ניסוח קולי של מרוכבים מחוזקים
- חומרים מרוכבים מראים תכונות חומר ייחודיות כגון יציבות תרמית משופרת באופן משמעותי, מודולוס אלסטי, חוזק מתיחה, חוזק שבר ולכן נמצאים בשימוש נרחב בייצור מוצרים סעפת.
- סוניקציה מוכחת כמייצרת ננו-מרוכבים באיכות גבוהה עם CNT מפוזרים מאוד, גרפן וכו '.
- ציוד קולי עבור ניסוח של מרוכבים מחוזקים זמין בקנה מידה תעשייתי.
ננו-מרוכבים
ננו-מרוכבים מצטיינים בתכונותיהם המכניות, החשמליות, התרמיות, האופטיות, האלקטרוכימיות ו/או הקטליטיות.
בשל יחס פני השטח לנפח הגבוה במיוחד של הפאזה המחזקת ו / או יחס הגובה-רוחב הגבוה במיוחד שלהם, ננו-מרוכבים הם בעלי ביצועים טובים יותר באופן משמעותי מאשר מרוכבים קונבנציונליים. חלקיקי ננו כגון סיליקה כדורית, יריעות מינרליות כגון גרפן או חימר מתקלפים, או סיבי ננו כגון ננו-צינוריות פחמן או סיבי אלקטרוספון משמשים לעתים קרובות לחיזוק.
לדוגמה, ננו-צינוריות פחמן מתווספות כדי לשפר את המוליכות החשמלית והתרמית, ננו סיליקה משמשת לשיפור תכונות מכניות, תרמיות ועמידות במים. סוגים אחרים של ננו-חלקיקים מעניקים תכונות אופטיות משופרות, תכונות דיאלקטריות, עמידות בחום או תכונות מכניות כגון קשיחות, חוזק ועמידות בפני קורוזיה ונזקים.
דוגמאות לננו-מרוכבים בנוסחה אולטרה-סאונדית:
- ננו-צינוריות פחמן (CNT) במטריצת אסטר ויניל
- CNT / בצל פחמן / ננו יהלומים במטריצת ניקל מתכת
- CNT במטריצה מסגסוגת מגנזיום
- CNT במטריצת אלכוהול פוליוויניל (PVA)
- ננו-צינורית פחמן מרובת דפנות (MWCNT) במטריצת שרף אפוקסי (שימוש באנהידריד טטרה-הידרופתאלי מתיל (MTHPA) כחומר ריפוי)
- תחמוצת גרפן במטריצה פולי(ויניל אלכוהול) (PVA)
- ננו-חלקיקי SiC במטריצת מגנזיום
- ננו סיליקה (אירוסיל) במטריצת פוליסטירן
- תחמוצת ברזל מגנטית במטריצת פוליאוריתן גמישה (PU)
- תחמוצת ניקל בגרפיט/פולי (ויניל כלוריד)
- חלקיקי טיטניה במטריצה של חומצה פולי-לקטית-קו-גליקולית (PLGA)
- ננו הידרוקסיאפטיט במטריצה פולי-לקטית-קו-גליקולית (PLGA)
פיזור קולי
פרמטרים של תהליך אולטראסוני יכולים להיות נשלטים בדיוק ומותאמים בצורה אופטימלית להרכב החומר ואיכות הפלט הרצויה. פיזור על-קולי הוא הטכניקה המומלצת לשילוב ננו-חלקיקים כגון CNT או גרפן בננו-מרוכבים. נבדק זמן רב ברמה המדעית ומיושם על מפעלי ייצור תעשייתיים רבים, פיזור קולי וניסוח של ננו-מרוכבים היא שיטה מבוססת היטב. ניסיונו רב השנים של Hielscher בעיבוד קולי של ננו חומרים מבטיח ייעוץ מעמיק, המלצה על התקנה קולית מתאימה וסיוע במהלך פיתוח תהליך ואופטימיזציה.
