Nanotimantit, jotka on dispergoitu vesisuspensioon sonikaatiolla

Nanotimanttidispersiot ovat tehokkaita ja tuotetaan nopeasti ultraäänidispergointilaitteilla. Nanotimanttien ultraäänideaggregaatio ja dispersio voidaan suorittaa luotettavasti vesisuspensiossa. Ultraäänidispersiotekniikka käyttää suolaa pH: n modifikaatioon ja on siten helppo, edullinen ja epäpuhtauksista vapaa tekniikka, jota voidaan helposti käyttää teollisessa mittakaavassa.

Nanotimantit voivat olla tehokkaita ja luotettavasti dispergoituja Hielscher-ultraäänilaitteilla.

Miten ultraäänijyrsintä ja nanotimanttien dispersio toimivat?

Ultraäänidispersio käyttää itse nanotimantteja jyrsintämateriaalina. Suuritehoisten ultraääniaaltojen tuottama akustinen kavitaatio luo nopean nesteen suoratoiston. Nämä nestevirrat kiihdyttävät lietteen hiukkasia (esim. timantteja) niin, että hiukkaset törmäävät jopa 280 km/s nopeuteen ja hajoavat pieniksi nanokokoisiksi hiukkasiksi. Tämä tekee ultraäänijyrsinnästä ja dispersiosta helpon, edullisen ja epäpuhtauksittoman tekniikan, joka luotettavasti deagglomeroi nanotimantin nanokokoisiksi hiukkasiksi, jotka ovat stabiileja vesipitoisessa kolloidisessa liuoksessa laajalla pH-alueella. Suolaa (natriumkloridia) käytetään nanotimanttien stabilointiin vesipitoisessa lietteessä.

Ultraääni nanotimanttijyrsintä loistaa helmimyllyt

Koetintyyppiset ultraäänilaitteet ovat erittäin tehokkaita myllyjä ja ovat vakiintunut jyrsintätekniikka nanotimanttisuspensioiden laajamittaiseen tuotantoon teollisessa mittakaavassa. Koska ultraäänimyllyt käyttävät nanotimantteja jyrsintämateriaalina, saastuminen jyrsintäväliaineiden, esimerkiksi zirkoniumoksidihelmien, kautta vältetään kokonaan. Sen sijaan ultraäänikavitaatiovoimat kiihdyttävät hiukkasia niin, että nanotimantit törmäävät väkivaltaisesti toisiinsa ja hajoavat yhtenäiseen nanokokoon. Tämä ultraäänellä indusoitu hiukkasten välinen törmäys on erittäin tehokas ja luotettava menetelmä tasaisesti jakautuneiden nanodispersioiden tuottamiseksi.
Ultraäänidispersio- ja deaggregointimenetelmässä käytetään vesiliukoisia, myrkyttömiä ja saastuttamattomia lisäaineita, kuten natriumkloridia tai sakkaroosia, pH: n säätelyyn ja ultraäänidispersion stabilointiin. Nämä natriumkloridin tai sakkaroosin kiderakenteet toimivat lisäksi jyrsintäväliaineina, mikä tukee ultraäänijyrsintämenetelmää. Kun jyrsintäprosessi on valmis, nämä lisäaineet voidaan helposti poistaa yksinkertaisella huuhtelulla vedellä, mikä on huomattava etu prosessikeraamisiin helmiin verrattuna. Perinteisessä helmijyrsinnässä, kuten attritoreissa, käytetään liukenemattomia keraamisia jyrsintäaineita (esim. palloja, helmiä tai helmiä), joiden hankaavat jäännökset saastuttavat lopullisen dispersion. Jyrsintäaineiden aiheuttaman kontaminaation poistaminen edellyttää monimutkaista jälkikäsittelyä ja on aikaa vievää ja kallista.

Ultraäänidispergointitekniikka tuottaa tehokkaasti vesipitoisia nanotimanttisuspensioita, joilla on kapea hiukkaskokojakauma.
(Tutkimus ja grafiikka: ©Turcheniuk et ai., 2016)

