ננו-יהלומים מפוזרים בתרחיף מימי עם סוניקציה
פיזור ננו-יהלום יעיל ומיוצר במהירות באמצעות מפיצים על-קוליים. פירוק קולי ופיזור של ננו-יהלומים יכול להתבצע באופן אמין בתרחיף מימי. טכניקת הפיזור העל-קולי משתמשת במלח לשינוי pH ולכן היא טכניקה קלה, זולה ונטולת מזהמים, שניתן להשתמש בה בקלות בקנה מידה תעשייתי.
ננו-יהלומים יכולים להיות יעילים ומפוזרים בצורה אמינה באמצעות אולטרסאונד Hielscher.
כורי זרימה על-קוליים לייצור תעשייתי מוטבע של תרחיפים ננו-יהלומים מימיים.
כיצד פועל כרסום קולי ופיזור של ננו-יהלומים?
פיזור על-קולי משתמש בננו-יהלומים עצמם כאמצעי כרסום. קוויטציה אקוסטית הנוצרת על ידי גלי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה יוצרת הזרמת נוזלים במהירות גבוהה. זרמים נוזליים אלה מאיצים את החלקיקים (למשל, יהלומים) בתרחיף כך שהחלקיקים מתנגשים במהירות של עד 280 ק"מ לשנייה ומתנפצים לחלקיקים זעירים בגודל ננומטרי. זה הופך את הטחינה והפיזור העל-קוליים לטכניקה קלה, זולה ונטולת מזהמים, אשר מפרקת באופן אמין ננו-יהלום לחלקיקים בגודל ננומטרי היציבים בתמיסה קולואידית מימית בטווח pH רחב. מלח (נתרן כלורי) משמש לייצוב הננו-יהלומים בתרחיף מימי.
- פיזור ננומטרי יעיל במיוחד
- מהירה
- לא רעיל, ללא ממסים
- אין זיהומים קשים להסרה
- חיסכון באנרגיה ובעלויות
- מדרגיות ליניארית לכל גודל ייצור
- ידידותי לסביבה
כרסום ננו-יהלום על-קולי מצטיין טחנות חרוזים
אולטרסאונד מסוג בדיקה הם טחנות יעילות ביותר והם טכניקת כרסום מבוססת לייצור בקנה מידה גדול של מתלי ננו-יהלומים בקנה מידה תעשייתי. מאחר שטחנות על-קוליות משתמשות בננו-יהלומים כאמצעי כרסום, נמנע לחלוטין זיהום באמצעות אמצעי כרסום, למשל מחרוזי זירקוניה. במקום זאת, כוחות קוויטציוניים על-קוליים מאיצים את החלקיקים כך שהננו-יהלומים מתנגשים זה בזה באלימות ומתפרקים לגודל ננו אחיד. התנגשות בין-חלקיקים אולטרה-סאונדית זו היא שיטה יעילה ואמינה ביותר לייצור ננו-פיזור מפוזר באופן אחיד.
שיטת הפיזור והדה-אגרגציה העל-קולית משתמשת בתוספים מסיסים במים, לא רעילים ולא מזהמים כגון נתרן כלורי או סוכרוז לוויסות pH וייצוב הפיזור העל-קולי. מבנים גבישיים אלה של נתרן כלורי או סוכרוז פועלים בנוסף כאמצעי כרסום ובכך תומכים בהליך הכרסום העל-קולי. כאשר תהליך הכרסום הושלם, תוספים אלה ניתן להסיר בקלות על ידי שטיפה פשוטה עם מים, וזה יתרון מדהים על פני תהליך חרוזים קרמיים. כרסום חרוזים מסורתי כגון חריזים משתמש באמצעי כרסום קרמיים בלתי מסיסים (למשל כדורים, חרוזים או פנינים), ששאריותיהם השחוקות מזהמות את הפיזור הסופי. הסרת זיהום הנגרם על ידי חומרי כרסום כרוכה בעיבוד לאחר עיבוד מורכב וגוזל זמן רב כמו גם יקר.
טכנולוגיית פיזור על-קולי מייצרת ביעילות מתלי ננו-יהלום מימיים עם פיזור גודל חלקיקים צר.
(מחקר וגרפיקה: ©Turcheniuk et al., 2016)
UP400ST אולטרסוניקטור המפזר ננו-יהלומים בתמיסה קולואידית מימית
הפחתת גודל חלקיקים של ננו-יהלומים עם Ultrasonicator UIP1000hdT. העקומה האדומה מראה את הדגימה הלא סונית, העקומות האחרות מדגימות את תהליך הפיזור המתקדם עם קלט אנרגיה הולך וגובר באולטרסאונד.
