Dispersion fiable de nanoparticules pour les applications industrielles

L'ultrasonication à haute puissance peut briser efficacement et de manière fiable les agglomérats de particules et même désintégrer les particules primaires. En raison de ses performances de dispersion élevées, les ultrasons de type sonde sont utilisés comme méthode privilégiée pour créer des suspensions de nanoparticules homogènes.

Dispersion fiable des nanoparticules par ultrasonication

Ultrasonic dispersion is highly efficient in dispersing and deagglomerating nanoparticles.De nombreuses industries nécessitent la préparation de suspensions chargées de nanoparticules. Les nanoparticules sont des solides dont la taille est inférieure à 100 nm. En raison de la taille minuscule des particules, les nanoparticules expriment des propriétés uniques telles qu'une résistance exceptionnelle, une dureté, des caractéristiques optiques, une ductilité, une résistance aux UV, une conductivité, des propriétés électriques et électromagnétiques (EM), une anticorrosion, une résistance aux rayures et d'autres caractéristiques extraordinaires.
Les ultrasons de haute intensité et de basse fréquence créent une cavitation acoustique intense, qui se caractérise par des conditions extrêmes telles que des forces de cisaillement, des différentiels de pression et de température très élevés et des turbulences. Ces forces de cavitation accélèrent les particules, provoquant des collisions interparticulaires et par conséquent l'éclatement des particules. On obtient ainsi des matériaux nanostructurés présentant une courbe granulométrique étroite et une distribution uniforme.
L'équipement de dispersion par ultrasons convient pour traiter tout type de nanomatériaux dans l'eau et les solvants organiques, avec des viscosités faibles à très élevées.

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Ultrasonic dispersion is a highly efficient technology for detangling and deagglomerating nanoparticles. Therefore, ultrasonicators from Hielscher Ultrasonics are widely used in industry to produce larger-scale nanodispersions and nano-structured suspensions.

Installation industrielle de disperseurs à ultrasons (2x UIP1000hdT) pour le traitement des nanoparticules et des nanotubes en mode continu en ligne.

La dispersion par ultrasons convient pour

  • nanoparticules
  • Ultrasonic dispersion and deagglomeration is a high-performance process to produce stable, nano-sized carbon black dispersions.

  • particules ultrafines
  • nanotubes
  • nanocristaux
  • nanocomposites
  • nanofibres
  • points quantiques
  • nanoplaquettes, nanoplaquettes
  • nanorods, nanofils
  • Nanostructures 2D et 3D

Dispersion ultrasonique de nanotubes de carbone

Les disperseurs à ultrasons sont largement utilisés pour la dispersion des nanotubes de carbone (CNT). La sonication est une méthode fiable pour démêler et disperser les nanotubes de carbone à paroi simple (SWCNT) ainsi que les nanotubes de carbone à paroi multiple (MWCNT). Par exemple, afin de produire un polymère thermoplastique hautement conducteur, des Nanocyl® 3100 (MWCNTs ; diamètre externe 9,5 nm ; pureté 95 +%) de haute pureté (> 95%) ont été dispersés par ultrasons avec le Hielscher UP200S pendant 30 minutes à température ambiante. Les MWCNTs Nanocyl® 3100 dispersés par ultrasons à une concentration de 1% p/p dans la résine époxy ont montré une conductivité supérieure d'environ 1,5 × 10-2 S /m.

Dispersion ultrasonique de nanoparticules de nickel

Les nanoparticules de nickel peuvent être produites avec succès par la synthèse de réduction de l'hydrazine assistée par ultrasons. La voie de synthèse par réduction de l'hydrazine permet de préparer des nanoparticules de nickel métallique pur de forme sphérique par réduction chimique du chlorure de nickel avec de l'hydrazine. Le groupe de recherche d'Adám a démontré que l'ultrasonication – en utilisant le Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – a pu maintenir une taille moyenne des cristallites primaires (7-8 nm) indépendamment de la température appliquée, tandis que l'utilisation de périodes de sonication intenses et plus courtes a pu réduire les diamètres solvodynamiques des particules secondaires et agrégées de 710 nm à 190 nm en l'absence de tout tensioactif. L'acidité et l'activité catalytique les plus élevées ont été mesurées pour les nanoparticules préparées par un traitement ultrasonique doux (30 W de puissance de sortie) et continu. Le comportement catalytique des nanoparticules a été testé dans une réaction de couplage croisé de Suzuki-Miyaura sur cinq échantillons préparés de manière conventionnelle et par ultrasons. Les catalyseurs préparés par ultrasons ont généralement donné de meilleurs résultats, et l'activité catalytique la plus élevée a été mesurée sur les nanoparticules préparées par sonication continue à faible puissance (30 W).
Le traitement par ultrasons a eu des effets cruciaux sur la tendance à l'agrégation des nanoparticules : l'influence de la défragmentation des vides de cavitation détruits avec le transfert de masse vigoureux a pu surmonter l'attraction électrostatique des vides de cavitation détruits avec le transfert de masse vigoureux a pu surmonter l'attraction électrostatique et les forces de van der Waals entre les particules.
(cf. Adám et al. 2020)

The ultrasonic homogenization setup SonoStation consists of ultrasonic disperser, agitator, pump and tank. It is a complete turn-key setup for mixing applications.