Esimerkillinen protokolla ultraääninanotimanttidispersiolle

Nanotimanttien suola-avusteinen ultraäänideaggregaatio vedessä:
Seos, jossa oli 10 g natriumkloridia ja 0,250 g nanotimanttijauhetta, jauhettiin lyhyesti käsin posliinilaastilla ja survimella ja laitettiin 20 ml: n lasipulloon yhdessä 5 ml: n DI-veden kanssa. Valmistettu näyte sonikoitiin käyttämällä koetintyyppistä ultraäänilaitetta 100 minuutin ajan 60%: n lähtöteholla ja 50%: n käyttöjaksolla. Sonikoinnin jälkeen näyte jaettiin tasaisesti kahden 50 ml: n muovisen Falcon-sentrifugiputken kesken ja dispergoidaan tislattuun veteen enintään 100 ml: aan (2 × 50 ml). Jokainen näyte sentrifugoitiin sitten Eppendorf-sentrifugilla 5810-R nopeudella 4000 rpm ja 25 °C 10 minuutin ajan, ja kirkas supernatantti heitettiin pois. Tämän jälkeen märät ND-saostumat dispergoidaan uudelleen tislattuun veteen (kokonaistilavuus 100 ml) ja sentrifugoidaan toisen kerran kierrosluvulla 12000 kierrosta minuutissa ja 25 °C:ssa 1 tunnin ajan. Jälleen kerran kirkas supernatantti heitettiin pois ja märät nanotimanttisaostumat dispergoitiin uudelleen, tällä kertaa 5 ml:aan tislattua vettä karakterisointia varten. Standardi AgNO3-määritys osoitti, että Cl puuttui kokonaan⁻ Suola-avusteisessa ultraäänellä rasvatut nanotimantit, jotka on pesty tislatulla vedellä kahdesti edellä kuvatulla tavalla. Veden haihduttamisen jälkeen näytteistä havaittiin mustien kiinteiden nanotimanttien "sirujen" muodostumista, joiden saanto oli ∼200 mg tai 80% alkuperäisestä nanotimanttimassasta. (katso kuva alla)
(vrt. Turcheniuk et al., 2016)

Kuivattu näyte ultraäänellä dispergoiduista nanotimanteista.
(Tutkimus ja grafiikka: ©Turcheniuk et ai., 2016)

Korkean suorituskyvyn ultraääniastiat nanotimanttidispersioille

Hielscher Ultrasonics suunnittelee, valmistaa ja jakelee korkean suorituskyvyn ultraäänijyrsintä- ja dispergointilaitteita raskaisiin sovelluksiin, kuten nanotimanttilietteiden valmistukseen, kiillotusaineisiin ja nanokomposiittiin. Hielscher-ultraäänilaitteita käytetään maailmanlaajuisesti nanomateriaalien hajottamiseen vesipitoisiin kolloidisiin suspensioihin, polymeereihin, hartseihin, pinnoitteisiin ja muihin korkean suorituskyvyn materiaaleihin.
Hielscherin ultraäänidispergointilaitteet ovat luotettavia ja tehokkaita matalan ja korkean viskositeetin käsittelyssä. Syöttömateriaaleista ja kohdennetusta lopullisesta hiukkaskoosta riippuen ultraääniintensiteettiä voidaan säätää tarkasti optimaalisten prosessitulosten saavuttamiseksi.
Viskoosisten pastojen, nanomateriaalien ja suurten kiinteiden pitoisuuksien käsittelemiseksi ultraäänidispergointilaitteen on kyettävä tuottamaan jatkuvasti suuria amplitudit. Hielscherin ultraääni’ Teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudit jatkuvassa käytössä täydellä kuormituksella. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti ajaa 24/7-toiminnassa. Mahdollisuus käyttää ultraäänidispergointilaitetta suurilla amplitudilla ja säätää amplitudia tarkasti on välttämätöntä ultraääniprosessiolosuhteiden mukauttamiseksi erittäin täytettyjen nanolietettäjien, nanovahvistettujen polymeeriseosten ja nanokomposiittien optimaaliseen formulointiin.
Ultraääniamplitudin lisäksi paine on toinen erittäin tärkeä prosessiparametri. Korkeissa paineissa ultraäänikavitaation intensiteetti ja sen leikkausvoimat tehostuvat. Hielscherin ultraäänireaktorit voidaan paineistaa, jolloin saadaan tehostettuja sonikaatiotuloksia.
Prosessien valvonta ja tietojen tallennus ovat tärkeitä prosessien jatkuvan standardoinnin ja tuotteiden laadun kannalta. Kytkettävät paine- ja lämpötila-anturit johdin ultraäänigeneraattoriin ultraäänidispersioprosessin seuraamiseksi ja ohjaamiseksi. Kaikki tärkeät prosessointiparametrit, kuten ultraäänienergia (netto + yhteensä), lämpötila, paine ja aika, protokollataan automaattisesti ja tallennetaan sisäänrakennetulle SD-kortille. Käyttämällä automaattisesti tallennettuja prosessitietoja voit tarkistaa aiempia sonikaatioajoja ja arvioida prosessin tuloksia.
Toinen käyttäjäystävällinen ominaisuus on digitaalisten ultraäänijärjestelmiemme selaimen kaukosäädin. Selaimen etäohjauksen avulla voit käynnistää, pysäyttää, säätää ja valvoa ultraääniprosessoriasi etänä mistä tahansa.
Ota yhteyttä nyt saadaksesi lisätietoja korkean suorituskyvyn ultraäänihomogenisaattoreistamme jyrsintään ja nanodispersioihin!
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: