ઔદ્યોગિક ઉપયોગો માટે વિશ્વસનીય નેનોકણ વિખેરણ

ઉચ્ચ શક્તિવાળું અલ્ટ્રાસોનિકેશન કણોના સમૂહોને કાર્યક્ષમ અને વિશ્વસનીય રીતે તોડી શકે છે અને પ્રાથમિક કણોનું પણ વિઘટન કરી શકે છે. તેમની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળી વિખેરણ ક્ષમતાને કારણે, સમાંગી નેનોકણ સસ્પેન્શન બનાવવા માટે પ્રોબ પ્રકારનાં અલ્ટ્રાસોનિકેટરોનો પસંદગીની પદ્ધતિ તરીકે ઉપયોગ થાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા વિશ્વસનીય નેનોકણ વિખેરણ

ઘણા ઉદ્યોગોમાં નેનોકણોથી ભરપૂર સસ્પેન્શન તૈયાર કરવાની જરૂર પડે છે. નેનોકણો એવા ઘન પદાર્થો છે જેમનું કણકદ 100nm કરતાં ઓછું હોય છે. અત્યંત સૂક્ષ્મ કણકદને કારણે, નેનોકણો અસાધારણ મજબૂતાઈ, કઠિનતા, પ્રકાશીય લક્ષણો, તન્યતા, UV પ્રતિકાર, વાહકતા, વિદ્યુતીય અને વિદ્યુતચુંબકીય (EM) ગુણધર્મો, કાટ પ્રતિકાર, ઉઝરડા પ્રતિકાર અને અન્ય અસાધારણ લાક્ષણિકતાઓ જેવા અનન્ય ગુણધર્મો દર્શાવે છે.
ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા, ઓછી આવૃત્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી તીવ્ર ધ્વનિક કેવિટેશન સર્જાય છે, જે શિયર બળો, દબાણ અને તાપમાનમાં અત્યંત મોટા તફાવતો તથા પ્રક્ષુબ્ધતા જેવી આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓથી લાક્ષણિક બને છે. આ કેવિટેશન બળો કણોને વેગ આપે છે, જેથી કણો વચ્ચે અથડામણો થાય છે અને પરિણામે કણો તૂટી જાય છે. પરિણામે, સાંકડા કણકદ વક્ર અને એકસમાન વિતરણ ધરાવતી નેનોસંરચિત સામગ્રીઓ પ્રાપ્ત થાય છે.
અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ ઉપકરણો પાણી અને કાર્બનિક દ્રાવકોમાં, ઓછીથી અત્યંત ઊંચી શ્યાનતા ધરાવતી પરિસ્થિતિઓમાં, કોઈપણ પ્રકારની નેનોસામગ્રી પર પ્રક્રિયા કરવા માટે યોગ્ય છે.

કાર્બન નેનોટ્યુબનું અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ

કાર્બન નેનોટ્યુબ (CNTs) ને વિખેરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક ડિસ્પર્સરોનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. એક દિવાલવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ (SWCNTs) તેમજ બહુવિધ દિવાલોવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ (MWCNTs) ની ગૂંચ ઉકેલવા અને તેમને વિખેરવા માટે સોનિકેશન એક વિશ્વસનીય પદ્ધતિ છે. ઉદાહરણ તરીકે, અત્યંત વાહક થર્મોપ્લાસ્ટિક પોલિમર બનાવવા માટે, ઉચ્ચ શુદ્ધતાવાળા (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs; બાહ્ય વ્યાસ 9.5 nm; શુદ્ધતા 95 +%) ને ઓરડાના તાપમાને 30min. સુધી Hielscher UP200S વડે અલ્ટ્રાસોનિક રીતે વિખેરવામાં આવ્યા છે. ઇપોક્સી રેઝિનમાં 1% w/w સાંદ્રતાએ અલ્ટ્રાસોનિક રીતે વિખેરાયેલા Nanocyl® 3100 MWCNTs એ આશરે 1.5 × 10-2 S /m ની શ્રેષ્ઠ વાહકતા દર્શાવી.