SonoStation – Système de dispersion par ultrasons comprenant un agitateur, un réservoir et une pompe. La SonoStation est un système prêt à l'emploi confortable pour les volumes moyens et importants.

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Synthèse par ultrasons de nanoparticules de wollastonite

La wollastonite est un minéral inosilicate de calcium dont la formule chimique est CaSiO3. La wollastonite est largement utilisée comme composant pour la production de ciment, de verre, de briques et de tuiles dans l'industrie de la construction, comme fondant dans le moulage de l'acier ainsi que comme additif dans la fabrication de revêtements et de peintures. Par exemple, la wollastonite apporte un renforcement, un durcissement, une faible absorption d'huile et d'autres améliorations. Afin d'obtenir d'excellentes propriétés de renforcement de la wollastonite, la désagglomération à l'échelle nanométrique et la dispersion uniforme sont essentielles.
Dordane et Doroodmand (2021) ont démontré dans leurs études que la dispersion par ultrasons est un facteur très important qui influe de façon significative sur la taille et la morphologie des nanoparticules de wollastonite. Pour évaluer la contribution de la sonication sur la nanodispersion de la wollastonite, l'équipe de recherche a synthétisé des nanoparticules de wollastonite avec et sans l'application d'ultrasons de forte puissance. Pour leurs essais de sonication, les chercheurs ont utilisé l'appareil processeur ultrasonique UP200H (Hielscher Ultrasonics) avec une fréquence de 24 kHz pendant 45,0 min. Les résultats de la nano-dispersion par ultrasons sont montrés dans le SEM haute résolution ci-dessous. L'image SEM montre clairement que l'échantillon de wollastonite avant le traitement par ultrasons est aggloméré et agrégé ; après la sonication avec l'ultrasonateur UP200H, la taille moyenne des particules de wollastonite est d'environ 10nm. Cette étude démontre que la dispersion par ultrasons est une technique fiable et efficace pour synthétiser des nanoparticules de wollastonite. La taille moyenne des nanoparticules peut être contrôlée en ajustant les paramètres de traitement par ultrasons.
(cf. Dordane et Doroodmand, 2021)

Ultrasonically prepared nanoparticles of wollastonite.

Images MEB des nanoparticules de wollastonite (A) avant et (B) après ultrasonication en utilisant le procédé Sonificateur UP200H pendant 45,0 minutes.
Étude et photo : ©Dordane et Doroodmand, 2021.

Dispersion ultrasonique de nanocharges

La sonication est une méthode polyvalente pour disperser et désagglomérer les nanocharges dans les liquides et les boues, par exemple les polymères, les résines époxy, les durcisseurs, les thermoplastiques, etc. Par conséquent, la sonification est largement utilisée comme une méthode de dispersion très efficace dans les procédés de R&D et la production industrielle.
Zanghellini et al. (2021) ont étudié la technique de dispersion par ultrasons des nanocharges dans la résine époxy. Il a pu démontrer que la sonication était capable de disperser des concentrations faibles et élevées de nanocharges dans une matrice polymère.
En comparant les différentes formulations, les NTC oxydés à 0,5% en poids ont montré les meilleurs résultats de tous les échantillons soniqués, révélant des distributions de taille de la plupart des agglomérats dans une gamme comparable à celle des échantillons produits par le laminoir à trois cylindres, une bonne liaison au durcisseur, la formation d'un réseau de percolation à l'intérieur de la dispersion, ce qui indique une stabilité contre la sédimentation et donc une bonne stabilité à long terme. Des quantités plus importantes de charges ont donné des résultats tout aussi bons, mais aussi la formation de réseaux internes plus prononcés ainsi que d'agglomérats un peu plus gros. Même les nanofibres de carbone (CNF) ont pu être dispersées avec succès par sonication. La dispersion directe par US des nanocharges dans les systèmes de durcisseurs sans solvants supplémentaires a été réalisée avec succès, et peut donc être considérée comme une méthode applicable pour une dispersion simple et directe avec un potentiel d'utilisation industrielle. (cf. Zanghellini et al., 2021)

Ultrasonic dispersion is highly efficient in dispersing nanofillers into polymers and epoxy resins.