פרוטוקול מופתי לפיזור ננו-יהלום על-קולי
דה-אגרגציה על-קולית בסיוע מלח של ננו-יהלומים במים:
תערובת של 10 גרם נתרן כלורי ו-0.250 גרם אבקת ננו-יהלום נטחנה לזמן קצר ביד באמצעות מכתש חרסינה ופשט והוכנסה לבקבוקון זכוכית של 20 מ"ל יחד עם 5 מ"ל מים DI. הדגימה שהוכנה סונקה באמצעות אולטר-סאונד מסוג בדיקה במשך 100 דקות בהספק יציאה של 60% ומחזור עבודה של 50%. לאחר הסוניקציה, הדגימה פוצלה שווה בשווה בין שני צינורות צנטריפוגות פלקון פלסטיק של 50 מ"ל ופוזרה במים מזוקקים עד לנפח כולל של 100 מ"ל (2 × 50 מ"ל). לאחר מכן כל דגימה עברה צנטריפוגה באמצעות צנטריפוגת אפנדורף 5810-R ב-4000 סל"ד ו-25 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות, והסופרנאטנט השקוף הושלך לפח. משקעי ה-ND הרטובים פוזרו מחדש במים מזוקקים (נפח כולל של 100 מ"ל) וצנטריפוגות פעם שנייה ב-12,000 סל"ד ו-25 מעלות צלזיוס למשך שעה אחת. שוב הושלך הסופרנאטנט השקוף ומשקעי הננו-יהלום הרטובים פוזרו מחדש, הפעם ב-5 מ"ל מים מזוקקים לצורך אפיון. בדיקת AgNO3 סטנדרטית הראתה היעדר מוחלט של Cl− באולטרסאונד בעזרת מלח DEAG ננו-יהלומים שנשטפו במים מזוקקים פעמיים כפי שתואר לעיל. לאחר אידוי המים מהדגימות, נצפתה היווצרות של "שבבים" של ננו-יהלום שחור מוצק עם תפוקה של ∼200 מ"ג או 80% מהמסת הננו-יהלום הראשונית. (ראה תמונה למטה)
(ראה: Turcheniuk et al., 2016)
דגימה מיובשת של ננו-יהלומים בפיזור אולטרה-סאונד.
(מחקר וגרפיקה: ©Turcheniuk et al., 2016)
אולטרה-סאונד בעל ביצועים גבוהים לפיזור ננו-יהלומים
Hielscher Ultrasonics מתכננת, מייצרת ומפיצה ציוד כרסום ופיזור אולטראסוני בעל ביצועים גבוהים עבור יישומים כבדים כגון ייצור תרחיפים ננו-יהלומים, מדיה ליטוש וננו-מרוכבים. אולטרסאונד Hielscher משמשים ברחבי העולם לפיזור ננו-חומרים לתרחיפים קולואידים מימיים, פולימרים, שרפים, ציפויים וחומרים אחרים בעלי ביצועים גבוהים.
מפיצים קוליים Hielscher הם אמינים ויעילים בעיבוד צמיגות נמוכה עד גבוהה. בהתאם לחומרי הקלט ולגודל החלקיקים הסופי הממוקד, ניתן לכוונן במדויק את עוצמת העל-קולי לקבלת תוצאות תהליך אופטימליות.
על מנת לעבד משחות צמיגות, ננו-חומרים וריכוזים מוצקים גבוהים, המפזר העל-קולי חייב להיות מסוגל לייצר אמפליטודות גבוהות ברציפות. Hielscher Ultrasonics’ מעבדים קוליים תעשייתיים יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד בפעולה רציפה תחת עומס מלא. ניתן להפעיל בקלות אמפליטודות של עד 200μm בפעולה 24/7. האפשרות להפעיל מפזר על-קולי באמפליטודות גבוהות ולהתאים את המשרעת במדויק נחוצה כדי להתאים את תנאי התהליך העל-קולי לניסוח אופטימלי של ננו-תרחיפים מלאים מאוד, תערובות פולימרים מחוזקות ננו וננו-מרוכבים.
מלבד המשרעת קולית, לחץ הוא עוד פרמטר תהליך חשוב מאוד. תחת לחצים גבוהים, עוצמת הקוויטציה העל-קולית וכוחות הגזירה שלה מתעצמת. ניתן להפעיל לחץ על הכורים העל-קוליים של היילשר ובכך להשיג תוצאות סוניקציה מוגברות.
ניטור תהליכים ורישום נתונים חשובים לסטנדרטיזציה מתמשכת של תהליכים ולאיכות המוצר. חיישני לחץ וטמפרטורה הניתנים לחיבור חוטים לגנרטור העל-קולי לצורך ניטור ובקרה של תהליך הפיזור העל-קולי. כל פרמטרי העיבוד החשובים כגון אנרגיה קולית (נטו + סה"כ), טמפרטורה, לחץ וזמן פרוטוקולים באופן אוטומטי ומאוחסנים על כרטיס SD מובנה. על-ידי גישה לנתוני התהליך שנרשמו באופן אוטומטי, באפשרותך לשנות ריצות סוניקציה קודמות ולהעריך את תוצאות התהליך.
תכונה ידידותית למשתמש נוספת היא שלט הדפדפן של המערכות האולטרה-סוניות הדיגיטליות שלנו. באמצעות בקרת דפדפן מרחוק אתה יכול להתחיל, לעצור, להתאים ולנטר את המעבד הקולי שלך מרחוק מכל מקום.
צרו איתנו קשר עכשיו כדי ללמוד עוד על ההומוגנייזרים העל-קוליים בעלי הביצועים הגבוהים שלנו לכרסום ופיזור ננו!
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:
| נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה | UP100H |
| 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
| 00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000hdT |
| 15 עד 150 ליטר | 3 עד 15 ליטר/דקה | UIP6000hdT |
| נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
| נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים לערבוב יישומים, פיזור, תחליב וחילוץ בקנה מידה מעבדתי, פיילוט ותעשייתי.
ספרות / מקורות
- Turcheniuk, K., Trecazzi, C., Deeleepojananan, C., & Mochalin, V. N. (2016): Salt-Assisted Ultrasonic Deaggregation of Nanodiamond. ACS Applied Materials & Interfaces, 8(38), 2016. 25461–25468.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue 1. January 9, 2020.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Mondragón Cazorla R., Juliá Bolívar J. E.,Barba Juan A., Jarque Fonfría J. C. (2012): Characterization of silica–water nanofluids dispersed with an ultrasound probe: A study of their physical properties and stability. Powder Technology Vol. 224, 2012.
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים מ המעבדה ל גודל תעשייתי.