નિકલ નેનોકણોનું અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ

અલ્ટ્રાસોનિક સહાયિત હાઇડ્રેઝિન અપચય સંશ્લેષણ દ્વારા નિકલ નેનોકણોનું સફળતાપૂર્વક ઉત્પાદન કરી શકાય છે. હાઇડ્રેઝિન અપચય સંશ્લેષણ પદ્ધતિ હાઇડ્રેઝિન વડે નિકલ ક્લોરાઇડના રાસાયણિક અપચય દ્વારા ગોળાકાર આકારના શુદ્ધ ધાત્વિક નિકલ નેનોકણો તૈયાર કરવાનું શક્ય બનાવે છે. Adám ના સંશોધન જૂથે દર્શાવ્યું કે આ ઉપકરણનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવેલું અલ્ટ્રાસોનિકેશન – Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – લાગુ કરાયેલા તાપમાનથી સ્વતંત્ર રીતે પ્રાથમિક ક્રિસ્ટલાઇટનું સરેરાશ કદ (7–8 nm) જાળવી શક્યું હતું, જ્યારે તીવ્ર અને ટૂંકા સોનિકેશન સમયગાળાના ઉપયોગથી કોઈપણ સર્ફેક્ટન્ટની ગેરહાજરીમાં દ્વિતીયક, એકત્રિત કણોના સોલ્વોડાયનેમિક વ્યાસ 710 nm થી ઘટાડીને 190 nm કરી શકાયા હતા. હળવી (30 W આઉટપુટ પાવર) અને સતત અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સારવાર દ્વારા તૈયાર કરાયેલા નેનોકણો માટે સૌથી વધુ અમ્લતા અને ઉત્પ્રેરક સક્રિયતા માપવામાં આવી હતી. પરંપરાગત તેમજ અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિઓથી તૈયાર કરાયેલા પાંચ નમૂનાઓ પર Suzuki-Miyaura ક્રોસ-કપલિંગ પ્રતિક્રિયામાં નેનોકણોના ઉત્પ્રેરક વર્તનનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તૈયાર કરાયેલા ઉત્પ્રેરકોએ સામાન્ય રીતે વધુ સારું પ્રદર્શન કર્યું હતું, અને ઓછી શક્તિના (30 W) સતત સોનિકેશન હેઠળ તૈયાર કરાયેલા નેનોકણોમાં સૌથી વધુ ઉત્પ્રેરક સક્રિયતા માપવામાં આવી હતી.
અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સારવારની નેનોકણોની એકત્રીકરણની વૃત્તિ પર નિર્ણાયક અસરો થઈ હતી: જોરદાર દળ સ્થાનાંતરણ સાથે નાશ પામેલા કેવિટેશન પોલાણોનો ડિફ્રેગમેન્ટેશન પ્રભાવ નાશ પામેલા કેવિટેશન પોલાણોના આકર્ષક સ્થિરવિદ્યુતીયને જોરદાર દળ સ્થાનાંતરણ સાથે વટાવી શકતો હતો અને કણો વચ્ચેના આકર્ષક સ્થિરવિદ્યુતીય અને વાન ડર વાલ્સ બળોને વટાવી શકતો હતો.
(જુઓ Adám et al. 2020)

વોલાસ્ટોનાઇટ નેનોકણોનું અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ

વોલાસ્ટોનાઇટ એક કેલ્શિયમ ઇનોસિલિકેટ ખનિજ છે જેનું રાસાયણિક સૂત્ર CaSiO3 છે વોલાસ્ટોનાઇટનો બાંધકામ ઉદ્યોગમાં સિમેન્ટ, કાચ, ઈંટ અને ટાઇલના ઉત્પાદન માટેના ઘટક તરીકે, સ્ટીલના ઢાળકામમાં ફ્લક્સ તરીકે તેમજ કોટિંગ અને રંગોના ઉત્પાદનમાં ઉમેરણ તરીકે વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, વોલાસ્ટોનાઇટ મજબૂતીકરણ, કઠિનીકરણ, તેલનું ઓછું શોષણ અને અન્ય સુધારાઓ પ્રદાન કરે છે. વોલાસ્ટોનાઇટના ઉત્તમ મજબૂતીકરણ ગુણધર્મો મેળવવા માટે નેનો સ્તરે કણસમૂહોનું વિઘટન અને એકસમાન વિખેરણ આવશ્યક છે.
Dordane અને Doroodmand (2021) એ તેમના અભ્યાસોમાં દર્શાવ્યું હતું કે અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ એક ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે જે વોલાસ્ટોનાઇટ નેનોકણોના કદ અને આકારરચનાને નોંધપાત્ર રીતે પ્રભાવિત કરે છે. વોલાસ્ટોનાઇટના નેનો-વિખેરણમાં સોનિકેશનના યોગદાનનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે સંશોધન ટીમે ઉચ્ચ શક્તિના અલ્ટ્રાસોનિક્સના ઉપયોગ સાથે અને તેના વિના વોલાસ્ટોનાઇટ નેનોકણોનું સંશ્લેષણ કર્યું હતું. તેમના સોનિકેશન પ્રયોગો માટે સંશોધકોએ અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર UP200H (Hielscher Ultrasonics) નો ઉપયોગ 24 kHz ની આવૃત્તિએ 45.0 min. સુધી કર્યો હતો. અલ્ટ્રાસોનિક નેનો-વિખેરણનાં પરિણામો નીચેની ઉચ્ચ રિઝોલ્યુશનવાળી SEM છબીમાં દર્શાવ્યાં છે. SEM છબી સ્પષ્ટપણે દર્શાવે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર પહેલાં વોલાસ્ટોનાઇટના નમૂનામાં કણસમૂહીકરણ અને એકત્રીકરણ થયેલું છે; UP200H અલ્ટ્રાસોનિકેટર વડે સોનિકેશન કર્યા પછી વોલાસ્ટોનાઇટ કણોનું સરેરાશ કદ આશરે 10nm છે. આ અભ્યાસ દર્શાવે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ વોલાસ્ટોનાઇટ નેનોકણોનું સંશ્લેષણ કરવાની વિશ્વસનીય અને કાર્યક્ષમ તકનીક છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાનાં પરિમાણોને સમાયોજિત કરીને નેનોકણોના સરેરાશ કદને નિયંત્રિત કરી શકાય છે.
(જુઓ Dordane અને Doroodmand, 2021)