Comparaison de différentes nanocharges dispersées dans le durcisseur à l'aide d'une ultrasonication de type sonde) : (a) 0,5 % en poids de nanofibre de carbone (CNF) ; (b) 0,5 % en poids de CNToxid ; (c) 0,5 % en poids de nanotube de carbone (CNT) ; (d) 0,5 % en poids de CNT semi-dispersé.
Étude et photo : ©Zanghellini et al., 2021

Dispersion ultrasonique des nanoparticules – Une supériorité scientifiquement prouvée

La recherche montre dans de nombreuses études sophistiquées que la dispersion par ultrasons est l'une des techniques supérieures pour désagglomérer et distribuer les nanoparticules même à haute concentration dans les liquides. Par exemple, Vikash (2020) a étudié la dispersion de fortes charges de nano-silice dans des liquides visqueux en utilisant le disperseur ultrasonique Hielscher UP400S. Dans son étude, il arrive à la conclusion que "la dispersion stable et uniforme des nanoparticules peut être obtenue en utilisant un dispositif d'ultra-sonication à des charges solides élevées dans des liquides visqueux." [Vikash, 2020]

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Les disperseurs de Hielscher Ultrasonics sont utilisés avec succès pour :

  • Dispersion
  • Désagglomeration
  • Désintégration / Broyage
  • réduction de taille de particules
  • Synthèse et précipitation des nanoparticules
  • Fonctionnalisation de la surface
  • Modification des particules

Processeurs ultrasoniques à haute performance pour la dispersion des nanoparticules

Contrôle précis des paramètres du processus ultrasonore par Hielscher Ultrasonics' logiciels intelligentsHielscher Ultrasonics est votre fournisseur de confiance pour des équipements ultrasoniques fiables et performants, du laboratoire et des systèmes pilotes aux systèmes industriels complets. Hielscher Ultrasons’ Les appareils sont dotés d'un matériel sophistiqué, de logiciels intelligents et d'une convivialité exceptionnelle. – conçus et fabriqués en Allemagne. Les machines à ultrasons robustes de Hielscher pour la dispersion, la désagglomération, la synthèse et la fonctionnalisation des nanoparticules peuvent fonctionner 24/7/365 à pleine charge. En fonction de votre procédé et de votre installation de production, nos ultrasons peuvent être utilisés en mode batch ou en mode continu en ligne. Divers accessoires tels que des sonotrodes (sondes ultrasoniques), des cornes d'amplification, des cellules d'écoulement et des réacteurs sont facilement disponibles.
Contactez-nous dès maintenant pour obtenir plus d'informations techniques, des études scientifiques, des protocoles et un devis pour nos systèmes de nano-dispersion par ultrasons ! Notre personnel bien formé et expérimenté se fera un plaisir de discuter avec vous de votre nano-application !

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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Veuillez utiliser le formulaire ci-dessous pour demander des informations supplémentaires sur les processeurs à ultrasons, les applications et le prix. Nous serons heureux de discuter avec vous de votre processus et de vous proposer un système à ultrasons répondant à vos besoins !









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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

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.



Littérature / Références


Qu'il faut savoir

Que sont les matériaux nanostructurés ?

Une nanostructure est définie lorsqu'au moins une dimension d'un système est inférieure à 100 nm. En d'autres termes, une nanostructure est une structure caractérisée par sa taille intermédiaire entre l'échelle microscopique et l'échelle moléculaire. Afin de décrire correctement une nanostructure, il est nécessaire de différencier le nombre de dimensions du volume d'un objet qui sont à l'échelle nanométrique.
Vous trouverez ci-dessous quelques termes importants qui reflètent les caractéristiques spécifiques des matériaux nanostructurés :
À l'échelle nanométrique : Taille d'environ 1 à 100 nm.
Nanomatériau : Matériau présentant des structures internes ou externes à l'échelle nanométrique. Les termes nanoparticule et particule ultrafine (UFP) sont souvent utilisés comme synonymes, bien que les particules ultrafines puissent avoir une taille qui atteint le micromètre.
Nano-objet : Matériau qui possède une ou plusieurs dimensions périphériques à l'échelle nanométrique. Nanoparticule : Nano-objet possédant trois dimensions externes à l'échelle nanométrique.
Nanofibre : Lorsque deux dimensions extérieures similaires à l'échelle nanométrique et une troisième dimension plus grande sont présentes dans un nanomatériau, on parle de nanofibre.
Nanocomposite : Structure multiphase avec au moins une phase à l'échelle nanométrique.
Nanostructure : Composition d'éléments constitutifs interconnectés dans la région nanométrique.
Matériaux nanostructurés : Matériaux contenant une nanostructure interne ou de surface.
(cf. Jeevanandam et al., 2018)


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance à partir d'une technologie de pointe. laboratoires à taille industrielle.