / s kiiruse. (Suslic 1998) On ilmselge, et mikro- ja nano-kristalliline ultraheli valdkonnas saab sünteesida teemante kavitatsioon.

Infonõue




Pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Ultraheli kord nanoühendite sünteesiks

De facto uuring Khachatryan et al. (2008) näitab, et teemandi mikrokristalle võib sünteesida ka grafiidi suspensiooni orgaanilise vedeliku ultraheliga atmosfäärirõhul ja toatemperatuuril. Kavitatsioonivedelikuks on valitud aromaatsete oligomeeride valem, mis on tingitud selle küllastunud aururõhu madalast ja kõrge keemistemperatuurist. Selles vedelikus on spetsiaalne puhas grafiidi pulber – mille osakesed jäävad vahemikku 100-200 μm - on peatatud. Kachatryani jt eksperimentides oli tahkise ja vedeliku massi suhe 1: 6, kavitatsiooni vedeliku tihedus oli 1,1 g-3 temperatuuril 25 ° C. Maksimaalne ultraheli intensiivsus sonoreaktoris on 75-80 W cm-2 mis vastab helirõhu amplituudile 15-16 baari.
See on saavutanud ligikaudu 10% grafiidi-teemandi teisenduse. Teemandid olid peaaegu mono-dispergeeritud väga terava, korralikult kavandatud suurusega vahemikus 6 või 9μm ± 0,5μm, kusjuures kuubiline, kristalliline morfoloogia ja kõrge puhtusastmega.

Ultraheli sünteesitud teemandid (SEM-pildid): suure võimsusega ultraheli annab energiat, mis on vajalik nanodiamandide esilekutsumiseks' süntees

SEM-kujutised ultraheli sünteesitud teemantidest: piltidel (a) ja (b) näidatakse proovide seeriad 1, (c) ja (d). 2. [Khachatryan et al. 2008]

a kulud Selle meetodi abil toodetud mikro- ja nanodiamandid on hinnanguliselt konkurentsivõimeline kõrgsurve-kõrgetemperatuurse (HPHT) protsessiga. See muudab ultraheli mikro- ja nano-teemantide sünteesi uuenduslikuks alternatiiviks (Khachatryan et al., 2008), eriti kuna nanodiamandide tootmist saab optimeerida edasiste uuringutega. Paljud parameetrid nagu amplituud, rõhk, temperatuur, kavitatsioonivedelikud ja kontsentratsioon tuleb täpselt uurida ultraheli nanodiamundi sünteesi magusaks kohaks.
Nanodiamoodiate sünteesimisel saavutatud tulemused on täiendavalt ultraheli genereeritud kavitatsioon pakub potentsiaali teiste oluliste ühendite, nagu näiteks karbonaarboornitriidi, süsiniknitriidi jne sünteesiks (Khachatryan et al., 2008)
Lisaks tundub olevat võimalik ultraheli kiirgusega ultraheli kiirguse abil luua mitmesooneliste süsinikust nanotorude (MWCNT) teemantide nanovarju ja nanorodasid. Diamond nanoosakesed on ühekaupa teemant-teemandi analoogid. Tänu oma kõrge elastsusmoodulile, tugevuse ja kaalu suhtele ning selle suhtelisusele, mida selle pinnad saab funktsionaliseerida, on leitud, et teemant on nanomechaniliste konstruktsioonide optimaalne materjal. (Sun et al., 2004)

Nanodiamäärade ultraheli hajutatus

Nagu juba kirjeldatud, on nanodiammide unikaalsete omaduste eduka kasutamise seisukohalt oluline deaglomeratsioon ja ühtlane osakeste suuruse jaotus keskkonnas.
dispersioon ja Deagglomeration ultraheliuuringu abil on ultraheli tulemus kavitatsioon. Vedelate kokkupuutumisel ultraheliga põhjustavad vedelikus levivad helilained vahelduvaid kõrgsurve- ja madalrõhu tsükleid. See mõjutab mehaanilist pinget üksikute osakeste vahel olevate meelitamise jõudude vahel. Vedelike ultraheli kavitatsioon põhjustab suuremahulisi vedelike pihusid kuni 1000 km / h (umbes 600 mph). Sellised pihustid suruvad vaakumis osakeste vahel kõrge rõhu all ja eraldavad need üksteisest. Väiksemad osakesed kiirendatakse vedelike pihustitega ja põrkuvad suurel kiirusel. See muudab ultraheli efektiivseks vahendiks hajutamiseks, kuid ka freesimine mikron-suurusest ja sub-mikroni suurusest osakestest.
Näiteks võib spetsiaalse komposiidi saamiseks tsükloheksaanis dispergeerida nanodiamande (keskmine suurus umbes 4 nm) ja polüstüreeni. Oma uurimuses, Chipara et al. (2010) on ette valmistanud polüstüreeni ja nanodiamandaatide komposiidid, mis sisaldavad nanodiamiaid vahemikus 0-25% massist. Et saada ühtlane dispersioon, töödeldi nad Hielscheri lahusega 60 minutiks UIP1000hd (1kW).

Nanodiamandrite ultraheli abistamine funktsionaliseerimisel

Iga nanoosakeste täispinna funktsionaliseerimiseks peab osakese pind olema keemilise reaktsiooni jaoks kättesaadav. See tähendab, et nõutav on ühtlane ja peene dispersioon, sest hästi hajutatud osakesed on ümbritsetud osakeste pinnale ligunenud molekulide piirikihiga. Uute funktsionaalrühmade saamiseks nanodiaalandrite pinnale tuleb see piir kiht puruneda või eemaldada. Seda piirikihi pausi ja eemaldamist saab teostada ultraheli abil.
Vedelikuna toodetud ultraheli genereerib erinevaid äärmuslikke efekte nagu kavitatsioon, kohapeal väga kõrge temperatuur kuni 2000 K ja vedelad joonid kuni 1000 km / h. (Suslick 1998) Selle stressiteguriga saab ületada meelitatavaid jõude (nt Van der Waalsi jõud) ja funktsionaalseid molekule viia funktsionaliseerimisel osakese pinnale, nt nanodiamandrite pinnale.

Under powerful ultrasonic irradiation (e.g. with Hielscher's UIP2000hdT) it becomes possible to synthesis, deagglomerate and functionalize nanodiamonds efficiently.

Skeem 1: nanodiaalandmete in situ-deagglomeration ja pinna funktsionaliseerimise graafik (Liang 2011)

Eksperimendid Bead-Assisted Sonic Disintegration (BASD) töötlemisega on näidanud paljutõotavaid tulemusi ka nanodiamandrite pinna funktsionaliseerimisel. Sellega on ultraheli jõudmiseks kasutatud helmeid (nt mikro suurusega keraamilisi helmeid nagu ZrO2 helmeid) cavitational jõuab nanodiamondosakestele. Väljatöötamine toimub nanodiamändiosakeste ja ZrO vahelise omavahelise kokkupõrke tõttu2 helmed.
Osakeste pinna parema kättesaadavuse tõttu on keemilisteks reaktsioonideks, näiteks Borani reduktsiooniks, arüülimiseks või silaanistamiseks, soovitatav ultraheli või BASD (bead-auruga lagunemine) hajutamise otstarbel. Ultraheli abil hajutamine ja Deagglomeration keemiline reaktsioon võib toimuda palju täpsemalt.

Kui suure võimsusega madalsageduslik ultraheli viiakse vedelasse keskkonda, genereeritakse kavitatsioon.

Ultraheli kaaviatatsioon põhjustab äärmuslikke temperatuuri ja rõhu erinevusi ning kiire vedelikujuga. Sealjuures on võimsuse ultraheliuuring edukaks töötlemismeetodiks rakenduste segamiseks ja jahvatamiseks.

Kontakt / küsi

Rääkige meile oma töötlemise nõuetele. Me soovitame kõige sobivam setup ja töötlemise parameetrid oma projekti.





Palun pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Kirjandus / viited

  • Chipara, AC jt: polüstüreenis dispergeeritud nanodiamändiosakeste termilised omadused. HESTEC 2010.
  • El-Say, KM: Nanodiamandid ravimite manustamissüsteemina: rakendus ja potentsiaalne. J Appl Pharm Sci 01/06, 2011; lk 29-39.
  • Khachatryan, A. Kh. et al .: ultraheli kavitatsioonist põhjustatud graafiidi-teemandtransformatsioon. In: Diamond & Seotud materjalid 17, 2008; pp931-936.
  • Krueger, A.: Nanoosakeste teemandi struktuur ja reaktiivsus. In: J Mater Chem 18, 2008; lk 1485-1492.
  • Liang, Y .: Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung von termothemister mitmetes termomeetris ja Methoden. Dissertatsioon Julius-Maximilian-Universität Würzburg 2011.
  • Osawa, E .: Monodisperssed ühe nanoosakeste osakesed. In: Pure Appl Chem 80/7, 2008; lk 1365-1379.
  • Pramatarova, L. et al .: Polümeerkomposiidide eelis meditsiiniliste rakenduste puhul detoneeruva nanodiamondiosakestega. In: On Biomimetics; lk 298-320.
  • Pühap, L .; Gong, J .; Zhu, D .; Zhu, Z; Ta, S .: Diamond Nanorods alates süsiniku nanotube. In: Advanced Materials 16/2004. lk 1849-1853.
  • Suslick, KS: Kirk-Othmeri keemiatehnoloogia entsüklopeedia. 4. väljaanne J. Wiley & Poisid: New York; 26, 1998; lk 517-541.

Nanodiamandid – Kasutamine ja rakendused

Nanoosakeste terad on nende zeta-potentsiaali tõttu ebastabiilsed. Sel moel kipuvad nad moodustama agregaate. Nanodiamandide ühine rakendamine on abrasiivmaterjalide, lõikamis- ja poleerimisvahendite ja radiaatorite kasutamine. Teiseks potentsiaalseks kasutuseks on nanodiamandide kasutamine farmakoloogiliste toimeainete ravimkoostisena (vt Pramatarova). Kõrval ultraheliuuring, esiteks saab grafiidist sünteesida nanodiamüüdid ja teiseks võib aglomeratsiooni kallutatav nanodiamand olla ühtlaselt hajutatud vedelas keskkonnas (nt poleerimisvahendi formuleerimiseks).