વોલાસ્ટોનાઇટ નેનોકણોની SEM છબીઓ: (A) અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર પહેલાં અને (B) અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર UP200H નો ઉપયોગ કરીને 45.0 min. સુધી અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર આપ્યા પછી.
અભ્યાસ અને છબી: ©Dordane અને Doroodmand, 2021.

અલ્ટ્રાસોનિક નેનોફિલર વિખેરણ

પ્રવાહીઓ અને સ્લરીઓ, જેમ કે પોલિમર, ઇપોક્સી રેઝિન, હાર્ડનર, થર્મોપ્લાસ્ટિક વગેરેમાં નેનોફિલરનું વિક્ષેપણ કરવા અને તેમના કણસમૂહોને છૂટા પાડવા માટે સોનિકેશન એક બહુમુખી પદ્ધતિ છે. તેથી, સંશોધન અને વિકાસ તથા ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં અત્યંત કાર્યક્ષમ વિક્ષેપણ પદ્ધતિ તરીકે સોનિકેશનનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે.
Zanghellini અને સહલેખકો (2021)એ ઇપોક્સી રેઝિનમાં નેનોફિલર માટેની અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપણ તકનીકનો અભ્યાસ કર્યો. તેઓ દર્શાવી શક્યા કે સોનિકેશન દ્વારા પોલિમર મેટ્રિક્સમાં ઓછી અને ઊંચી સાંદ્રતાવાળા નેનોફિલરનું વિક્ષેપણ કરી શકાય છે.
વિવિધ ફોર્મ્યુલેશનની સરખામણી કરતાં, 0.5 wt% ઓક્સિડાઇઝ્ડ CNTએ સોનિકેશન કરેલા તમામ નમૂનાઓમાં શ્રેષ્ઠ પરિણામો દર્શાવ્યાં. તેમાં મોટાભાગના કણસમૂહોનું કદ વિતરણ થ્રી-રોલ મિલ દ્વારા તૈયાર કરાયેલા નમૂનાઓની તુલનાત્મક શ્રેણીમાં હતું, હાર્ડનર સાથે સારું બંધન હતું અને વિક્ષેપણની અંદર પરકોલેશન નેટવર્કની રચના થઈ હતી, જે અવસાદન સામે સ્થિરતા અને તેથી યોગ્ય લાંબા ગાળાની સ્થિરતા સૂચવે છે. ફિલરની વધુ માત્રાએ પણ એવાં જ સારાં પરિણામો દર્શાવ્યાં, પરંતુ તેની સાથે વધુ સ્પષ્ટ આંતરિક નેટવર્ક તથા થોડા મોટા કણસમૂહો પણ રચાયા. કાર્બન નેનોફાઇબર (CNF)નું પણ સોનિકેશન દ્વારા સફળતાપૂર્વક વિક્ષેપણ કરી શકાયું. વધારાના દ્રાવકો વિના હાર્ડનર પ્રણાલીઓમાં નેનોફિલરનું સીધું અલ્ટ્રાસોનિક (US) વિક્ષેપણ સફળતાપૂર્વક પ્રાપ્ત થયું, અને તેથી તેને ઔદ્યોગિક ઉપયોગની સંભાવના ધરાવતી સરળ અને સીધી વિક્ષેપણ પદ્ધતિ તરીકે ગણી શકાય છે. (જુઓ Zanghellini અને સહલેખકો, 2021)
 

હાર્ડનરમાં વિક્ષેપિત વિવિધ નેનોફિલરની સરખામણી (અલ્ટ્રાસોનિકેશન–US): (a) 0.5 wt% કાર્બન નેનોફાઇબર (CNF); (b) 0.5 wt% CNToxi; (c) 0.5 wt% કાર્બન નેનોટ્યૂબ (CNT); (d) 0.5 wt% અંશતઃ વિક્ષેપિત CNT.
(અભ્યાસ અને ચિત્ર: © Zanghellini અને સહલેખકો, 2021)

નેનોકણોનું અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપણ – વૈજ્ઞાનિક રીતે સાબિત થયેલી શ્રેષ્ઠતા

અસંખ્ય સુવિકસિત અભ્યાસોમાં સંશોધન દર્શાવે છે કે પ્રવાહીઓમાં ઊંચી સાંદ્રતા હોય ત્યારે પણ નેનોકણોના કણસમૂહોને છૂટા પાડવા અને નેનોકણોને વિતરિત કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપણ શ્રેષ્ઠ તકનીકોમાંની એક છે. ઉદાહરણ તરીકે, Vikash (2020)એ Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપક UP400Sનો ઉપયોગ કરીને શ્યાન પ્રવાહીઓમાં નેનો-સિલિકાની ઊંચી માત્રાના વિક્ષેપણનો અભ્યાસ કર્યો. તેમના અભ્યાસમાં તેઓ આ નિષ્કર્ષ પર આવે છે કે “શ્યાન પ્રવાહીઓમાં ઘન પદાર્થની ઊંચી માત્રા હોય ત્યારે અલ્ટ્રાસોનિકેશન ઉપકરણનો ઉપયોગ કરીને નેનોકણોનું સ્થિર અને એકસમાન વિક્ષેપણ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.” [Vikash, 2020]

નેનોકણોના વિક્ષેપણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર

પ્રયોગશાળા અને પાઇલટથી લઈને સંપૂર્ણ ઔદ્યોગિક પ્રણાલીઓ સુધીનાં વિશ્વસનીય, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળાં અલ્ટ્રાસોનિક સાધનો માટે Hielscher Ultrasonics તમારો વિશ્વાસપાત્ર પુરવઠાકર્તા છે. Hielscher Ultrasonicsનાં ઉપકરણોમાં સુવિકસિત હાર્ડવેર, સ્માર્ટ સોફ્ટવેર અને ઉપયોગમાં ઉત્કૃષ્ટ સરળતા છે – તેમનું ડિઝાઇન અને ઉત્પાદન જર્મનીમાં થાય છે. વિક્ષેપણ, કણસમૂહોને છૂટા પાડવા, નેનોકણોના સંશ્લેષણ અને કાર્યાત્મકકરણ માટેનાં Hielscherનાં મજબૂત અલ્ટ્રાસોનિક મશીનો સંપૂર્ણ ભાર હેઠળ 24/7/365 ચલાવી શકાય છે. તમારી પ્રક્રિયા અને તમારી ઉત્પાદન સુવિધાના આધારે, અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર બેચ અથવા સતત ઇન-લાઇન મોડમાં ચલાવી શકાય છે. સોનોટ્રોડ (અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ), બૂસ્ટર હોર્ન, ફ્લો સેલ અને રિએક્ટર જેવી વિવિધ સહાયક સામગ્રી સહેલાઈથી ઉપલબ્ધ છે.
અમારી અલ્ટ્રાસોનિક નેનો-વિક્ષેપણ પ્રણાલીઓ વિશે વધુ તકનીકી માહિતી, વૈજ્ઞાનિક અભ્યાસો, પ્રોટોકોલ અને ભાવપત્રક મેળવવા માટે હમણાં જ અમારો સંપર્ક કરો! અમારો સુપ્રશિક્ષિત અને લાંબા અનુભવવાળો કર્મચારીવર્ગ તમારી નેનો-એપ્લિકેશન વિશે તમારી સાથે ચર્ચા કરવામાં આનંદ અનુભવશે!

નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે: