سنتز آلتراساند از نانوالماس
- با توجه به نیروی حفره ای شدید، سونوگرافی قدرت یک تکنیک امیدوارکننده برای تولید الماس های میکرون و نانو از گرافیت است.
- میکرو و نانو الماس کریستالی را می توان سنتز سوسپانسیون گرافیت در مایع آلی در فشار اتمسفر و دمای اتاق.
- اولتراسونیک نیز یک ابزار مفید برای پس پردازش از الماس نانو سنتز است، به عنوان ultrasonication پراکنده، deagglomerates و functionalizes ذرات نانو بسیار موثر.
اولتراسونیک برای درمان نانوالماس
نانوالماس ها (همچنین الماس های انفجاری (DND) یا الماس های فوق پراکنده (UDD) نامیده می شوند) شکل خاصی از نانومواد کربنی هستند که با ویژگی های منحصر به فرد متمایز می شوند - مانند آن شبکه ساختار ، بزرگ آن است سطح، و همچنین منحصر به فرد نوری . مغناطیسی خواص - و کاربردهای استثنایی. خواص ذرات فوق پراکنده این مواد را به ترکیبات نوآورانه ای برای ایجاد مواد جدید با عملکردهای خارق العاده تبدیل می کند. اندازه ذرات الماس در دوده حدود 5 نانومتر است.
تحت نیروهای شدید، مانند فراصوت یا انفجار، گرافیت می تواند به الماس تبدیل شود.
التراسونیک سنتز نانوالماس
سنتز الماس یک زمینه تحقیقاتی مهم با توجه به منافع علمی و تجاری است. فرآیندی که معمولا برای سنتز ذرات الماس میکرو کریستالی و نانو کریستالی استفاده می شود، تکنیک فشار بالا-دمای بالا (HPHT) است. با این روش، فشار فرآیند مورد نیاز ده ها هزار اتمسفر و دمای بیش از 2000K برای تولید بخش اصلی عرضه جهانی الماس صنعتی تولید می شود. برای تبدیل گرافیت به الماس به طور کلی فشارهای بالا و دمای بالا مورد نیاز است و از کاتالیزورها برای افزایش بازده الماس استفاده می شود.
این الزامات مورد نیاز برای تبدیل را می توان با استفاده از سونوگرافی با قدرت بالا (= فرکانس پایین، سونوگرافی با شدت بالا):
خلا سازی آلتراسونیک
اولتراسوند در مایعات باعث ایجاد اثرات بسیار شدید موضعی می شود. هنگام فراصوت مایعات در شدت بالا، امواج صوتی که به رسانه مایع منتشر می شوند منجر به چرخه های متناوب فشار بالا (فشرده سازی) و فشار کم (نادر) می شوند، با نرخ بسته به فرکانس. در طول چرخه فشار کم، امواج اولتراسونیک با شدت بالا حباب های خلاء کوچک یا حفره هایی را در مایع ایجاد می کنند. هنگامی که حباب ها به حجمی می رسند که دیگر نمی توانند انرژی را جذب کنند، در طول یک چرخه فشار بالا به شدت فرو می ریزند. این پدیده نامیده می شود کاویتاسیون. در طول انفجار، دماهای بسیار بالا (تقریبا 5000 کلاین) و فشارها (تقریبا 2000 اتمسفر) به صورت محلی به دست می آیند. انفجار حباب کاویتاسیون همچنین منجر به جت های مایع با سرعت 280 متر بر ثانیه می شود. (سوسلیک 1998) بدیهی است که خرد و نانو کریستالی الماس ممکن است در زمینه اولتراسونیک سنتز شود کاویتاسیون.
روش التراسونیک برای سنتز نانوالماس
در واقع، مطالعه Khachatryan و همکاران (2008) نشان می دهد که میکروکریستال های الماس نیز می توانند با فراصوت سوسپانسیون گرافیت در مایع آلی در فشار اتمسفر و دمای اتاق سنتز شوند. به عنوان سیال کاویتاسیون، فرمولی از الیگومرهای آروماتیک به دلیل فشار بخار اشباع پایین و دمای جوش بالای آن انتخاب شده است. در این مایع، پودر گرافیت خالص مخصوص – با ذراتی در محدوده بین 100-200 میکرومتر - به حالت تعلیق درآمده است. در آزمایش های کاچاتریان و همکاران، نسبت وزن جامد به سیال 1:6، چگالی سیال کاویتاسیون 1.1 گرم سانتی متر بود-3 در دمای 25 درجه سانتیگراد. حداکثر شدت اولتراسونیک در سونراکتور 75-80 وات سانتی متر بوده است-2 مربوط به دامنه فشار صدا 15-16 بار.
تقریبا 10٪ تبدیل گرافیت به الماس به دست آمده است. الماس ها تقریبا بودند تک پراکنده با اندازه بسیار تیز و خوب طراحی شده در محدوده 6 یا 9 میکرومتر ± 0.5 میکرومتر، با مکعب، بلورین مورفولوژی و خلوص بالا.
تصاویر SEM از الماس اولتراسونیک سنتز: تصاویر (الف) و (ب) نشان می دهد سری نمونه 1, (ج) و (د) سری نمونه 2. [خاچاتریان و همکاران 2008]
این هزینه از میکرو و نانوالماس تولید شده با این روش تخمین زده می شود رقابتی با فرآیند فشار بالا و دمای بالا (HPHT). این امر باعث می شود سونوگرافی یک جایگزین نوآورانه برای سنتز میکرو و نانو الماس (Khachatryan و همکاران 2008) ، به ویژه که روند تولید نانوالماس را می توان با تحقیقات بیشتر بهینه کرد. بسیاری از پارامترها مانند دامنه، فشار، دما، مایع حفره و غلظت باید با دقت مورد بررسی قرار گیرند تا نقطه شیرین سنتز نانوالماس اولتراسونیک را کشف کنند.
با نتایج به دست آمده در سنتز نانوالماس، بیشتر به صورت اولتراسونیک تولید می شود کاویتاسیون پتانسیل سنتز سایر ترکیبات مهم مانند نیترید بور مکعب ، نیترید کربن و غیره را ارائه می دهد (خاچاتریان و همکاران 2008)
علاوه بر این، به نظر می رسد امکان ایجاد نانوسیم ها و نانومیله های الماس از نانولوله های کربنی چند جداره (MWCNTs) تحت تابش اولتراسونیک وجود دارد. نانوسیم های الماس آنالوگ های یک بعدی الماس فله هستند. به دلیل مدول الاستیک بالا، نسبت استحکام به وزن و سهولت نسبی که می توان سطوح آن را عامل کرد، الماس به عنوان ماده بهینه برای طرح های نانومکانیکی شناخته شده است. (سان و همکاران 2004)
پراکندگی التراسونیک از نانوالماس
همانطور که قبلا توضیح داده شد، گلومرزدایی و توزیع اندازه ذرات یکنواخت در محیط برای بهره برداری موفقیت آمیز از ویژگی های منحصر به فرد نانوالماس ها ضروری است.
پراکندگی . deagglomeration توسط امواج فراصوت در نتیجه اولتراسونیک است کاویتاسیون. هنگام قرار گرفتن مایعات در معرض سونوگرافی، امواج صوتی که در مایع منتشر می شوند، منجر به چرخه های متناوب فشار بالا و فشار پایین می شوند. این فشار مکانیکی را بر نیروهای جذب بین ذرات منفرد اعمال می کند. حفره اولتراسونیک در مایعات باعث جت های مایع با سرعت بالا تا 1000 کیلومتر در ساعت (تقریبا 600 مایل در ساعت). چنین جت هایی مایع را با فشار زیاد بین ذرات فشار می دهند و آنها را از یکدیگر جدا می کنند. ذرات کوچکتر با جت های مایع شتاب می گیرند و با سرعت بالا برخورد می کنند. این باعث می شود سونوگرافی وسیله ای موثر برای پراکندگی و همچنین برای فرز ذرات اندازه میکرون و زیر میکرون.
به عنوان مثال ، نانوالماس ها (اندازه متوسط حدود 4 نانومتر) و پلی استایرن را می توان در سیکلوهگزان پراکنده کرد تا یک کامپوزیت خاص بدست آید. در مطالعه خود ، Chipara و همکاران (2010) کامپوزیت هایی از پلی استایرن و نانوالماس حاوی نانوالماس را در محدوده وزنی بین 0 تا 25٪ تهیه کرده اند. برای به دست آوردن یک زوج پراکندگیآنها راه حل را به مدت 60 دقیقه با Hielscher فراصوت کردند UIP1000hd (1 کیلو وات).
التراسونیک کمک توابع نانوالماس
برای عامل دار شدن سطح کامل هر ذره با اندازه نانو، سطح ذره باید برای واکنش شیمیایی در دسترس باشد. این بدان معناست که پراکندگی یکنواخت و ریز مورد نیاز است زیرا ذرات به خوبی پراکنده شده توسط یک لایه مرزی از مولکول های جذب شده به سطح ذرات احاطه شده اند. برای رساندن گروه های عملکردی جدید به سطح نانوالماس، این لایه مرزی باید شکسته یا حذف شود. این فرایند شکستن و حذف لایه مرزی را می توان توسط اولتراسونیک انجام.
سونوگرافی وارد شده به مایع اثرات شدید مختلفی مانند کاویتاسیون، دمای بسیار بالا موضعی تا 2000K و جت های مایع تا 1000 کیلومتر در ساعت (Suslick 1998) با استفاده از این عوامل تنش می توان بر نیروهای جذب کننده (به عنوان مثال نیروهای واندروال) غلبه کرد و مولکول های عملکردی به سطح ذره منتقل می شوند تا عامل شوند، به عنوان مثال سطح نانوالماس.
طرح 1: گرافیک گلومراسیون درجا و عملکرد سطح نانوالماس ها (لیانگ 2011)
آزمایش های انجام شده با درمان تجزیه صوتی به کمک مهره (BASD) نتایج امیدوارکننده ای را برای عملکرد سطح نانوالماس ها نیز نشان داده است. در نتیجه، مهره ها (به عنوان مثال دانه های سرامیکی با اندازه میکرو مانند مهره های ZrO2) برای اجرای اولتراسونیک استفاده شده است حفره ای به ذرات نانوالماس وارد می شود. deagglomeration به دلیل برخورد بین گونه ای بین ذرات نانوالماس و ZrO رخ می دهدH2S دانه.
با توجه به در دسترس بودن بهتر سطح ذرات، برای واکنش های شیمیایی مانند احیای بوران، آریلاسیون یا سیلانیزاسیون، پیش تصفیه اولتراسونیک یا BASD (تجزیه صوتی به کمک مهره) برای اهداف پراکندگی بسیار توصیه می شود. توسط اولتراسونیک دیسپرس (Dispersing)
. deagglomeration واکنش شیمیایی می تواند بسیار کامل تر پیش برود.
نتایج حفره اولتراسونیک در دما و فشار شدید و جت های مایع با سرعت بالا. در نتیجه، سونوگرافی قدرت یک روش پردازش موفق برای کاربردهای مخلوط کردن و فرز است.
تماس با ما! / از ما بپرسید!
ادبیات/منابع
- خاچاتریان ، A. Kh. و همکاران: تبدیل گرافیت به الماس ناشی از کاویتاسیون اولتراسونیک. که در: الماس & مطالب مرتبط, 17, 1387; صص 931-936.
- گالیموف، اریک & کودین، علی. & Skorobogatskii, V. & Plotnichenko, V. & Bondarev, O. & زاروبین، بهرام. & Strazdovskii, V. & آرونین، الکساندر & Fisenko, A. & بایکوف، من. & بارینوف، علی. (2004): تأیید تجربی سنتز الماس در فرآیند کاویتاسیون. فیزیک Doklady – فیزیک DOKL 49. 150-153.
- Turcheniuk ، K. ، Trecazzi ، C. ، Deeleepojananan ، C. ، & موچالین، و. ن. (2016): نمک به کمک التراسونیک از نانوالماس. مواد کاربردی ACS & رابط ها, 8(38), 25461–25468.
- بسمه حسین التمیمی، ایمان ابراهیم جبار، هیثم محمد التمیمی (2919): سنتز و شناسایی نانوکریستالی الماس از پرک های گرافیتی با استفاده از فرایند ترویج کاویتاسیون. هلیون ، جلد 5 ، شماره 5. 2019.
- Krueger، A.: ساختار و واکنش پذیری الماس در مقیاس نانو. در: J Mater Chem 18, 2008; صص 1485-1492.
- Liang, Y.: Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung von Nanodiamant mittels thermochemischer und mechanochemischer Methoden. پایان نامه Julius-Maximilian-Universität Würzburg 2011.
- Osawa، E.: ذرات تک نانوالماس تک پراکنده. در: Pure Appl Chem 80/7, 2008; صص 1365-1379.
- Pramatarova، L. و همکاران: مزیت کامپوزیت های پلیمری با ذرات نانوالماس انفجاری برای کاربردهای پزشکی. که در: در زیست تقلید; صص 298-320.
- خورشید، L.; گونگ ، ج. ژو ، دی. ژو، ز.; او ، س.: نانومیله های الماس از نانولوله های کربنی. در: مواد پیشرفته 16/2004. صص 1849-1853.
- Suslick، K.S.: دائرlopالمعارف فناوری شیمیایی کرک-اوتمر. ویرایش چهارم جی ویلی & پسران: نیویورک; 26, 1998; صص 517-541.
- Chipara، A. C. et al.: خواص حرارتی ذرات نانوالماس پراکنده شده در پلی استایرن. HESTEC 2010.
- ال سای ، ک. م.: نانوالماس به عنوان یک سیستم تحویل دارو: کاربرد و آینده نگر. در J Appl Pharm Sci 01/06, 2011; صص 29-39.
نانوالماس – استفاده و کاربردها
دانه های نانوالماس به دلیل پتانسیل زتا ناپایدار هستند. در نتیجه ، آنها به شدت تمایل به تشکیل سنگدانه دارند. یکی از کاربردهای رایج نانوالماس استفاده در مواد ساینده، ابزارهای برش و پرداخت و هیت سینک است. یکی دیگر از کاربردهای بالقوه استفاده از نانوالماس ها به عنوان حامل دارو برای اجزای فعال دارویی است (cf. Pramatarova). توسط امواج فراصوت، اولا نانوالماس ها را می توان از گرافیت سنتز کرد و ثانیا ، نانوالماس هایی که به شدت به تجمع تمایل دارند می توانند به طور مساوی باشند پراکنده به محیط مایع (به عنوان مثال برای فرموله کردن یک عامل پرداخت).