לרוב, חלקיקי הננו המחזקים מתפזרים לתוך המטריצה במהלך העיבוד. אחוז המשקל (שבר המסה) של טווח ננו החומר הנוסף בסקאלה הנמוכה יותר, למשל 0.5% עד 5%, שכן הפיזור האחיד המושג על ידי סוניקציה מאפשר חיסכון בחומרי המילוי המחזקים וביצועי חיזוק גבוהים יותר.
יישום טיפוסי של קוליים בייצור הוא ניסוח של מרוכב שרף ננו-חלקיקי. כדי לייצר אסטר ויניל מחוזק CNT, סוניקציה משמשת לפיזור ותפקוד CNT. אלה CNT-ויניל אסטר מאופיינים תכונות חשמליות ומכניות משופרות.
לחצו כאן כדי לקרוא עוד על פיזור CNTs!
גרפן
גרפן מציע תכונות פיזיקליות יוצאות דופן, יחס גובה-רוחב גבוה וצפיפות נמוכה. גרפן ותחמוצת גרפן משולבים במטריצה מרוכבת על מנת לקבל פולימרים קלים ובעלי חוזק גבוה. כדי להשיג את החיזוק המכני, יריעות הגרפן / טסיות הדם חייבות להיות מפוזרות דק מאוד, שכן יריעות גרפן מצטברות מגבילות את אפקט החיזוק באופן דרסטי.
מחקרים מדעיים הראו כי גודל השיפור תלוי בעיקר בדרגת הפיזור של יריעות הגרפן במטריצה. רק גרפן מפוזר הומוגני נותן את ההשפעות הרצויות. בשל ההידרופוביות החזקה שלו והמשיכה של ואן דר ואלס, גרפן נוטה להצטבר ולהצטבר לפתיתים של יריעות חד-שכבתיות בעלות אינטראקציה חלשה.
בעוד שטכניקות פיזור נפוצות לעתים קרובות אינן יכולות לייצר פיזור גרפן הומוגני ולא פגום, אולטרסאונד בהספק גבוה מייצר פיזור גרפן באיכות גבוהה. האולטרסאונד של Hielscher מטפל בגרפן טהור, תחמוצת גרפן ותחמוצת גרפן מופחתת מריכוז נמוך לגבוה ומנפחים קטנים לגדולים ללא טרחה. ממס נפוץ בשימוש הוא N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), אבל עם אולטרסאונד בהספק גבוה, גרפן יכול להיות מפוזר אפילו בממיסים גרועים ונקודת רתיחה נמוכה כגון אצטון, כלורופורם, IPA וציקלוהקסאנון.
לחץ כאן כדי לקרוא עוד על פילינג בתפזורת של גרפן!
ננו-צינוריות פחמן וחומרי ננו אחרים
הוכח כי אולטרסאונד עוצמתי גורם לפיזור עדין של ננו-חומרים שונים, כולל ננו-צינוריות פחמן (CNT), SWNTs, MWNTs, פולרנים, סיליקה (SiO2), טיטניום דו-חמצני (TiO2), כסף (Ag), תחמוצת אבץ (ZnO), תאית ננו-פיברילציה ועוד רבים אחרים. באופן כללי, סוניקציה עולה בביצועיה על מפיצים קונבנציונליים ויכולה להשיג תוצאות ייחודיות.
מלבד כרסום ופיזור חלקיקי ננו, תוצאות מצוינות מושגות על ידי סינתזה של חלקיקי ננו באמצעות משקעים על-קוליים (סינתזה מלמטה למעלה). נצפה כי גודל החלקיקים, למשל של מגנטיט מסונתז אולטרה-סאונד, נתרן אבץ מוליבדט ואחרים, נמוך בהשוואה לזה המתקבל בשיטה הקונבנציונלית. הגודל הנמוך יותר מיוחס לקצב הנוקלציה המשופר ולדפוסי ערבוב טובים יותר עקב הגזירה והמערבולות הנוצרות על ידי קוויטציה קולית.
