היגישר טכנולוגיית אולטרה סאונד

סינתזת אולטרסאונד של Nanodiamonds

  • בשל כוח cavitational האינטנסיבי שלה, אולטרסאונד הכח הוא טכניקה מבטיחה לייצר יהלומי מיקרון ו בגודל ננו מ גרפיט.
  • יהלומים מיקרו-גבישי ננו יכול להיות מסונתז sonicating השעיה של גרפיט נוזלי אורגני בלחץ אטמוספרי ו בטמפרטורת החדר.
  • Ultrasonic הוא גם כלי מועיל עבור שלאחר העיבוד של יהלומי ננו מסונתזים, כמו ultrasonication מתפזר, deagglomerates ו functionalizes חלקיקי ננו מאוד יעילים.

אולטרסוניקה עבור nanodiamond טיפול

Nanodiamonds (נקרא גם יהלומי פיצוץ (DND) או יהלומי ultradispersed (UDD)) הם סוג מיוחד של ננו פחמן מאופיין מאפיינים ייחודיים - כגון שלה סָרִיג מבנה, שלה גדול משטח, כמו גם ייחודי אוֹפּטִי ו מַגנֶטִי תכונות - ויישומים חריגים. המאפיינים של חלקיקי ultradispersed להפוך חומרים אלה תרכובות חדשניות ליצירת חומרים חדשים עם פונקציות יוצאות דופן. גודלו של חלקיקי יהלום הפיח עומד 5nm.

סינתזת אולטרסאונד של Nanodiamonds

תחת כוחות עזים, כגון sonication או פיצוץ, גרפיט ניתן להפוך יהלום.

אולטרסונית Nanodiamonds המסונתז

הסינתזה של יהלומים היא שדה מחקר חשוב לגבי אינטרסים מדעיים ומסחריים. התהליך הנפוץ לסינתזה של גבישי מייקרו חלקיקי יהלום ננו-גבישים הוא לחץ-גבוה בטמפרטורה גבוהה (HPHT) הטכניקה. לפי שיטה זו, לחץ התהליך הנדרש של עשרות אלף אטמוספרות והטמפרטורה של יותר מ 2000K נוצרים כדי לייצר את החלק העיקרי של האספקה ​​העולמית של יהלומים תעשייתיים. עבור הטרנספורמציה של גרפיט לתוך יהלום, בלחצים גבוהים בכלל וטמפרטורות גבוהות נדרשים, זרזים משמשים כדי להגדיל את התשואה של יהלום.
דרישות אלה הדרושים טרנספורמציה ניתן להפיק ביעילות רבה על ידי שימוש אולטראסאונד עוצמה גבוהה (= תדירות נמוכה, אולטרסאונד בעוצמה גבוהה):

קולי cavitation

אולטרסאונד בנוזלים גורם להשפעות קיצוניות מאוד. כאשר סוניקטינג נוזלים בעוצמות גבוהות, גלי קול המתפשטים לתוך התקשורת נוזלי לגרום לסירוגין בלחץ גבוה (דחיסה) ו בלחץ נמוך (נטייה) מחזורי, עם שיעורי בהתאם לתדירות. במהלך מחזור הלחץ הנמוך, גלים אולטראסוניים בעוצמה גבוהה יוצרים בועות ואקום קטנות או חללים בנוזל. כאשר הבועות משיגות נפח שבו הם כבר לא יכולים לספוג אנרגיה, הם מתמוטטים באלימות במהלך מחזור בלחץ גבוה. תופעה זו נקראת cavitation. במהלך הקריסה בטמפרטורות גבוהות מאוד (כ. 5,000K) ולחצים (בערך. 2,000atm) הם הגיעו באופן מקומי. ההתפוצצות של בועת cavitation גם תוצאות מטוסי נוזל של עד 280 / s מהירה. (Suslick 1998) ברור כי מיקרו ננו-גבישים יהלומים ניתנים מסונתזים בתחום קולי cavitation.

בקשת מידע





נוהל אולטרסאונד לסינתזה של Nanodiamonds

דה פקטו, חקר ואח חצ'טריאן. (2008) מראה כי microcrystals יהלום יכול גם להיות מסונתז על ידי ultrasonication של השעיה של גרפיט נוזלי אורגני בלחץ אטמוספרי ו בטמפרטורת החדר. כמו נוזל cavitation, נוסחא של oligomers ארומטי כבר נבחרה בשל לחץ האדים הרווי הנמוך שלה טמפרטורת הרתיחה הגבוהה. בנוזל הזה, אבקת גרפיט הטהורה המיוחדת – עם חלקיקים בטווח שבין 100-200 מיקרומטר - הושעה. . בניסויים של Kachatryan ואח, יחס המשקל מוצק נוזל היה 1: 6, את צפיפות נוזל cavitation היה סנטימטר 1.1g-3 שלוש ב 25 מעלות צלזיוס. עוצמת קולי מקסימלית sonoreactor כבר 75-80W ס"מ? כמה אתה מבין מקביל ל משרעת לחץ קול בר 15-16.
זה הושג כ המרה גרפיט-ל-יהלום 10%. היהלומים היו כמעט פיזור מונה עם גודל מתוכנן מאוד חד, גם בטווח של 6 או 0.5μm ± 9μm, עם מעוקב, גְבִישִׁי מורפולוגיה טוהר גבוה.

