Dispersion ultrasonique des nanomatériaux (nanoparticules)
Les nanomatériaux sont devenus une composante intégrale de produits aussi divers que les matériaux à haute performance, les écrans solaires, les revêtements de performance ou les composites plastiques. La cavitation ultrasonique est utilisée pour disperser des particules de taille nanométrique dans des liquides, tels que l'eau, l'huile, les solvants ou les résines.
Dispersion ultrasonique des nanoparticules
L'application de Dispersion ultrasonique des nanoparticules a des effets multiples. Le plus évident est le dispersion des matériaux dans les liquides pour rompre les agglomérats de particules. Un autre procédé est l'application d'ultrasons pendant synthèse de particules ou de précipitation. En général, cela conduit à des particules plus petites et l'uniformité de la taille accrue. cavitation à ultrasons améliore le transfert de matière à la surface des particules, aussi. Cet effet peut être utilisé pour améliorer la surface fonctionnalisation des matériaux ayant une surface spécifique élevée.
Et dispersif Réduction de la taille des Nanomatériaux
Nanomatériaux, par exemple, des oxydes métalliques, des nanoargiles ou des nanotubes de carbone ont tendance à agglomérer, lorsqu'ils sont mélangés dans un liquide. Des moyens efficaces de désagglomération et Dispersion sont nécessaires pour surmonter les forces de liaison après wettening la poudre. La rupture par ultrasons des structures agglomérées dans des suspensions aqueuses et non aqueuses, permet l'utilisation de tout le potentiel de matières nanométriques. Investigations à diverses dispersions de agglomérats de nanoparticules avec une teneur en solides variables ont démontré l'avantage considérable d'ultrasons par rapport à d'autres technologies, telles que des mélangeurs à rotor-stator (par exemple ultra Turrax), des homogénéisateurs à piston, ou des procédés de broyage par voie humide, par exemple perler moulins ou broyeurs colloïdaux. systèmes à ultrasons Hielscher peuvent fonctionner à des concentrations de solides relativement élevées. Par exemple, pour silice le taux de rupture a été jugée indépendante de la concentration en matières solides allant jusqu'à 50% par poids. L'échographie peut être appliquée pour le dispersant de mélanges maîtres à haute concentration - traitement de liquides à viscosité basse et haute. Cela fait bonne solution de traitement à ultrasons pour les peintures et revêtements, en fonction des différents supports, tels que l'eau, la résine ou de l'huile.
homogénéisateur à ultrasons UP400St pour les nano-dispersions
cavitation à ultrasons
Dispersion et désagglomération par ultrasons sont le résultat de la cavitation par ultrasons. Lors de l'exposition aux ultrasons des liquides les ondes sonores qui se propagent dans le liquide en résultat alternatif à haute pression et des cycles de basse pression. Cela applique une contrainte mécanique sur les forces d'attraction entre les particules individuelles. cavitation à ultrasons dans des liquides provoque des jets de liquide à grande vitesse allant jusqu'à 1000 km / h (env. 600 mph). De tels jets presse liquide à haute pression entre les particules et les séparer les uns des autres. Des particules plus petites sont accélérés par les jets de liquide et entrent en collision à des vitesses élevées. Cela rend ultrasons un moyen efficace pour la dispersion, mais aussi pour la fraisage de microns de taille et des particules de taille submicronique.
Synthèse de particules assistée par ultrasons / Précipitation
Les nanoparticules peuvent être générées de bas en haut par synthèse ou précipitation. La sonochimie est l'une des premières techniques utilisées pour préparer des composés nanométriques. Suslick dans son travail original, soniqué Fe (CO)5 soit sous forme d'un liquide pur ou dans une solution de deaclin et obtenus taille 10-20nm nanoparticules de fer amorphe. En général, un mélange sursaturé commence à former des particules solides d'un matériau hautement concentré. Ultrasonication permet d'améliorer le mélange des pré-curseurs et augmente le transfert de masse à la surface des particules. Cela conduit à de plus petite taille des particules et l'uniformité plus élevée.
UIP2000hdTun puissant ultrasonateur de 2 kW pour disperser les TNTC.
Fonctionnalisation de surface par ultrasons
De nombreux nanomatériaux, comme des oxydes métalliques, Encre à jet d'encre et des pigments de toner, ou des charges pour des performances revêtements, Exiger fonctionnalisation de surface. Afin de fonctionnaliser la surface totale de chaque particule individuelle, une bonne méthode de dispersion est nécessaire. Lorsqu'il est dispersé, les particules sont généralement entourés par une couche limite de molécules attirés à la surface des particules. Pour de nouveaux groupes fonctionnels pour arriver à la surface des particules, cette couche limite doit être brisé ou enlevé. Les jets de liquide résultant de la cavitation ultrasonore peut atteindre des vitesses allant jusqu'à 1000 km / h. Ce stress aide à surmonter les forces d'attraction et transporte les molécules fonctionnelles à la surface des particules. Dans sonochimie, Cet effet est utilisé pour améliorer les performances des catalyseurs dispersés.
Ultrasons avant la taille des particules de mesure
Ultrasons d'échantillons améliore la précision de taille de particules ou de mesure de morphologie. Le nouveau SonoStep combine les ultrasons, l'agitation et le pompage d'échantillons dans un design compact. Il est facile à utiliser et peut être utilisé pour fournir des échantillons traités par ultrasons à des dispositifs analytiques, tels que des analyseurs de taille de particules. L'intense sonication aide à disperser des particules agglomérées conduisant à des résultats plus cohérents.Cliquez ici pour en lire plus!
Traitement par ultrasons pour le laboratoire et l'échelle de production
processeurs à ultrasons et les cellules de flux pour désagglomération et la dispersion sont disponibles pour Laboratoire et Production niveau. Les systèmes industriels peuvent facilement être modernisés pour travailler en ligne. Pour la recherche et le développement processus, nous vous recommandons d'utiliser la UIP1000hd (1000 watts).
Hielscher offre une large gamme d'appareils à ultrasons et accessoires pour la dispersion efficace des nanomatériaux, par exemple dans des peintures, des encres et des revêtements.
- appareils de laboratoire compacts jusqu'à 400 watts de puissance.
Ces dispositifs sont principalement utilisés pour la préparation des échantillons ou des études de faisabilité initiales et sont disponibles à la location. - 500 et 1000 et 2000 watts processeurs à ultrasons comme le UIP1000hd ensemble avec cellule d'écoulement et diverses cornes de rappel et sonotrodes peut traiter des courants de plus grand volume.
Les appareils de ce genre sont utilisés dans l'optimisation des paramètres (comme: amplitude, pression, débit, etc.) dans paillasse ou à l'échelle de l'usine pilote. - processeurs à ultrasons de 2kW, 4 kW, 10 kW et 16 kW et des agrégats de taille de plusieurs de ces unités peuvent traiter des flux de volume de production à presque tous les niveaux.
Des équipements de banc sont disponibles à la location à de bonnes conditions pour effectuer des essais de processus. Les résultats de ces essais peuvent être mis à l'échelle linéaire au niveau de la production, ce qui réduit les risques et les coûts liés au développement du processus. Nous serons heureux de vous aider en ligne, par téléphone ou personnellement. Veuillez trouver nos adresses ici, Ou utiliser le formulaire ci-dessous.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:
| lot Volume | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500 ml | 10 à 200 ml / min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 20L | 00,2 à 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 à 100l | 2 à 10 L / min | UIP4000hdT |
| n / a. | 10 à 100 litres / min | UIP16000 |
| n / a. | plus grand | groupe de UIP16000 |
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Nanomatériaux – Informations d'arrière-plan
Nanomatériaux sont des matériaux de moins de 100 nm en taille. Ils progressent rapidement dans les formulations de peintures, encres et revêtements. Nanomatériaux se divisent en trois grandes catégories: les oxydes métalliques, nanocomposites, et des nanotubes de carbone. des nanoparticules d'oxyde de métal, comprennent l'oxyde de zinc à l'échelle nanométrique, de l'oxyde de titane, l'oxyde de fer, l'oxyde de cérium et d'oxyde de zirconium, ainsi que des composés métalliques mixtes tels que l'oxyde d'indium-étain et le zirconium et le titane, ainsi que des composés métalliques mixtes tels que l'indium oxyde TiN. Cette petite question a un impact sur de nombreuses disciplines telles que la physique, Chimie et la biologie. Dans les nanomatériaux de peintures et de revêtements décoratifs répondre aux besoins (par exemple de couleur et de brillance), à des fins fonctionnelles (par exemple la conductivité, l'inactivation microbienne) et d'améliorer la protection (par exemple la résistance aux rayures, la stabilité UV) des peintures et des revêtements. Dans nano-taille particulière métal-oxydes, tels que TiO2 et ZnO ou de l'alumine, oxyde de cérium et silice et les pigments nanométriques trouvent leur application dans de nouvelles formulations de peinture et revêtement.
Lorsque la matière est réduite en taille, il modifie ses caractéristiques, telles que la couleur et l'interaction avec d'autres matières telles que la réactivité chimique. La modification des caractéristiques est provoquée par la modification des propriétés électroniques. Par le réduction de taille de particules, la surface du matériau est augmentée. Pour cette raison, un pourcentage plus élevé d'atomes peut interagir avec d'autres matières, par exemple avec la matrice de résines.
L'activité de surface est un aspect clé des nanomatériaux. L'agglomération et l'agrégation bloquent la surface de contact avec d'autres matières. Seules des particules bien dispersées ou à dispersion unique permettent d'utiliser tout le potentiel bénéfique de la matière. En résultat, une bonne dispersion réduit la quantité de nanomatériaux nécessaire pour obtenir les mêmes effets. Comme la plupart des nanomatériaux sont encore assez chers, cet aspect est d'une grande importance pour la commercialisation des formulations de produits contenant des nanomatériaux. Aujourd'hui, de nombreux nanomatériaux sont produits à sec. En conséquence, les particules doivent être mélangées dans des formulations liquides. C'est là que la plupart des nanoparticules forment des agglomérats pendant le mouillage. Notamment des nanotubes de carbone sont très cohésif qui rend difficile de les disperser dans des liquides tels que l'eau, l'éthanol, l'huile, un polymère ou une résine époxy. des dispositifs de traitement classiques, par exemple mélangeurs à cisaillement élevé ou à rotor-stator, des homogénéisateurs à haute pression ou des broyeurs colloïdaux et disques sont en deçà de la séparation des nanoparticules dans des particules discrètes. En particulier pour une petite affaire de quelques nanomètres à quelques microns, cavitation à ultrasons est très efficace pour briser agglomérats, des agrégats et même primaires. Lorsque ultrasons est utilisé pour la fraisage des lots de concentration élevés, les flux de jets de liquide résultant de la cavitation ultrasonore, rendent les particules entrent en collision les uns avec les autres à des vitesses allant jusqu'à 1000 kmh. Cela brise van der Waals en agglomérats et même les particules primaires.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs ultrasoniques à haute performance pour des applications de mélange, de dispersion, d'émulsification et d'extraction à l'échelle du laboratoire, du pilote et de l'industrie.