לחץ כאן כדי ללמוד עוד על משקעים קוליים מלמטה למעלה!
פונקציונליות חלקיקים קוליים
שטח הפנים הספציפי של חלקיק גדל עם הקטנת הגודל. במיוחד בננוטכנולוגיה, הביטוי של מאפייני החומר גדל באופן משמעותי על ידי שטח פנים מוגדל של החלקיק. ניתן להגדיל ולשנות את שטח הפנים באופן אולטרה-סאונד על ידי הצמדת מולקולות פונקציונליות מתאימות על פני השטח של החלקיקים. בנוגע ליישום ושימוש בננו-חומרים, תכונות פני השטח חשובות לא פחות מתכונות ליבת החלקיקים.
חלקיקים פונקציונליים אולטרה סאונד נמצאים בשימוש נרחב פולימרים, מרוכבים & ביו-מרוכבים, ננו-נוזלים, התקנים מורכבים, ננו-תרופות וכו '. על ידי פונקציונליות חלקיקים, מאפיינים כגון יציבות, חוזק & קשיחות, מסיסות, פיזור רב, פלואורסצנטיות, מגנטיות, פאראמגנטיות-על, בליעה אופטית, צפיפות אלקטרונים גבוהה, פוטולומינסנציה וכו 'משתפרים באופן דרסטי.
חלקיקים נפוצים אשר מתפקדים מסחרית עם Hielscher’ מערכות קוליות כוללות CNTs, SWNTs, MWNTs, גרפן, גרפיט, סיליקה (SiO2), ננו-יהלומים, מגנטיט (תחמוצת ברזל, Fe3O4), חלקיקי ננו כסף, חלקיקי ננו זהב, נקבוביים & ננו-חלקיקים מזופוריים וכו'.
לחץ כאן כדי לראות הערות יישומים נבחרות לטיפול בחלקיקים על-קוליים!
מפיצים קוליים
ציוד הפיזור הקולי של Hielscher זמין לייצור מעבדה, ספסל ותעשייה. האולטרסוניקטורים של Hielscher אמינים, חזקים, קלים לתפעול ולניקוי. הציוד מיועד לפעולה 24/7 בתנאי עומס כבדים. ניתן להשתמש במערכות קוליות לעיבוד אצווה ובתוך השורה – גמיש וניתן להתאמה בקלות לתהליך ולדרישות שלך.
אצווה קולית וקיבולות מוטבעות
| נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 5 עד 200 מ"ל | 50 עד 500 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400S |
| 00.1 עד 2L | 00.25 עד 2 מ'3/hr | UIP1000hd, UIP2000hd |
| 00.4 עד 10 ליטר | 1 עד 8 מ'3/hr | UIP4000 |
| נ.א. | 4 עד 30 מ'3/hr | UIP16000 |
| נ.א. | מעל 30 מ'3/hr | אשכול של UIP10000 או UIP16000 |
מכשיר מעבדה אולטראסוני לתפקוד חלקיקים
ספרות/מקורות
- Kapole, S.A:; Bhanvase, B.A.; פינג'ארי, ד"ו; גוגייט, פ"ר; קולקמי, ר.ד.; Sonawane, S.H.; פנדיט, א. (2014): “חקירת ביצועים מעכבי קורוזיה של ננו-פיגמנט נתרן אבץ מוליבדט מוכן באולטרסאונד בציפוי אפוקסי-פוליאמיד בשתי חפיסות. ממשקים מרוכבים 21/9, 2015. 833-852.
- ניקיה, M.M.A.; מוגדאם, ס"ט; Noruzian, M.(2016): הכנת ננו-מרוכבים חדשים של קצף פוליאוריתן מגנטי באמצעות ננו-חלקיקי מעטפת הליבה. Polímeros vol.26 no.4, 2016.
- טולאס, י'; סטנגל, ו'; Ecorchard, P. (2014): הכנת חומר מרוכב של תחמוצת גרפן-פוליסטירן. הכנס הבינלאומי השלישי לסביבה, כימיה וביולוגיה. IPCBEE vol.78, 2014.
עובדות שכדאי לדעת
אודות חומרים מרוכבים
חומרים מרוכבים (הידועים גם כחומר הרכב) מתוארים כחומר העשוי משני מרכיבים או יותר המאופיינים בתכונות פיזיקליות או כימיות שונות באופן משמעותי. כאשר החומרים המרכיבים הללו משולבים, חומר חדש – מה שנקרא מרוכב – מיוצר, אשר מראה מאפיינים שונים מן המרכיבים בודדים. המרכיבים הבודדים נשארים נפרדים ומובחנים בתוך המבנה המוגמר.
לחומר החדש תכונות טובות יותר, למשל הוא חזק יותר, קל יותר, עמיד יותר או זול יותר בהשוואה לחומרים קונבנציונליים. שיפורים של ננו-מרוכבים נעים בין תכונות מכניות, חשמליות / מוליכות, תרמיות, אופטיות, אלקטרוכימיות לקטליטיקה.
חומרים מרוכבים מהונדסים טיפוסיים כוללים:
- ביו-חומרים מרוכבים
- פלסטיק מחוזק, כגון פולימר מחוזק בסיבים
- חומרים מרוכבים ממתכת
- חומרים מרוכבים קרמיים (מטריצה קרמית ומטריצת מתכת מרוכבת)
חומרים מרוכבים משמשים בדרך כלל לבנייה ולבנייה של חומרים כגון גוף סירה, משטחי עבודה, גופי מכוניות, אמבטיות, מיכלי אחסון, חיקוי גרניט וכיורי שיש מתורבת, כמו גם בחלליות וכלי טיס.
חומרים מרוכבים יכולים גם להשתמש בסיבי מתכת המחזקים מתכות אחרות, כמו בתרכובות מטריצות מתכת (MMC) או בתרכובות מטריצה קרמיות (CMC), הכוללות עצם (הידרוקסיאפטיט מחוזק בסיבי קולגן), סרמה (קרמיקה ומתכת) ובטון.
תרכובות אגרגטים מטריציוניות/קרמיות אורגניות כוללות בטון אספלט, בטון פולימרי, אספלט מסטיק, היברידי רולר מסטיק, מרוכב שיניים, קצף תחבירי ואם הפנינה.
על השפעות קוליות על חלקיקים
ניתן לצפות במאפייני חלקיקים כאשר גודל החלקיק מצטמצם לרמה מסוימת (המכונה גודל קריטי). כאשר ממדי החלקיקים מגיעים לרמה הננומטרית, האינטראקציות בממשקי הפאזה משתפרות במידה רבה, דבר חיוני לשיפור מאפייני החומרים. לפיכך, שטח הפנים : יחס נפח של חומרים, המשמשים לחיזוק בננו-מרוכבים הוא המשמעותי ביותר. ננו-מרוכבים מציעים יתרונות טכנולוגיים וכלכליים כמעט לכל מגזרי התעשייה, כולל מגזרי תעופה וחלל, רכב, אלקטרוניקה, ביוטכנולוגיה, תרופות ורפואה. יתרון גדול נוסף הוא הידידותיות לסביבה שלהם.
אולטרסאונד כוח משפר את הרטיבות וההומוגניזציה בין המטריצה לבין החלקיקים על ידי ערבוב ופיזור אינטנסיביים שלה – נוצר על ידי קוויטציה קולית. מכיוון שסוניקציה היא שיטת הפיזור הנפוצה והמוצלחת ביותר כשמדובר בננו-חומרים, המערכות העל-קוליות של היילשר מותקנות במעבדה, במפעל פיילוט ובייצור ברחבי העולם.