יהלומים מסונתזים אולטרסונית (SEM תמונות): אולטרסאונד בעצמה הגבוה מספק את האנרגיה הדרושה כדי לגרום nanodiamonds' מיכל הרדמה

תמונות SEM של יהלומים מסונתז באולטרסאונד: תמונות (א) ו- (ב) להראות בסדרה מדגם 1, (ג) ו- (ד) הסדרה מדגם 2. [חצ'טריאן ואח. 2008]

ה עלויות של מיקרו nanodiamonds המיוצר על ידי שיטה זו מוערך תַחֲרוּתִי עם התהליך (HPHT) בלחץ-גבוה-חום גבוה. זה עושה אולטרסאונד אלטרנטיבה חדשנית לסינתזה של מיקרו nanodiamonds (חצ'טריאן et al. 2008), במיוחד כאשר תהליך הייצור של nanodiamonds יכול להיות מותאם על ידי חקירות נוספות. פרמטרים רבים משרעת, לחץ, טמפרטורה, cavitation נוזל, וריכוז כזו ייבחנו באופן מדויק כדי לגלות את הנקודה המתוקה של סינתזת nanodiamond הקולית.
לפי התוצאות שהושגו ב סינתזת nanodiamonds, עוד באולטרסאונד שנוצר cavitation מציע פוטנציאל לסינתזה של תרכובות חשובות אחרות, כגון בור ניטריד, ניטריד פחמן וכו '(חצ'טריאן et al. 2008)
יתר על כן, נראה כי ניתן ליצור ננו-חוטי היהלום nanorods מננו-צינורות פחמן רב חומה (MWCNTs) תחת קרינת אולטרא. ננו-חוטי יהלומים הם אנלוגים חד ממדיים של יהלום בתפזורת. בשל מודולוס האלסטיות הגבוה שלה, יחס חוזק למשקל, ואת הקלות היחסית שבה המשטחים שלה יכולים להיות פונקציונליים, יהלום כבר מצא להיות החומר האופטימלי עבור עיצובי nanomechanical. (ואח 'סאן. 2004)

פיזור אולטרה סאונד של Nanodiamonds

כפי שתואר לעיל, את deagglomeration ואת התפלגות גודל החלקיקים אפילו בטווח הבינוני הם יסודות לניצול מוצלח של המאפיינים הייחודיים של nanodiamonds.
פְּזִירָה ו דגלומרציה על ידי ultrasonication הם תוצאה של קולי cavitation. כאשר חשיפת נוזלים לאולטראסאונד, גלי הקול המתפשטים לתוך הנוזל גורמים לסירוגין במחזורי לחץ גבוה ובלחץ נמוך. זה חל על הלחץ המכני על כוחות המשיכה בין החלקיקים בודדים. קאוויטציה אולטרא-סונית בנוזלים גורמת סילון נוזלי במהירות גבוהה של עד 1000 קמ"ש (כ -600 קמ"ש). מטוסים אלה לוחצים על נוזל בלחץ גבוה בין החלקיקים ומפרידים ביניהם. חלקיקים קטנים יותר מואצים עם מטוסי סילון נוזלי להתנגש במהירויות גבוהות. זה עושה אולטרסאונד אמצעי יעיל פיזור, אלא גם עבור כִּרסוּם של חלקיקים בגודל מיקרון וגודל של מיקרון.
לדוגמה, nanodiamonds (בגודל ממוצע של כ 4nm) ו פוליסטירן יכול להיות מפוזר cyclohexane להשיג מרוכבים מיוחדים. במחקרם, Chipara ואח. (2010) הכינו מרוכבים של פוליסטירן nanodiamonds, המכיל nanodiamonds בטווח שבין 0 ו 25 משקל%. כדי להשיג אפילו פְּזִירָה, הם sonicated הפתרון עבור 60 דקות עם Hielscher של UIP1000hd (1kW).

אולטרסונית בסיוע Functionalization של Nanodiamonds

עבור functionalization של המשטח השלם של כל חלקיקים בגודל ננו, פני השטח של החלקיקים חייבים להיות זמינים עבור תגובה כימית. המשמעות היא פיזור אפילו משובח נדרש כמו החלקיקים פיזור טוב מוקפים שכבת הגבול של מולקולות נמשך אל פני החלקיקים. כדי לקבל קבוצות פונקציונליות חדשות משטח nanodiamonds, שכבת הגבול הזה צריך להיות שבור או להסירו. תהליך זה של הפסקה והסרה של שכבת הגבול יכול להתבצע על ידי אולטרסוניקה.
אולטראסאונד הציג לתוך נוזל גורם להשפעות קיצוניות שונות כגון cavitationטמפרטורה גבוהה, מקומי מאוד עד 2000K ומטוסי נוזל של עד 1000km / hr. (Suslick 1998) על ידי הלחץ הזה גורמי הכוחות למשוך (לדוגמה כוחות ואן-דר-ואלס) ניתן להתגבר ואת מולקולות תפקודית מתבצעות על פני השטח של החלקיק כדי functionalize, למשל: משטח nanodiamonds.

Under powerful ultrasonic irradiation (e.g. with Hielscher's UIP2000hdT) it becomes possible to synthesis, deagglomerate and functionalize nanodiamonds efficiently.

תוכנית 1: גרפי של ב-deagglomeration באתרו functionalization פני nanodiamonds (Liang 2011)

ניסויים עם טיפול ביד בסיוע התפוררות סוניק (BASD) הראו תוצאות מבטיחות עבור השטח funcionalization של nanodiamonds גם כן. ובכך, חרוזים (לדוגמה בגודל מיקרו חרוזים קרמיקה כגון חרוזים ZrO2) שימשו לאכוף את קולי בעלי מדיה כוחות על חלקיקי nanodiamond. Deagglomeration מתרחשת עקב התנגשות interparticular בין חלקיקי nanodiamond ואת ZrO2 חרוזים.
בשל זמינות טובה יותר של משטח חלקיקים, עבור תגובות כימיות כגון הפחתת בורן, arylation או silanization, גידול (התפוררות סוניק חרוז בסיוע) קולי או BASD טיפול מקדים לפיזור מטרה מומלץ בחום. By קולי פיזור ו דגלומרציה התגובה הכימית יכולה להמשיך הרבה יותר לחלוטין.

כאשר הספק גבוה, אולטרסאונד בתדירות נמוכה הוא מכניס מדיום נוזלי, cavitation מופק.

תוצאות caviatation אולטרסאונד ב הפרשי טמפרטורה ולחץ קיצוניים מטוסי נוזל במהירות גבוהה. ובכך, אולטרסאונד הכח הוא שיטה לעיבוד מוצלחת עבור ערבוב טחינת יישומים.

צור קשר / בקש מידע נוסף

דבר איתנו על דרישות העיבוד שלך. נמליץ פרמטרי ההתקנה ועיבוד המתאימים ביותר עבור הפרויקט שלכם.





הינכם מתבקשים לשים לב מדיניות פרטיות.


ספרות / הפניות

  • Chipara, א ג ואח .: תכונות תרמיות של חלקיקי nanodiamond המפוזרים פוליסטירן. HESTEC 2010.
  • El-Say, ק M .: Nanodiamonds כמערכת משלוח סמים: Application ועתידי. בשנת J Appl פארם Sci 01/06, 2011; עמ. 29-39.
  • חצ'טריאן, א ח. גרפיט-ל-יהלום .: ואח טרנספורמציה המושרה על ידי cavitation קולי. ב: Diamond & חומרים קשורים 17, 2008; pp931-936.
  • קרוגר, A .: המבנה ואת תגובתיות של יהלום ננומטריים. בתוך: י 'מאטר 18 Chem, 2008; עמ. 1485-1492.
  • ליאנג, Y:. Deagglomeration משטח של nanodiamond באמצעות-כימיים תרמו ושיטות mechanochemical. 2011th הדיסרטציה יוליוס מקסימיליאן אוניברסיטת וורצבורג
  • Osawa, חלקיקי nanodiamond היחידים Monodisperse .: E. ב: Pure Appl Chem 80/7, 2008; עמ. 1365-1379.
  • Pramatarova, L. et al .: היתרון של פולימרים מרוכבים עם פיצוץ nanodiamond חלקיקים עבור יישומים רפואיים. ב: On biomimetics; עמ. 298-320.
  • שמש, L .; גונג, J .; ז'ו, D .; ז'ו, Z .; הוא, S .: היהלומים Nanorods מ פחמן. ב: חומרים מתקדמים 16/2004. עמ. 1849-1853.
  • Suslick, האנציקלופדיה קירק-Othmer .: K.S של טכנולוגיה כימית. 4th ed. ג'יי ויילי & בנים: ניו יורק; 26, 1998; עמ. 517-541.

ננו-יהלומים – משתמש ביישומים

גרגרי nanodiamond אינם יציבים בשל זטה-הפוטנציאל שלהם. ובכך, הם נוטים מאוד ליצור אגרגטים. יישום נפוץ של nanodiamonds הוא השימוש ב מירוק, חיתוך וליטוש כלים וגופי קירור. שימוש נוסף הפוטנציאל הוא היישום של nanodiamonds כנשא התרופה עבור רכיבים פרמצבטיים פעילים (ראה Pramatarova). על ידי ultrasonicationיכול להיות מסונתז nanodiamonds, קודם כל מתוך גרפיט ושנית, nanodiamonds נוטה בכבדות כדי למסכת יכול להיות שווה מְפוּזָר אל תקשורת נוזלית (למשל, כדי לגבש סוכן ליטוש).