پراکندگی نانوذرات قابل اعتماد برای کاربردهای صنعتی

فراصوت با قدرت بالا می تواند کارآمد و قابل اعتماد تجزیه آگلومراهای ذرات و حتی تجزیه ذرات اولیه. با توجه به عملکرد پراکندگی عملکرد بالا، مافوق صوت نوع پروب به عنوان روش ترجیحی برای ایجاد سوسپانسیون نانوذرات همگن استفاده می شود.

پراکندگی نانوذرات قابل اعتماد توسط Ultrasonication

بسیاری از صنایع نیاز به تهیه سوسپانسیون دارند که نانوذرات بارگذاری شده هستند. نانوذرات جامدهایی با اندازه ذرات کمتر از 100 نانومتر هستند. با توجه به اندازه ذرات دقیق، نانوذرات خواص منحصر به فردی مانند استحکام استثنایی، سختی، ویژگی های نوری، شکل پذیری، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش، رسانایی، خواص الکتریکی و الکترومغناطیسی (EM)، ضد خوردگی، مقاومت در برابر خراش و سایر ویژگی های خارق العاده را بیان می کنند.
سونوگرافی با شدت بالا و فرکانس پایین کاویتاسیون صوتی شدیدی ایجاد می کند که با شرایط شدید مانند نیروهای برشی، اختلاف فشار و دما بسیار بالا و تلاطم ها مشخص می شود. این نیروهای حفره ای ذرات را تسریع می کنند و باعث برخورد بین ذرات و در نتیجه خرد شدن ذرات می شوند. در نتیجه، مواد نانوساختار با منحنی اندازه ذرات باریک و توزیع یکنواخت به دست می آیند.
تجهیزات پراکندگی اولتراسونیک مناسب برای درمان هر نوع نانومواد در آب و حلال های آلی، با ویسکوزیته کم تا بسیار بالا است.

پراکندگی التراسونیک نانولوله های کربنی

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.

پراکندگی التراسونیک نانوذرات نیکل

نانوذرات نیکل را می توان با موفقیت از طریق سنتز کاهش هیدرازین التراسونیک جذب شده تولید کرد. مسیر سنتز احیای هیدرازین tp را قادر می سازد تا نانوذره نیکل فلزی خالص با شکل کروی را با احیای شیمیایی کلرید نیکل با هیدرازین تهیه کند. گروه تحقیقاتی Adám نشان داد که سونوگرافی – با استفاده از Hielscher UP200HT (200 وات، 26 کیلوهرتز) – قادر به حفظ اندازه کریستالیت اولیه متوسط (7-8 نانومتر) به طور مستقل از دمای اعمال شده بود، در حالی که استفاده از دوره های فراصوت شدید و کوتاه تر می تواند قطر حل و دینامیک ذرات ثانویه را کاهش دهد، ذرات انباشته شده از 710 نانومتر به 190 نانومتر در غیاب هر گونه سورفکتانت. بیشترین اسیدیته و فعالیت کاتالیزوری برای نانوذرات تهیه شده با تیمار فراصوت ملایم (توان خروجی 30 وات) و پیوسته اندازه گیری شد. رفتار کاتالیزوری نانوذرات در واکنش جفت شدگی عرضی سوزوکی-میورا بر روی پنج نمونه تهیه شده به روش های معمولی و اولتراسونیک مورد آزمایش قرار گرفت. کاتالیزورهای فراصوت آماده معمولا بهتر عمل می کنند و بالاترین فعالیت کاتالیزوری بر روی نانوذرات تهیه شده تحت فراصوت مداوم با قدرت کم (30 وات) اندازه گیری شد.
تیمار امواج فراصوت اثرات مهمی بر گرایش به تجمع نانوذرات داشت: تأثیر یکپارچه سازی حفره های حفره های کاویتاسیون تخریب شده با انتقال جرم شدید می تواند بر الکترواستاتیک جذاب حفره های کاویتاسیون تخریب شده با انتقال جرم شدید غلبه کند و بر نیروهای الکترواستاتیک و واندروالس جذاب بین ذرات غلبه کند.
(رجوع کنید به آدم و همکاران 2020)

سنتز التراسونیک نانوذرات ولاستونیت

ولاستونیت یک ماده معدنی اینوسیلیکات کلسیم با فرمول شیمیایی CaSiO3 است که به طور گسترده ای به عنوان جزء برای تولید سیمان، شیشه، آجر و کاشی در صنعت ساخت و ساز به عنوان شار در ریخته گری فولاد و همچنین یک افزودنی در ساخت پوشش ها و رنگ ها استفاده می شود. به عنوان مثال، ولاستونیت تقویت کننده، سخت شدن، جذب روغن کم و سایر پیشرفت ها را فراهم می کند. به منظور به دست آوردن خواص تقویت کننده عالی ولاستونیت، آگلومراسیون در مقیاس نانو و پراکندگی یکنواخت ضروری است.
Dordane و Doroodmand (2021) در مطالعات خود نشان دادند که پراکندگی اولتراسونیک یک عامل بسیار مهم است که اندازه و مورفولوژی نانوذرات ولاستونیت را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. برای ارزیابی سهم فراصوت در نانوپراکندگی ولاستونیت، تیم تحقیقاتی نانوذرات ولاستونیت را با و بدون استفاده از اولتراسونیک با قدرت بالا سنتز کردند. برای آزمایش های فراصوت خود، محققان از پردازنده اولتراسونیک UP200H (Hielscher Ultrasonics) با فرکانس 24 کیلوهرتز به مدت 45.0 دقیقه. نتایج حاصل از نانو پراکندگی مافوق صوت در SEM با وضوح بالا در زیر نشان داده شده است. تصویر SEM به وضوح نشان می دهد که نمونه ولاستونیت قبل از درمان اولتراسونیک آگلومره و جمع شده است. پس از فراصوت با فراصوت UP200H اندازه متوسط ذرات ولاستونیت تقریبا 10 نانومتر است. این مطالعه نشان می دهد که پراکندگی اولتراسونیک یک تکنیک قابل اعتماد و کارآمد برای سنتز نانوذرات ولاستونیت است. اندازه متوسط نانوذرات را می توان با تنظیم پارامترهای پردازش اولتراسونیک کنترل کرد.
(رجوع کنید به Dordane and Doroodmand، 2021)

تصاویر SEM از نانوذرات ولاستونیت (A) قبل و (B) بعد از امواج فراصوت با استفاده از پردازنده اولتراسونیک UP200H به مدت 45.0 دقیقه.
مطالعه و تصویر: ©دوردان و درودمند، 2021.

پراکندگی نانوپرکننده التراسونیک

فراصوت یک روش همه کاره برای پراکنده کردن و جداسازی نانوپرکننده ها در مایعات و دوغاب ها، به عنوان مثال پلیمرها، رزین های اپوکسی، سخت کننده ها، ترموپلاستیک ها و غیره است. بنابراین، فراصوت به طور گسترده ای به عنوان یک روش پراکندگی بسیار کارآمد در R استفاده می شود&D و تولید صنعتی.
Zanghellini و همکاران (2021) تکنیک پراکندگی اولتراسونیک را برای نانوپرکننده ها در رزین اپوکسی بررسی کردند. او می تواند نشان دهد که فراصوت قادر به پراکنده کردن غلظت های کوچک و بالا از نانوپرکننده ها در یک ماتریس پلیمری بود.
در مقایسه فرمولاسیون های مختلف، 0.5 درصد وزنی CNT اکسید شده بهترین نتایج را از تمام نمونه های فراصوت نشان داد، نشان دهنده توزیع اندازه اکثر آگلومراها در محدوده قابل مقایسه با سه نمونه تولید شده توسط آسیاب رول، اتصال خوب به سخت کننده، تشکیل یک شبکه نفوذ در داخل پراکندگی، که به سمت ثبات در برابر رسوب و در نتیجه پایداری طولانی مدت مناسب اشاره می کند. مقادیر پرکننده بالاتر نتایج خوب مشابهی را نشان داد، اما همچنین تشکیل شبکه های داخلی برجسته تر و همچنین آگلومراهای تا حدودی بزرگتر را نشان داد. حتی نانوالیاف کربن (CNF) می تواند با موفقیت از طریق فراصوت پراکنده. پراکندگی مستقیم نانوپرکننده ها در ایالات متحده در سیستم های سخت کننده بدون حلال های اضافی با موفقیت به دست آمد و بنابراین می توان آن را به عنوان یک روش کاربردی برای پراکندگی ساده و مستقیم با پتانسیل استفاده صنعتی در نظر گرفت. (رجوع کنید به Zanghellini و همکاران، 2021)
 

مقایسه نانوپرکننده های مختلف پراکنده در هاردنر (فراصوت - ایالات متحده): (الف) 0.5٪ وزنی نانوالیاف کربن (CNF). (ب) 0.5٪ وزنی CNToxi؛ (ج) 0.5 درصد وزنی نانولوله کربنی (CNT)؛ (د) 0.5٪ وزنی CNT نیمه پراکنده.
(مطالعه و تصویر: © Zanghellini و همکاران، 2021)

پراکندگی التراسونیک نانوذرات – از نظر علمی برای برتری اثبات شده است

تحقیقات نشان می دهد در مطالعات پیچیده متعدد که پراکندگی مافوق صوت یکی از تکنیک های برتر برای deagglomerate و توزیع نانوذرات حتی در غلظت بالا در مایعات است. به عنوان مثال، Vikash (2020) پراکندگی بارهای بالای نانو سیلیس در مایعات چسبناک را با استفاده از پراکنده کننده اولتراسونیک Hielscher UP400S بررسی کرد. در مطالعه خود، او به این نتیجه می رسد که "پراکندگی پایدار و یکنواخت نانوذرات را می توان با استفاده از یک دستگاه فراصوت در بارگذاری جامد بالا در مایعات چسبناک به دست آورد." [ویکاش، 2020]

پردازنده های اولتراسونیک با کارایی بالا برای پراکندگی نانوذرات

Hielscher مافوق صوت تامین کننده قابل اعتماد خود را برای قابل اعتماد با کارایی بالا تجهیزات اولتراسونیک از آزمایشگاه و خلبان به سیستم های تمام صنعتی است. Hielscher اولتراسونیک’ دستگاه ها دارای سخت افزار پیچیده، نرم افزار هوشمند و کاربرپسند بودن فوق العاده هستند – طراحی و ساخته شده در آلمان. دستگاه های مافوق صوت قوی Hielscher برای پراکندگی، deagglomeration، سنتز نانوذرات و عملکرد را می توان 24/7/365 تحت بار کامل عمل. بسته به فرآیند و امکانات تولید شما، مافوق صوت ما را می توان در حالت دسته ای یا مداوم در خط اجرا کرد. لوازم جانبی مختلفی مانند سونوترودها (پروب های اولتراسونیک)، شاخ های تقویت کننده، سلول های جریان و راکتورها به راحتی در دسترس هستند.
تماس با ما در حال حاضر برای دریافت اطلاعات فنی بیشتر، مطالعات علمی، پروتکل ها و نقل قول برای سیستم های پراکندگی نانو مافوق صوت ما! کارکنان آموزش دیده و با تجربه ما خوشحال خواهند شد که در مورد کاربرد نانو شما با شما صحبت کنند!

جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد: