Hielscher Ultra ääni tekniikka

Nanodynamiikan ultraäänitutkimus

  • Kiihtyvän kavitaatiovoiman ansiosta teho-ultraääni on lupaava tekniikka tuottaa mikroni- ja nanokokoisia timantteja grafiitista.
  • Mikro- ja nikkokiteisiä timantteja voidaan syntetisoida ultrasuodattamalla grafiittisuspensiota orgaanisessa nesteessä ilmakehän paineessa ja huonelämpötilassa.
  • Ultraääni on myös hyödyllinen työkalu syntetisoitujen nano-timanttien jälkikäsittelyyn, koska ultrasonication disperges, deagglomerates and functionalizes nano particles very effective.

Ultrasonics for Nanodiamond hoito

Nanodynamiikat (joita kutsutaan myös räjähtäväksi timantiksi (DND) tai ultraäänisydämiksi timantiksi (UDD)) ovat erityinen hiilen nanomateriaalien muoto, jotka on erotettu ainutlaatuisista ominaisuuksista, kuten sen ristikko rakenne, sen suuri pinta-, sekä ainutlaatuinen optinen ja magneettinen ominaisuuksia - ja poikkeuksellisia sovelluksia. Ultrasupresoituneiden hiukkasten ominaisuudet antavat näille materiaaleille innovatiivisia yhdisteitä uusien materiaalien luomiseksi poikkeuksellisilla toiminnoilla. Hiukkasten timanttihiukkasten koko on noin 5nm.

Nanodynamiikan ultraäänitutkimus

Voimakkaiden voimien, kuten sonikoinnin tai räjäytyksen aikana, grafiitti voidaan muuntaa timantiksi.

Ultraäänellä Syntesoitujen Nanodiamonds

Timanttien synteesi on tärkeä tieteellisen ja kaupallisen alan tutkimuskenttä. Yleisesti käytetty menetelmä mikrokiteisten ja nanokiteisten timanttihiukkasten synteesille on korkeapaineinen korkean lämpötilan (HPHT) tekniikka. Tällä menetelmällä tuotetaan tarvittava prosessipaine, joka kestää kymmeniä tuhansia ilmakehää ja yli 2000 k: n lämpötiloja tuottaa teollisen timantin maailmanlaajuisen tarjonnan pääosa. Grafiitin muuttamiseksi timantiksi tarvitaan yleensä korkeita paineita ja korkeita lämpötiloja, ja katalysaattoreita käytetään timanttien tuoton kasvattamiseen.
Nämä muutoksen edellyttämät vaatimukset voidaan tuottaa erittäin tehokkaasti käyttämällä Tehokas ultraääni (= matala taajuus, korkea intensiteetti ultraääni):

Ultraääni kavitaatio

Ultraääni nesteissä aiheuttaa paikallisesti hyvin äärimmäisiä vaikutuksia. Kun nesteitä sonikoidaan suurilla voimakkuuksilla, nestemäiseen väliaineeseen etenevät ääni-aallot johtavat vuorotellen korkeapaine- (puristus-) ja matalapaineisia (harvinainen) syklejä, joiden nopeudet riippuvat taajuudesta. Alhaisen paineen syklin aikana suuritehoiset ultraääni-aallot muodostavat pienet tyhjökuplat tai tyhjiöt nesteeseen. Kun kuplat saavuttavat tilavuuden, jossa ne eivät enää pysty absorboimaan energiaa, ne kutistuvat voimakkaasti korkeapaineisen syklin aikana. Tätä ilmiötä kutsutaan kavitaatio. Implosion aikana saavutetaan hyvin korkeita lämpötiloja (n. 5000 K) ja paineita (noin 2 000 m) paikallisesti. Kavitaatiokuplan implosio johtaa myös nestemäisiin suihkukoneisiin, joiden nopeus on jopa 280 m / s. (Suslick 1998) On selvää, että mikro- ja nano-kiteinen timantit voidaan syntetisoida alalla ultraääni kavitaatio.

Informaatio pyyntö




Huomaa, että Tietosuojakäytäntö.


Ultraääniprosessi nanodiemojen synteesiä varten

Itse asiassa Khachatryan et al. (2008) osoittaa, että myös timantti-mikrokiteitä voidaan syntetisoida grafiittisuspension ultraäänioksidilla orgaanisessa nesteessä ilmakehän paineessa ja huonelämpötilassa. Kavitaatiolevyinä aromaattisten oligomeerien kaava on valittu sen alhaisen tyydyttyneen höyryn paineen ja sen korkean kiehumislämpötilan vuoksi. Tässä nesteessä erityinen puhdas grafiittijauhe – joiden hiukkaset ovat välillä 100 - 200 μm - on keskeytetty. Kachatryan et al.:n kokeissa kiinteän nesteen painosuhde oli 1: 6, kavitaatiolujuuden tiheys oli 1,1 g cm-3 25 ° C: ssa. Sonoreaktorin maksimaalinen ultraääniintensiteetti on ollut 75-80W cm-2 joka vastaa äänenpaineen amplitudia 15-16 baaria.
Se on saavuttanut noin 10% grafiitti-timantti muuntaminen. Timantit olivat melkein monodispergoitua hyvin terävä, hyvin suunniteltu koko alueella 6 tai 9μm ± 0,5μm, kuutiomainen, kiteinen morfologia ja korkea puhtaus.

Ultrasonically synthesized timantit (SEM-kuvat): Tehokas ultraääni tarjoaa tarvittavan energian nanodynamiikan indusoimiseksi' ja synthsis

SEM-kuvat ultrasonisti syntetisoituneista timanteista: kuvista (a) ja (b) näytteenäytesarja 2 on näytesarja 1, (c) ja (d). [Khachatryan et al. 2008]

Nniiden kustannukset tämän menetelmän avulla tuotettujen mikro- ja nanodynamiesten arvioidaan olevan kilpailukykyinen korkean lämpötilan (HPHT) avulla. Tämä tekee ultrasuuresta innovatiivisen vaihtoehdon mikro- ja nano-timanttien synteesille (Khachatryan ym. 2008), varsinkin kun nanodynamiikan tuotantoprosessi voidaan optimoida lisätutkimuksilla. Monet parametrit, kuten amplitudi, paine, lämpötila, kavitaatio-neste ja pitoisuus on tutkittava tarkasti, jotta löydettäisiin makea spot ultraääni nanodynamiikan synteesi.
Tuloksilla, jotka on saatu nanodynamiikan syntetisoinnissa, luodaan edelleen ultrasonisesti kavitaatio tarjoaa mahdollisuuden muiden tärkeiden yhdisteiden, kuten kuutioli boorinitridin, hiilinitridin jne. synteesille (Khachatryan ym. 2008)
Lisäksi vaikuttaa siltä, ​​että on mahdollista luoda timanttiset nanoputket ja nanorodit monikerroksisista hiilinanoputkista (MWCNT) ultraäänitutkimuksessa. Timanttivyöt ovat yksiulotteisia timanttien analogeja. Suuren elastisen moduulin, lujuus-painosuhteen ja suhteellisen helposti sen pintojen funktionalisoinnin vuoksi timantin on todettu olevan optimaalinen materiaali nanomekaanisille malleille. (Sun et ai., 2004)

Nanodynamiikan ultraäänisynteesi

Kuten edellä on kuvattu, hajoaminen ja tasaisen hiukkaskoon jakautuminen väliaineessa ovat olennainen osa nanodiemeenien ainutlaatuisten ominaisuuksien onnistunutta hyödyntämistä.
hajonta ja deagglomeraatio by ultrasonication ovat seurausta ultraääni kavitaatio. Kun nesteitä altistetaan ultraäänelle, nesteeseen etenevät ääniaallot johtavat vaihteleviin korkeapaineisiin ja matalapaineisiin sykleihin. Tämä koskee mekaanista rasitusta yksittäisten hiukkasten houkuttimista. Ultrasonic kavitaatio nesteissä aiheuttaa nopeita nestemäisiä suihkukoneita jopa 1000km / h (noin 600mph). Tällaiset suuttimet puristavat nestettä suurissa paineissa hiukkasten välillä ja erottavat ne toisistaan. Pienemmät hiukkaset kiihdytetään nestemäisten suihkun avulla ja törmäävät suurilla nopeuksilla. Tämä tekee ultraäänestä tehokkaan keinon dispergointia varten jyrsintä mikronikokoisia ja sub-mikronikokoisia hiukkasia.
Esimerkiksi nanodimagneettejä (keskimää- räinen noin 4 nm) ja polystyreeni voidaan dispergoida sykloheksaaniin erityisen komposiitin saamiseksi. Tutkimuksessaan Chipara et al. (2010) ovat valmistaneet polystyreenin ja nanodynamiikan komposiitteja, jotka sisältävät nanodynamiikkaa 0-25 painoprosenttia. Saadaksesi tasaisen hajonta, he sonicated liuos 60 min Hielscher's Uip1000hd (1 kW).

Nanodiamondien ultrasonically Assisted Functionalization

Kunkin nano-kokoisen partikkelin täydellisen pinnan funktionalisoimiseksi partikkelin pinnan on oltava käytettävissä kemialliseen reaktioon. Tämä tarkoittaa tasainen ja hieno dispersio, koska hyvin dispergoituneet partikkelit ympäröidään hiukkasen pinnalle kiinnitettyjen molekyylien reunakerroksesta. Uusien funktionaalisten ryhmien hankkimiseksi nanodynamiikan pinnalle tämä rajakerros täytyy rikkoa tai poistaa. Tämä rikkoutumisprosessi ja rajakerroksen poisto voidaan suorittaa ultrasonikalla.
Ultrasuoni, joka otetaan käyttöön nesteenä, tuottaa erilaisia ​​ääripäitä, kuten kavitaatio, paikallisesti erittäin korkea lämpötila jopa 2000K ja nestemäisten suihkukoneiden jopa 1000km / h. (Suslick 1998) Tällä stressitekijällä voidaan houkutella voimia (esim. Van der Waalsin voimat) voittaa ja funktionaaliset molekyylit kuljetetaan partikkelin pinnalle funktionalisoimaan, esim. Nanodynamiikan pinnalle.

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

Kaavio 1: nanodynamiikan in situ-deagglomerointi ja pinnan funktionalisointi graafinen muoto (Liang 2011)

Haavapohjaisen Sonic Disintegration (BASD) -käsittelyn kokeilut ovat osoittaneet lupaavia tuloksia myös nanodynamiikan pinnan funktionalisoimiseksi. Näin ollen helmiä (esim. Mikrokokoisia keraamisia helmiä, kuten ZrO2-helmiä) on käytetty ultraäänilaitteiden Cavitational voimia nanodynamiikkapartikkeleille. Deagglomeration tapahtuu johtuen nanodynamiikkahiukkasten ja ZrO: n välisestä osapuolten välisestä törmäyksestä2 helmiä.
Hiukkasten pinnan paremman saatavuuden ansiosta kemiallisissa reaktioissa, kuten boraanin vähentämisessä, arylaatiossa tai silanisaatiossa, on suositeltavaa käyttää ultrasuojaa tai BASD (bead-assisted sonic disintegration) esikäsittelyä dispergointia varten. Ultraäänellä hajotus ja deagglomeraatio kemiallinen reaktio voi edetä paljon täydellisemmin.

Kun suuritehoinen, matalataajuinen ultraääni tuodaan nestemäiseen väliaineeseen, syntyy kavitaatio.

Ultraäänikammio johtaa äärimmäisiin lämpötila- ja paineeroihin sekä suurnopeusjäähdytysnesteisiin. Tällöin teho-ultraääni on onnistunut käsittelymenetelmä sovellusten sekoittumiseen ja jauhamiseen.

Ota yhteyttä / kysy lisätietoja

Kerro meille käsittelyn vaatimuksista. Suosittelemme projektin sopivia asennus- ja käsittelyparametreja.





Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.


Kirjallisuus / Viitteet

  • Chipara, AC et ai.: Polystyreeniin dispergoitujen nanodiamondpartikkelien lämpöominaisuudet. HESTEC 2010.
  • El-Say, KM: Nanodiamonds lääkeaineena: Sovellus ja mahdollisuudet. Julkaisussa J Appl Pharm Sci 01/06, 2011; s. 29-39.
  • Khachatryan, A. Kh. et ai.: Ultraääni kavitaation aiheuttama grafiitti-timanttimuunnos. In: Timantti & Liittyvät materiaalit 17, 2008; pp931-936.
  • Krueger, A .: Nanomittakaavan timanttirakenne ja reaktiivisuus. Julkaisussa: J Mater Chem 18, 2008; s. 1485-1492.
  • Liang, Y .: Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung von Nanodiamant mittels thermochemischer und mechanochemischer Methoden. Väitöskirja Julius-Maximilian-Universität Würzburg 2011.
  • Osawa, E .: Monodisperse yksittäiset nanodiamond-hiukkaset. Julkaisussa: Pure Appl Chem 80/7, 2008; s. 1365-1379.
  • Pramatarova, L. et al .: Polymeriyhdisteiden etuna räjähdys Nanodiamond-partikkeleita lääketieteellisiin sovelluksiin. In: On Biomimetics; s. 298-320.
  • Sun, L .; Gong, J .; Zhu, D .; Zhu, Z .; Hän, S .: Diamond Nanorods hiilinanoputkista. In: Kehittyneet materiaalit 16/2004. s. 1849-1853.
  • Suslick, KS: Kirk-Othmerin kemian tekniikan tietosanakirja. 4. laitos J. Wiley & Sons: New York; 26, 1998; s. 517-541.

Nanodiamonds – Käyttö ja sovellukset

Nanodimajin jyvät ovat epävakaita zeta-potentiaalinsa vuoksi. Siten ne pyrkivät muodostamaan aggregaatteja voimakkaasti. Nanodynamiikan yhteinen käyttö on hioma-, leikkaus- ja kiillotustyökaluissa sekä lämpösaukoissa. Toinen mahdollinen käyttö on nanodynamiinien käyttö farmaseuttisten aktiivisten komponenttien lääkeaineena (vrt. Pramatarova). mennessä ultrasonication, ensin nanodimagneettejä voidaan syntetisoida grafiitista ja toiseksi, agglomeraatiolle taipuvaiset nanodynamiinit voivat olla tasaisesti dispergoituneena nestemäiseen väliaineeseen (esim. kiillotusaineen muodostamiseksi).