پراکنده شدن نانوذرات قابل اعتماد برای کاربردهای صنعتی

امواج فراصوت قدرت بالا می تواند کارآمد و قابل اعتماد شکستن ذرات agglomerates و حتی ذرات اولیه از هم پاشیده. با توجه به عملکرد پراش با کارایی بالا، از مافوق صوت های نوع کاوشگر به عنوان روش ترجیحی برای ایجاد تعلیق های همگن نانوذرات استفاده می شود.

پراکنده شدن نانوذرات قابل اعتماد توسط امواج فراصوت

بسیاری از صنایع نیاز به آماده سازی تعلیق دارند که نانوذرات بارگیری شده هستند. نانوذرات جامد با اندازه ذرات کمتر از 100nm هستند. با توجه به اندازه ذرات دقیقه، نانوذرات خواص منحصر به فرد مانند قدرت استثنایی، سختی، ویژگی های نوری، شکل پذیری، مقاومت UV، هدایت، خواص الکتریکی و الکترومغناطیسی (EM) ، ضد خورنده بودن، مقاومت به خراش، و دیگر ویژگی های فوق العاده را بیان می کنند.
با شدت بالا، سونوگرافی با فرکانس پایین حفره صوتی شدیدی را ایجاد می کند که با شرایط شدیدی مانند نیروهای براری، دیال های فشار و دما بسیار بالا، و آشفتگی ها مشخص می شود. این نیروهای حفره ای ذراتی را که باعث برخورد بین ذرات و در نتیجه خرد شدن ذرات می شوند، تسریع می کنند. در نتیجه مواد نانوساختار با منحنی اندازه ذرات باریک و یک توزیع یکنواخت به دست می آید.
تجهیزات پراکنده مافوق صوت مناسب برای درمان هر نوع نانو مواد در آب و حلال های آلی، با ویسکوزیته های کم تا بسیار بالا است.

پراکنده شدن مافوق صوت نانولوله های کربنی

پخش کننده های مافوق صوت به طور گسترده ای به منظور پراکنده کردن نانولوله های کربنی (CNTs) استفاده می شوند. فراصوت یک روش قابل اعتماد برای درهم تنیدگی و پراکنده کردن نانولوله های کربنی تک دیواره (SWCNTs) و همچنین نانولوله های کربنی چند دیواره (MWCNTs) است. به عنوان مثال، به منظور تولید یک پلیمر ترموپلاستیک بسیار هادی، خلوص بالا (> 95٪) نانوسل® 3100 (MWCNTs؛ قطر خارجی 9.5 نانومتر؛ خلوص 95 +٪) شده اند مافوق صوت با Hielscher UP200S به مدت 30دقیقه در دمای اتاق پراکنده. نانوسیل پراکنده مافوق صوت® 3100 MWCNTs در غلظت 1٪ w/w در رزین اپوکسی نشان داد هدایت برتر از تقریبا 1.5 × 10-2 S /m.

پراکنده شدن مافوق صوت نانوذرات نیکل

نانوذرات نیکل را می توان با موفقیت از طریق سنتز کاهش هیدرازین مافوق صوت جذب تولید. مسیر سنتز کاهش هیدرازین، TP را قادر می سازد تا نانوذره نیکل فلزی خالص را با شکل کروی با کاهش شیمیایی کلرید نیکل با هیدرازین آماده کند. گروه تحقیقاتی آدام نشان داد که فراصوت – با استفاده از Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – قادر به حفظ متوسط اندازه کریستالیت اولیه (7–8 نانومتر) به طور مستقل از دمای اعمال شده، در حالی که استفاده از دوره های فراصوت شدید و کوتاه تر می تواند قطرهای حل کننده ذرات ثانویه، تجمیع شده از 710 نانومتر به 190 نانومتر در غیاب هر گونه سورفکتانت را کاهش دهد. بیشترین اسیدیته و فعالیت کاتالیزوری برای نانوذرات تهیه شده توسط خفیف (توان خروجی 30 وات) و درمان سونوگرافی مداوم اندازه گیری شد. رفتار کاتالیزوری نانوذرات در یک واکنش متقابل سوزوکی-میاورا بر روی پنج نمونه آماده شده در راه های متعارف و همچنین مافوق صوت مورد آزمایش قرار گرفت. کاتالیزورهای آماده مافوق صوت معمولاً عملکرد بهتری انجام می دادند و بیشترین فعالیت کاتالیزوری بر روی نانوذرات آماده شده تحت فراصوت مداوم کم قدرت (۳۰ وات) اندازه گیری می شد.
درمان سونوگرافی اثرات بسیار مهمی بر تمایل جمع آوری نانوذرات داشت: نفوذ تکه تکه شدن خلاء های حفره از بین رفته با انتقال جرم شدید می تواند الکترواستاتیک جذاب خلاء حفره از بین رفته با انتقال جرم شدید می تواند نیروهای الکترواستاتیک جذاب و ون در Waals بین ذرات غلبه بر.
(cf. Adám et al. 2020)

سنتز مافوق صوت نانوذرات وولاستونیت

وولاستونیت یک کانی کلسیم اینوزیلیکات با فرمول شیمیایی CaSiO3 Wollastonite است که به طور گسترده ای به عنوان جزء برای تولید سیمان، شیشه، آجر، و کاشی در صنعت ساخت و ساز استفاده می شود، به عنوان شار در ریخته گری فولاد و همچنین افزودنی در ساخت پوشش و رنگ. به عنوان مثال، wollastonite فراهم می کند تقویت، سخت شدن، جذب نفت کم، و پیشرفت های دیگر. به منظور به دست آوردن خواص تقویت کننده عالی از wollastonite، deagglomeration در مقیاس نانو و پراکنده یکنواخت ضروری است.
دوردان و دورودماند (۲۰۲۱) در مطالعات خود نشان دادند که پراکنده شدن مافوق صوت عامل بسیار مهمی است که اندازه و ریولوژی نانوذرات وولاستونیت را به طور قابل توجهی پرت می کند. برای بررسی سهم فراصوت بر روی نانوپراش وولاستونیت، تیم تحقیقاتی نانوذرات وولاستونیت را با و بدون استفاده از مافوق صوت با قدرت بالا سنتز کردند. برای آزمایش های فراصوت خود را، محققان با استفاده از پردازنده مافوق صوت UP200H (Hielscher مافوق صوت) با فرکانس 24 کیلو هرتز به مدت 45.0 دقیقه. نتایج حاصل از نانو پراکنده مافوق صوت در SEM با وضوح بالا در زیر نشان داده شده است. تصویر SEM به وضوح نشان می دهد که نمونه wollastonite قبل از درمان مافوق صوت است agglomerated و تجمیع; پس از فراصوت با مافوق صوت UP200H اندازه متوسط ذرات wollastonite تقریبا 10nm است. این مطالعه نشان می دهد که پراکنده شدن مافوق صوت یک تکنیک قابل اعتماد و کارآمد برای سنتز نانوذرات وولاستونیت است. اندازه نانوذرات به طور متوسط می تواند با تنظیم پارامترهای پردازش مافوق صوت کنترل می شود.
(cf. Dordane and Doroodmand, 2021)

تصاویر SEM از نانوذرات wollastonite (A) قبل و (ب) پس از فراصوت با استفاده از UP200H پردازنده التراسونیک برای 45.0 دقیقه.
مطالعه و تصویر: ©دردان و درودماند، 1390.

پراش نانوفیلر مافوق صوت

فراصوت یک روش همه کاره برای پراکنده کردن و deagglomerate نانوفیلرها در مایعات و دوغاب ها، به عنوان مانند پلیمرها، رزین های اپوکسی، سخت کننده ها، ترموپلاستیک ها و غیره است. بنابراین سونیفیکاسیون به طور گسترده ای به عنوان یک روش پراکنده سازی بسیار کارآمد در R استفاده می شود&D و تولید صنعتی.
Zanghellini و همکاران (2021) بررسی تکنیک پراکنده مافوق صوت برای نانو پر کننده ها در رزین اپوکسی. او می توانست نشان دهد که فراصوت قادر به پراکنده کردن غلظت های کوچک و بالای نانوفیلرها در یک ماتریس پلیمری است.
مقایسه فرمولاسیون های مختلف، 0.5 wt ٪ اکسید CNT نشان داد بهترین نتایج از تمام نمونه های فراصوت ، آشکار توزیع اندازه بسیاری از agglomerates در محدوده قابل مقایسه با سه رول آسیاب تولید نمونه ، اتصال خوب به سخت کننده ، تشکیل شبکه percolation در داخل پراکنده ، که اشاره به سمت ثبات در برابر رطوبت و در نتیجه ثبات مناسب دراز مدت است. مقادیر پرکننده بالاتر نتایج خوبی مشابه نشان داد، بلکه تشکیل شبکه های داخلی پررنگ تر و همچنین آگلومراهای تا حدودی بزرگتر را نیز نشان داد. حتی نانوفیبرهای کربنی (CNF) می توانستند با موفقیت از طریق فراصوت پراکنده شوند. پراکنده شدن مستقیم آمریکا از نانوفیلرها در سیستم های سخت کننده بدون حلال های اضافی با موفقیت به دست آمد، و به این ترتیب می تواند به عنوان یک روش قابل اجرا برای یک پراکنده ساده و مستقیم رو به جلو با پتانسیل استفاده صنعتی دیده شود. (cf. Zanghellini et al., 2021)

مقایسه نانوفیلرهای مختلف پراکنده در سخت کننده با استفاده از امواج فراصوت از نوع کاوشگر): (a) 0.5 wt٪ نانوفیبر کربن (CNF)؛ ب) 0.5 wt٪ CNToxid; (ج) 0.5 wt٪ نانولوله کربن (CNT) ؛ د) 0.5 wt٪ CNT نیمه پراکنده.
مطالعه و تصویر: © زانگلینی و همکاران، 1300

پراکنده شدن مافوق صوت نانوذرات – از نظر علمی اثبات شده برای برتری

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

پردازنده های مافوق صوت با کارایی بالا برای پراکنده شدن نانوذرات

Hielscher مافوق صوت تامین کننده قابل اعتماد خود را برای تجهیزات مافوق صوت با کارایی بالا قابل اعتماد از آزمایشگاه و خلبان به سیستم های تمام صنعتی است. اولتراسونیک هایلشر’ دستگاه های ویژگی های سخت افزار پیچیده، نرم افزار هوشمند و کاربر دوستی برجسته – در آلمان طراحی و ساخته شده است. ماشین آلات مافوق صوت قوی Hielscher برای پراکنده شدن، deagglomeration، سنتز نانوذرات و عملکرد می تواند 24/7/365 تحت بار کامل عمل می شود. بسته به روند خود را و تسهیلات تولید خود را, مافوق صوت ما را می توان در حالت دسته ای یا مداوم در خط اجرا. لوازم جانبی مختلف مانند sonotrodes (پروب مافوق صوت)، شاخ تقویت کننده، سلول های جریان و راکتور به آسانی در دسترس هستند.
تماس با ما در حال حاضر برای دریافت اطلاعات فنی بیشتر، مطالعات علمی، پروتکل ها و نقل قول برای سیستم های فرا صوت نانو پراکنده! کارکنان ما به خوبی آموزش دیده، با تجربه طولانی خوشحال خواهد شد به بحث در مورد نانو برنامه خود را با شما!

جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما: