अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण से नैनो-सुदृढ़ीकृत सीमेंट मोर्टार
अल्ट्रासोनिक सोनिकेशन सीमेंट पेस्ट और मोर्टार में ग्राफीन, CNTs और नैनोसामग्रियों के परिक्षेपण, परत-वियोजन और समुच्चय-विघटन को बेहतर बनाता है। Hielscher सोनिकेटर अनुसंधान एवं विकास से लेकर औद्योगिक उत्पादन तक उच्च-प्रदर्शन वाले सीमेंट के सूत्रीकरण को सक्षम बनाते हैं।
नैनो-सुदृढ़ीकृत सीमेंट मोर्टार – सोनिकेशन से बेहतर परिक्षेपण और समुच्चय-विघटन
नैनो-सुदृढ़ीकृत सीमेंट मोर्टार और सीमेंट पेस्ट उच्च-प्रदर्शन वाली निर्माण सामग्रियाँ विकसित करने का एक प्रभावशाली मार्ग प्रदान करते हैं। ग्राफीन, ग्राफीन ऑक्साइड, कार्बन नैनोट्यूब (CNTs), नैनो-सिलिका, नैनो-क्ले या अन्य कार्यात्मक भरावों जैसी नैनोसामग्रियों को शामिल करके सीमेंटयुक्त सामग्रियों को बेहतर यांत्रिक सामर्थ्य, दरार प्रतिरोध, टिकाऊपन, विद्युत चालकता, कम पारगम्यता और बेहतर दीर्घकालिक प्रदर्शन के लिए अभिकल्पित किया जा सकता है।
समस्या: सीमेंट प्रणालियों में नैनोसामग्रियों की पूरी क्षमता तभी प्राप्त होती है जब कण समान रूप से परिक्षेपित हों। प्रबल वान डर वाल्स बलों, उच्च पृष्ठीय ऊर्जा और आपसी उलझाव के कारण ग्राफीन की चादरें, CNT बंडल और अन्य नैनो-योजक समुच्चय बनाने की प्रवृत्ति रखते हैं। पारंपरिक विलोड़न, रोटर-स्टेटर मिश्रण या साधारण चूर्ण मिश्रण अक्सर इन समुच्चयों को पर्याप्त रूप से तोड़ने में विफल रहता है। इसके परिणामस्वरूप असमान वितरण, मोर्टार मैट्रिक्स में कमजोर स्थान, महँगी नैनोसामग्रियों का अकुशल उपयोग और सामग्री के गुणों में असंगति होती है।
समाधान: Hielscher के प्रोब-प्रकार के अल्ट्रासोनिकेटर सीमेंट पेस्ट, मोर्टार सूत्रीकरणों और पूर्वगामी निलंबनों में नैनोसामग्रियों के परिक्षेपण, परत-वियोजन, समुच्चय-विघटन और कार्यात्मक अंतर्गुंथन के लिए एक कुशल, उत्पादन पैमाना बढ़ाने योग्य और औद्योगिक रूप से सिद्ध समाधान प्रदान करते हैं। Hielscher प्रयोगशाला में व्यवहार्यता संबंधी कार्य से लेकर औद्योगिक सतत उत्पादन तक तरल प्रसंस्करण के लिए अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर विकसित और निर्मित करता है। इसकी उत्पाद शृंखला को कॉम्पैक्ट प्रयोगशाला प्रणालियों से लेकर उच्च-शक्ति वाले औद्योगिक उपकरणों तक पैमाना बढ़ाने के लिए अभिकल्पित किया गया है।
औद्योगिक सोनिकेटर UIP16000hdT सीमेंट पेस्ट में नैनोसामग्रियों के उच्च प्रसंस्करण क्षमता वाले परिक्षेपण के लिए
सीमेंट मोर्टार में नैनोसामग्रियों का परिक्षेपण क्यों महत्वपूर्ण है
नैनोसामग्रियाँ सीमेंटयुक्त कंपोज़िटों को काफी बेहतर बना सकती हैं, क्योंकि वे अत्यंत छोटे लंबाई पैमाने पर सीमेंट मैट्रिक्स के साथ अंतःक्रिया करती हैं। उचित रूप से परिक्षेपित ग्राफीन, CNTs और अन्य नैनोभराव न्यूक्लिएशन स्थलों के रूप में कार्य कर सकते हैं, सूक्ष्म दरारों के आर-पार सेतु बना सकते हैं, रंध्र संरचनाओं को परिष्कृत कर सकते हैं और कठोर हो चुके मैट्रिक्स के भीतर भार हस्तांतरण को बेहतर बना सकते हैं।
व्यवहार में, प्रदर्शन मिलाई गई नैनोसामग्री की नाममात्र मात्रा पर कम और परिक्षेपण की गुणवत्ता पर अधिक निर्भर करता है। अच्छी तरह परिक्षेपित ग्राफीन या CNTs की थोड़ी मात्रा, खराब ढंग से परिक्षेपित सामग्री की अधिक मात्रा से बेहतर प्रदर्शन कर सकती है। समुच्चय सुदृढ़ीकरण के बजाय दोषों की तरह व्यवहार करते हैं। वे सुकार्यता घटाते हैं, प्रतिबल संकेंद्रण उत्पन्न करते हैं और योजक के प्रभावी पृष्ठीय क्षेत्रफल को सीमित करते हैं।
अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण सूत्रीकरण की इस प्रमुख चुनौती का समाधान करता है। उच्च-तीव्रता वाला अल्ट्रासाउंड ध्वनिक कैविटेशन के माध्यम से प्रबल स्थानीय अपरूपण बल, सूक्ष्म-मिश्रण, आघात तरंगें और तरल सूक्ष्म-जेट उत्पन्न करता है। ये प्रभाव बंडलों में जुड़ी नैनोसामग्रियों को अलग करते हैं, कणों की सतहों को भिगोते हैं और उन्हें सीमेंट चूर्ण, पेस्ट या मोर्टार में मिलाने से पहले पूरे तरल प्रावस्था में समान रूप से वितरित करते हैं।
ग्राफीन, CNTs और नैनो-योजकों का अल्ट्रासोनिक समुच्चय-विघटन
ग्राफीन नैनोप्लेटलेट, ग्राफीन ऑक्साइड, अपचयित ग्राफीन ऑक्साइड और कार्बन नैनोट्यूब उन्नत सीमेंटयुक्त सामग्रियों के लिए विशेष रूप से आकर्षक हैं। वे तनन सामर्थ्य, आनमनी सामर्थ्य, विभंग चर्मलता, विद्युत चालकता, तापीय व्यवहार और टिकाऊपन में योगदान दे सकते हैं। साथ ही, वे परिक्षेपित करने में सबसे कठिन योजकों में शामिल हैं।
अल्ट्रासोनिक कैविटेशन नैनोपैमाने की संरचनाओं के बीच आकर्षण बलों पर काबू पाने में मदद करता है। सोनिकेशन किए गए तरल में, ध्वस्त होते कैविटेशन बुलबुले तीव्र स्थानीय ऊर्जा निवेश उत्पन्न करते हैं। इससे कणों के समूह टूट सकते हैं, CNT बंडल अलग हो सकते हैं, परतदार सामग्रियों का परत-वियोजन हो सकता है और नैनोभरावों का वितरण बेहतर हो सकता है।
नैनो-सुदृढ़ीकृत मोर्टार उत्पादन में प्रमुख अल्ट्रासोनिक प्रभावों में शामिल हैं:
- कण गुच्छों का विघटन: ग्राफीन, CNTs, नैनो-सिलिका या संकर योजकों के गुच्छों को तोड़कर छोटे कणों का अधिक एकसमान वितरण प्राप्त करना।
- परिक्षेपण: जल, प्लास्टिसाइज़र विलयनों, अधिमिश्रण मिश्रणों या सीमेंटयुक्त स्लरियों में नैनोसामग्रियों को समांगी रूप से वितरित करना।
- परत-वियोजन: ग्रेफाइट, ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स या मृत्तिकाओं जैसी परतदार सामग्रियों को अधिक सक्रिय सतह क्षेत्रफल वाली पतली चादरों में अलग करना।
- भिगोना और सक्रियण: सीमेंट हाइड्रेटों और अधिमिश्रणों के साथ बेहतर अंतःक्रिया के लिए नैनोसामग्रियों की सतहों के साथ द्रव का संपर्क सुधारना।
- परस्पर गुंथन और नेटवर्क निर्माण: वितरित CNT या ग्राफीन नेटवर्कों के निर्माण में सहायता करना, जो दरारों के आर-पार सेतु निर्माण, चालकता और संरचनात्मक कार्यक्षमता को बढ़ा सकते हैं।
- पुनरुत्पादनीयता: प्रयोगशाला परीक्षणों से उत्पादन पैमाने तक सुसंगत फॉर्मूलेशन के लिए नियंत्रित प्रक्रिया परिस्थितियाँ बनाना।
सीमेंट पेस्ट और मोर्टार में अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण के लाभ
उच्च प्रदर्शन वाले सीमेंट के उत्पादन में सोनिकेशन का आर्थिक और तकनीकी महत्व विशेष रूप से अधिक है। नैनोसामग्रियाँ अक्सर महँगी होती हैं, और उनका लाभ उनके कुशल उपयोग पर निर्भर करता है। जब सोनिकेशन परिक्षेपण की गुणवत्ता सुधारता है, तो फॉर्मूलेशन विकसित करने वाले अक्सर आवश्यकता से अधिक मात्रा में योजक डालना कम कर सकते हैं, पुनरुत्पादनीयता बढ़ा सकते हैं और प्रति किलोग्राम योजक से बेहतर प्रदर्शन प्राप्त कर सकते हैं।
उन्नत मोर्टार, मरम्मत सामग्रियों, प्रीकास्ट घटकों, 3D-प्रिंट करने योग्य सीमेंटयुक्त सामग्रियों या विशेष निर्माण रसायनों के उत्पादकों के लिए, अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण निम्नलिखित में सहायता कर सकता है:
- नैनोफिलर के बेहतर वितरण से अधिक संपीडन, आनमन और तनन प्रदर्शन।
- अधिक प्रभावी सूक्ष्म प्रबलन के कारण दरारों के प्रति बेहतर प्रतिरोध और अधिक चर्मलता।
- छिद्र संरचना को परिष्कृत करके कम पारगम्यता और बेहतर टिकाऊपन।
- विभिन्न बैचों में सामग्री की अधिक सुसंगत गुणवत्ता।
- महँगे ग्राफीन, CNTs और अन्य नैनो-योजकों का बेहतर उपयोग।
- फॉर्मूलेशन की अधिक तेज़ प्रारंभिक जाँच और प्रक्रिया का अनुकूलन।
- प्रयोगशाला विकास से सतत औद्योगिक प्रसंस्करण तक बढ़ाए जा सकने वाले पैमाने पर उत्पादन।
- आयाम, ऊर्जा निवेश, प्रवाह दर, तापमान और निवास समय जैसे प्रक्रिया मापदंडों का बेहतर नियंत्रण।
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर द्रवों, निलंबनों और स्लरियों में मापनीय और पुनरुत्पादनीय ऊर्जा अंतरण के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। विभिन्न शक्ति श्रेणियों में एक ही मूल सोनिकेशन तंत्र का उपयोग किया जा सकता है, जिससे ग्राहक छोटे पैमाने पर प्रक्रिया मापदंड विकसित करके उन्हें बड़े बेंच-टॉप, पायलट या औद्योगिक तंत्रों में स्थानांतरित कर सकते हैं।
(a) CNTs और (b) GNPs से प्रबलित नैनो-संशोधित सीमेंट पेस्ट के अवरक्त तापचित्र। CNT और ग्राफीन को सोनिकेटर UP400S से परिक्षेपित किया गया था।
अध्ययन और आलेख: ©Farmaki et al., 2025
सीमेंट मिलाने से पहले सोनिकेशन: पसंदीदा प्रक्रिया मार्ग
कई नैनो-प्रबलित सीमेंट फॉर्मूलेशन के लिए सबसे प्रभावी तरीका पहले द्रव अवस्था में नैनोसामग्री को परिक्षेपित करना है। यह जल, सुपरप्लास्टिसाइज़र विलयन, पृष्ठसक्रियकारक युक्त परिक्षेपक, पॉलिमर अधिमिश्रण, सिलिका सॉल या मोर्टार फॉर्मूलेशन का कोई अन्य द्रव घटक हो सकता है।
एक सामान्य अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया मार्ग इस प्रकार है:
- द्रव अवस्था में ग्राफीन, CNTs या अन्य नैनोसामग्रियाँ मिलाएँ।
- मध्यम मिश्रण करते हुए पाउडर या नैनोफिलर को पहले भिगोएँ।
- सामग्री के कण गुच्छों को तोड़ने और उसे परिक्षेपित करने के लिए उच्च तीव्रता वाला अल्ट्रासोनिकेशन लागू करें।
- आवश्यकता होने पर तापमान नियंत्रित करें।
- सोनिकेशन से तैयार नैनोपरिक्षेपण को सीमेंट, रेत और मोर्टार के अन्य घटकों में मिलाएँ।
- पेस्ट या मोर्टार की अंतिम वांछित गाढ़ापन अवस्था प्राप्त होने तक मिलाएँ।
यह मार्ग सीमेंट पाउडर में नैनोकणों के शुष्क मिश्रण की तुलना में बेहतर नियंत्रण प्रदान करता है। यह इस संभावना को भी बढ़ाता है कि जलयोजन और जमना शुरू होने से पहले ही नैनोसामग्रियाँ अलग हो चुकी हों, भीग चुकी हों और समान रूप से वितरित हो चुकी हों।
प्रोब प्रकार का सोनिकेटर UP400ST अति महीन सीमेंट ग्राउट के परिक्षेपण के लिए
(अध्ययन और चित्र: ©Draganovic et al., 2020)
उच्च प्रदर्शन वाले सीमेंट के उत्पादन के आर्थिक लाभ
नैनो-योजक महँगे हो सकते हैं, और उनका उपयोग तभी उचित है जब उनसे प्रदर्शन में मापनीय सुधार मिले। खराब परिक्षेपण से सामग्री की बर्बादी होती है। समुच्चयित ग्रैफीन या CNTs अपेक्षित प्रबलन प्रदान किए बिना फ़ॉर्मूलेशन की लागत बढ़ाते हैं। इसके विपरीत, अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण नैनोसामग्रियों के प्रभावी उपयोग में सुधार करता है।
आर्थिक लाभों में शामिल हैं:
- योजक की कम बर्बादी: नैनोसामग्री का अधिक हिस्सा समुच्चयों में फँसा रहने के बजाय प्रदर्शन में योगदान देता है।
- फ़ॉर्मूलेशन का कम जोखिम: एकसमान परिक्षेपण विफल बैचों और अस्थिर परीक्षण परिणामों को कम करता है।
- अधिक तेज़ अनुसंधान एवं विकास चक्र: नियंत्रित सोनिकेशन मापदंडों के साथ फ़ॉर्मूलेशनों की छँटाई की जा सकती है।
- पैमाना बढ़ाने की बेहतर क्षमता: प्रक्रिया मापदंडों को व्यवहार्यता परीक्षण से औद्योगिक उपकरणों में स्थानांतरित किया जा सकता है।
- अधिक मूल्य वाले उत्पाद: अधिक मज़बूत, अधिक टिकाऊ और कार्यात्मक मोर्टार प्रीमियम अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी होते हैं।
- सतत उत्पादन की संभावना: इनलाइन सोनिकेशन वाणिज्यिक विनिर्माण के लिए उच्च प्रसंस्करण क्षमता संभव बनाता है।
निर्माताओं के लिए मुख्य लाभ केवल परिक्षेपण की बेहतर गुणवत्ता ही नहीं है। यह नैनो-प्रबलित सीमेंट को प्रयोगशाला की अवधारणा से एक नियंत्रित, विस्तार योग्य उत्पादन प्रक्रिया में बदलने की क्षमता भी है।
प्रयोगशाला में फ़ॉर्मूलेशन विकास से औद्योगिक सीमेंट उत्पादन तक
Hielscher की अल्ट्रासोनिक प्रौद्योगिकी का एक प्रमुख लाभ उत्पादन का पैमाना बढ़ाने का व्यावहारिक मार्ग है। नैनो-प्रबलित सीमेंट फ़ॉर्मूलेशन बेंच-टॉप पैमाने पर विकसित किए जा सकते हैं और फिर मूल प्रसंस्करण सिद्धांत को बदले बिना बड़ी प्रणालियों में स्थानांतरित किए जा सकते हैं। उत्पादन के लिए परिक्षेपण प्रक्रिया को नए सिरे से विकसित करने के बजाय, निर्माता अल्ट्रासोनिक शक्ति, प्रवाह सेल की ज्यामिति, निवास समय और रिएक्टर विन्यास का पैमाना बढ़ा सकते हैं।
इससे तकनीकी जोखिम कम होता है। इससे सफल मोर्टार नमूनों से वाणिज्यिक उच्च-प्रदर्शन सीमेंट उत्पादों तक पहुँचने का मार्ग भी छोटा होता है।
पैमाना बढ़ाने के एक सामान्य कार्यप्रवाह में शामिल हैं:
- मोर्टार के लक्षित प्रदर्शन और नैनोसामग्री प्रणाली को परिभाषित करें।
- ग्रैफीन, CNT, नैनो-सिलिका या संकर योजकों की छँटाई करें।
- आवश्यक सोनिकेशन तीव्रता और ऊर्जा निवेश निर्धारित करें।
- परिक्षेपण माध्यमों, अधिमिश्रणों और तापमान नियंत्रण को अनुकूलित करें।
- UIP1000hdT या UIP2000hdT प्रणालियों से परीक्षण बैच तैयार करें।
- मोर्टार के गुणों, जैसे मज़बूती, कार्यशीलता और टिकाऊपन का सत्यापन करें।
- उत्पादन के लिए प्रक्रिया को UIP6000hdT या UIP16000hdT क्लस्टरों में स्थानांतरित करें।
- इनलाइन सोनिकेशन को सतत विनिर्माण में एकीकृत करें।
उच्च-प्रदर्शन सीमेंट के लिए उच्च-गुणवत्ता वाला परिक्षेपण आवश्यक है
सीमेंट प्रौद्योगिकी का भविष्य केवल बाइंडर के नए रसायन विज्ञान पर आधारित नहीं है। यह सूक्ष्मसंरचना, कार्यात्मक योजकों और प्रसंस्करण के बेहतर नियंत्रण पर भी निर्भर करता है। ग्रैफीन और CNTs जैसी नैनोसामग्रियाँ अधिक मज़बूत, अधिक चर्मल, अधिक स्मार्ट और अधिक टिकाऊ सीमेंटयुक्त सामग्री बनाने में मदद कर सकती हैं। लेकिन इसके लिए विश्वसनीय परिक्षेपण आवश्यक है।
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर सीमेंट उत्पादकों, निर्माण रसायन निर्माताओं और अनुसंधान संस्थानों को नैनो-योजकों के प्रसंस्करण के लिए ऐसा उपकरण प्रदान करते हैं जिसका पैमाना बढ़ाया जा सकता है। प्रारंभिक चरण के फ़ॉर्मूलेशन विकास से लेकर उच्च प्रसंस्करण क्षमता वाले इनलाइन उत्पादन तक, सोनिकेशन सीमेंट पेस्ट और मोर्टार में नैनोसामग्रियों के परिक्षेपण, परत-वियोजन, विसमुच्चयन और कार्यात्मक संरचना निर्माण में सुधार करता है।
उच्च-प्रदर्शन सीमेंट उत्पादन के लिए अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण स्पष्ट लाभ प्रदान करता है: सामग्री का बेहतर प्रदर्शन, महँगे नैनो-योजकों का अधिक कुशल उपयोग और प्रयोगशाला की सफलता से औद्योगिक विनिर्माण तक का सीधा मार्ग।
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच आयतन | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/min | UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 से 100L | 2 से 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 से 150L | 3 से 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 से 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | इससे अधिक | क्लस्टर जिसमें शामिल हैं UIP16000hdT |
अनुसंधान, व्यवहार्यता परीक्षण और उत्पादन के लिए Hielscher सोनिकेटर
Hielscher प्रयोगशाला, बेंच-टॉप, पायलट और औद्योगिक शक्ति श्रेणियों में अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर उपलब्ध कराता है। यह सीमेंट और मोर्टार विकसित करने वालों के लिए आवश्यक है, क्योंकि नैनो-प्रबलित फॉर्मूलेशन को अक्सर कई चरणों से गुजरना पड़ता है: प्रारंभिक सामग्री की स्क्रीनिंग, परिक्षेपण मापदंडों का विकास, मोर्टार परीक्षण, पायलट बैच और औद्योगिक उत्पादन।
Hielscher का पोर्टफोलियो उत्पादन पैमाने के अनुसार विस्तारित किए जा सकने वाले अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण पर आधारित है। इसमें प्रयोगशाला में विकास, पायलट और बेंच-टॉप परीक्षण, भारी कार्यभार वाले औद्योगिक संचालन तथा प्रवाह सेल और रिएक्टरों का उपयोग करके निरंतर इनलाइन उत्पादन के लिए प्रणालियाँ शामिल हैं।
बेंच-टॉप अनुसंधान और व्यवहार्यता परीक्षण के लिए UIP1000hdT और UIP2000hdT
UIP1000hdT और UIP2000hdT फॉर्मूलेशन विकास, व्यवहार्यता अध्ययन और मध्यम पैमाने के प्रसंस्करण के लिए शक्तिशाली बेंच-टॉप अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर हैं। ये नैनो-प्रबलित सीमेंट फॉर्मूलेशन विकसित करने के लिए उपयुक्त हैं, जहाँ शोधकर्ताओं को नैनोसामग्री के प्रकार, सांद्रता, परिक्षेपक के रसायन, सोनिकेशन की तीव्रता, प्रसंस्करण समय और तापमान नियंत्रण का परीक्षण करना होता है।
ये प्रणालियाँ निम्नलिखित के लिए आदर्श हैं:
- पानी या अधिमिश्रण विलयनों में ग्राफीन और CNT का परिक्षेपण।
- नैनो-प्रबलित सीमेंट पेस्ट का व्यवहार्यता परीक्षण।
- सोनिकेशन ऊर्जा निवेश का अनुकूलन।
- पुनरुत्पादनीय परीक्षण बैचों की तैयारी।
- उच्च-प्रदर्शन मोर्टार फॉर्मूलेशन का विकास।
- प्रवाह सेल विन्यासों के साथ छोटे पैमाने पर निरंतर प्रसंस्करण।
- औद्योगिक उत्पादन से पहले पैमाना बढ़ाने का सत्यापन।
अनुसंधान एवं विकास टीमों के लिए UIP1000hdT और UIP2000hdT चुनौतीपूर्ण नैनोसामग्रियों के लिए आवश्यक प्रक्रिया तीव्रता प्रदान करते हैं, साथ ही इनके विन्यास प्रयोगशाला, तकनीकी केंद्र और पायलट परिवेशों में उपयोग के लिए व्यावहारिक बने रहते हैं।
उच्च प्रसंस्करण क्षमता वाले उत्पादन के लिए UIP6000hdT और UIP16000hdT के क्लस्टर
नैनो-प्रबलित सीमेंट योजकों, नैनोपरिक्षेपणों या उच्च-प्रदर्शन मोर्टार घटकों के व्यावसायिक पैमाने पर उत्पादन के लिए UIP6000hdT और UIP16000hdT जैसे Hielscher औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर को उच्च प्रसंस्करण क्षमता वाले निरंतर प्रसंस्करण हेतु क्लस्टर में विन्यस्त किया जा सकता है।
UIP6000hdT या UIP16000hdT इकाइयों के क्लस्टर निर्माताओं को नियंत्रित अल्ट्रासोनिक ऊर्जा निवेश बनाए रखते हुए प्रसंस्करण क्षमता बढ़ाने में सक्षम बनाते हैं। यह मॉड्यूलर तरीका विशेष रूप से तब उपयोगी होता है जब उत्पादन की मात्रा पायलट पैमाने से पूर्ण पैमाने के विनिर्माण तक बढ़ती है।
औद्योगिक विन्यास निम्नलिखित में सहायक हैं:
- ग्राफीन, CNT और नैनो-योजकों का निरंतर इनलाइन परिक्षेपण।
- नैनोसामग्री के मास्टर परिक्षेपणों का उच्च क्षमता से प्रसंस्करण।
- सीमेंट अधिमिश्रण या शुष्क-मिश्रित मोर्टार उत्पादन लाइनों में एकीकरण।
- क्षमता बढ़ाने के लिए अल्ट्रासोनिक रिएक्टरों का समानांतर संचालन।
- सुदृढ़ 24/7 उत्पादन परिवेश।
- एकसमान उत्पाद गुणवत्ता के लिए प्रक्रिया नियंत्रण और निगरानी।
Hielscher की औद्योगिक प्रणालियाँ कठिन आवश्यकताओं वाले निरंतर संचालन के लिए प्रस्तुत की जाती हैं, और उच्च-शक्ति इकाइयाँ प्रति उपकरण 16 kW तक उपलब्ध हैं।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
सीमेंट और मोर्टार को नैनोसामग्रियों से प्रबलित क्यों किया जाता है?
सीमेंट और मोर्टार को नैनोसामग्रियों से प्रबलित किया जाता है, ताकि सूक्ष्मसंरचनात्मक स्तर पर उनके यांत्रिक प्रदर्शन, टिकाऊपन और कार्यात्मक प्रदर्शन में सुधार हो। ग्राफीन, कार्बन नैनोट्यूब, नैनो-सिलिका, नैनो-क्ले और धातु ऑक्साइड नैनोकणों जैसी नैनोसामग्रियाँ नैनोपैमाने के रंध्रों को भर सकती हैं, सीमेंट के जलयोजन उत्पादों के लिए न्यूक्लिएशन स्थल प्रदान कर सकती हैं और कठोर हो चुके मैट्रिक्स का संकुलन घनत्व बढ़ा सकती हैं।
अपने उच्च विशिष्ट पृष्ठीय क्षेत्रफल और उच्च आस्पेक्ट अनुपात के कारण, नैनोसामग्रियाँ भार हस्तांतरण बढ़ा सकती हैं, सूक्ष्म दरारों के आर-पार सेतु बना सकती हैं और दरारों के प्रसार में विलंब कर सकती हैं। इससे संपीडन सामर्थ्य, आनमनी सामर्थ्य, तनन प्रतिरोध, विभंग चर्मलता और अपघर्षण प्रतिरोध बढ़ सकता है।
नैनोसामग्रियाँ सीमेंटयुक्त सामग्रियों की रंध्र संरचना को भी संशोधित करती हैं। अधिक सघन और अधिक परिष्कृत रंध्र नेटवर्क पारगम्यता, जल अवशोषण, क्लोराइड के प्रवेश, कार्बोनेशन और रासायनिक आक्रमण को कम करता है। इससे टिकाऊपन बेहतर होता है और सेवा जीवन बढ़ता है।
कुछ नैनोसामग्रियाँ यांत्रिक प्रबलन के अतिरिक्त कार्यात्मक गुण भी प्रदान करती हैं। ग्राफीन और कार्बन नैनोट्यूब विद्युत और तापीय चालकता बढ़ा सकते हैं, जिससे स्व-संवेदी सीमेंट, संरचनात्मक स्वास्थ्य निगरानी, स्थैतिक विद्युत रोधी सामग्रियाँ, विद्युतचुंबकीय परिरक्षण या स्मार्ट अवसंरचना संबंधी अनुप्रयोग संभव होते हैं।
व्यावहारिक रूप से, नैनो-प्रबलन सीमेंट और मोर्टार उत्पादकों को ऐसी उच्चतर प्रदर्शन वाली सामग्रियों के सूत्रीकरण में सक्षम बनाता है, जिनमें बाइंडर की मात्रा के सापेक्ष सामर्थ्य की दक्षता बेहतर हो, टिकाऊपन बेहतर हो और अतिरिक्त कार्यक्षमता हो। मुख्य आवश्यकता समांगी परिक्षेपण है, क्योंकि समुच्चयित नैनोसामग्रियाँ प्रबलन के बजाय दोषों के रूप में कार्य करती हैं।
सीमेंट पेस्ट की तापीय प्रतिक्रिया सीमेंट की गुणवत्ता के लिए किस प्रकार प्रासंगिक है?
जब सीमेंट पानी के साथ अभिक्रिया करता है, तो जलयोजन अभिक्रियाएँ ऊष्मा मुक्त करती हैं। IR थर्मोग्राफी समय के साथ पेस्ट की सतह के तापमान में होने वाले परिवर्तन को दर्ज करती है, इसलिए परिणामी तापीय वक्र सीमेंट प्रणाली की व्यावहारिक पहचान के रूप में कार्य करता है। हाल के शोध ने दिखाया है कि IR थर्मोग्राफी जलयोजन वक्रों को ट्रैक कर सकती है और समतापीय कैलोरीमिति के साथ मजबूत सहसंबंध रखते हुए जमने के समय का पूर्वानुमान लगा सकती है; साथ ही, यह कार्यस्थल की परिस्थितियों में उपयोग के लिए अधिक अनुकूलनीय और गैर-आक्रामक है।
सीमेंट की गुणवत्ता के लिए सबसे प्रासंगिक मापदंड हैं:
- जलयोजन की शुरुआत: यह दिखाती है कि पानी मिलाने के बाद बाइंडर कितनी जल्दी अभिक्रिया शुरू करता है।
- तापमान बढ़ने की दर: यह जलयोजन की अभिक्रिया गतिकी और प्रारंभिक अभिक्रियाशीलता को दर्शाती है।
- अधिकतम तापमान: यह ऊष्मा मुक्त होने की तीव्रता को दर्शाता है और सीमेंट की महीनता, क्लिंकर की प्रावस्था संरचना, पूरक सीमेंटयुक्त पदार्थों या अधिमिश्रण की खुराक में अंतर उजागर कर सकता है।
- तापीय शिखर तक पहुँचने का समय: यह जमने के समय और प्रारंभिक सामर्थ्य के विकास से संबंधित है।
- पूरे नमूने में तापीय एकरूपता: यह खराब मिश्रण, पृथक्करण, समुच्चयों, पानी के असंगत वितरण या योजक के असमान परिक्षेपण को उजागर करती है।
- बैचों के बीच तुलना: इससे सीमेंट की गुणवत्ता, अधिमिश्रण की अनुकूलता या जल-सीमेंट अनुपात में विचलनों अथवा फॉर्मूलेशन संबंधी त्रुटियों का पता लगाना संभव होता है।
गुणवत्ता नियंत्रण में IR थर्मोग्राफी विशेष रूप से उपयोगी है, क्योंकि यह अविनाशी, संपर्करहित और दृश्य रूप से सहज बोधगम्य है।
नैनोपदार्थों का अल्ट्रासोनिक परत-वियोजन क्या है?
साधारण परिक्षेपण के अतिरिक्त, अल्ट्रासाउंड का उपयोग नैनोपदार्थों के परत-वियोजन के लिए किया जा सकता है। यह विशेष रूप से ग्रैफाइट, ग्रैफीन नैनोप्लेटलेट्स, ग्रैफीन ऑक्साइड की परतों के ढेर या नैनो-क्ले जैसे परतदार नैनोपदार्थों के लिए प्रासंगिक है। परत-वियोजन सक्रिय पृष्ठीय क्षेत्रफल बढ़ाता है और सीमेंटयुक्त मैट्रिक्स में पदार्थ के प्रबलन प्रभाव को बेहतर बना सकता है।
सीमेंट संबंधी अनुप्रयोगों में, परत-वियोजित ग्रैफीन प्लेटलेट्स जलयोजन उत्पादों के साथ बेहतर अंतःक्रिया करते हैं और सूक्ष्मसंरचना के विकास पर अधिक प्रभाव डालते हैं। यह निम्नलिखित के लिए प्रासंगिक है:
- ग्रैफीन से उन्नत सीमेंट पेस्ट
- ग्रैफीन ऑक्साइड से संशोधित मोर्टार
- नैनो-क्ले से प्रबलित सीमेंटयुक्त पदार्थ
- हाइब्रिड ग्रैफीन-CNT प्रणालियाँ
- चालक सीमेंट कंपोज़िट
- उच्च सामर्थ्य और अति-उच्च प्रदर्शन वाले सीमेंटयुक्त कंपोज़िट
अल्ट्रासोनिक ग्रैफीन परत-वियोजन के बारे में अधिक जानें!
अल्ट्रासोनिक CNT वितरण और परस्पर गुंथन का क्या लाभ है
कार्बन नैनोट्यूब अत्यधिक प्रभावी नैनो-प्रबलक हैं, लेकिन उनका परिक्षेपण चुनौतीपूर्ण है, क्योंकि CNTs स्वाभाविक रूप से बंडल और आपस में उलझे हुए समुच्चय बनाते हैं। अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण बंडलों को अलग कर सकता है और CNTs को पूरी द्रव प्रावस्था में वितरित कर सकता है। उचित नियंत्रण के साथ, सोनिकेशन मोर्टार मैट्रिक्स में अलग-अलग गुच्छों के बजाय एक कार्यात्मक नैनोट्यूब नेटवर्क बनाने में मदद कर सकता है।
यह सीमेंट के यांत्रिक और कार्यात्मक, दोनों प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। एक वितरित CNT नेटवर्क दरारों के आर-पार सेतु निर्माण, विद्युत चालकता, यांत्रिक भार के कारण विद्युत प्रतिरोध में परिवर्तन पर आधारित संवेदन व्यवहार और स्मार्ट सीमेंटयुक्त सामग्रियों में योगदान दे सकता है। उदाहरण के लिए, CNT-संशोधित मोर्टार का उपयोग संरचनात्मक स्वास्थ्य निगरानी, स्व-संवेदी कंक्रीट, विद्युत चालक मरम्मत सामग्रियों या उन्नत प्रीकास्ट घटकों में किया जा सकता है।
उद्देश्य केवल CNTs को “मिला देना” नहीं, बल्कि सीमेंट मैट्रिक्स के भीतर उनकी स्थिति और अंतःक्रिया को अभिकल्पित करना है। अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण सूत्रीकरण विकसित करने वालों को इस संरचना को समायोजित करने का एक व्यावहारिक साधन देता है।
अल्ट्रासोनिक CNT परिक्षेपण के बारे में और पढ़ें!
साहित्य / संदर्भ
- Dalla, Panagiota T., Ilias K. Tragazikis, George Trakakis, Costas Galiotis, Konstantinos G. Dassios, Theodore E. Matikas (2021): Multifunctional Cement Mortars Enhanced with Graphene Nanoplatelets and Carbon Nanotubes. Sensors 21, no. 3: 933.
- Ilias Κ. Tragazikis, Konstantinos G. Dassios, Panagiota T. Dalla, Dimitrios A. Exarchos, Theodore E. Matikas (2019): Acoustic emission investigation of the effect of graphene on the fracture behavior of cement mortars. Engineering Fracture Mechanics, Volume 210, 2019. 444-451.
- Bibi, U., Bahrami, A., Shabbir, F., Imran, M., Nasir, M. A., Ahmad, A. (2023): Graphene-Based Strain Sensing of Cementitious Composites with Natural and Recycled Sands. Sensors, 23(16), 2023. 7175.
- Farmaki, S. G., Dalla, P. T., Exarchos, D. A., Dassios, K. G., & Matikas, T. E. (2025): Thermal and Electrical Properties of Cement-Based Materials Reinforced with Nano-Inclusions. Nanomanufacturing, 5(3), 13; 2025.
- उच्च दक्षता
- अत्याधुनिक प्रौद्योगिकी
- विश्वसनीयता और मजबूती
- समायोज्य, सटीक प्रक्रिया नियंत्रण
- बैच और इनलाइन
- किसी भी आयतन के लिए
- बुद्धिमान सॉफ़्टवेयर
- स्मार्ट सुविधाएँ (जैसे, प्रोग्राम करने की क्षमता, डेटा रिकॉर्डिंग, रिमोट कंट्रोल)
- संचालन में आसान और सुरक्षित
- कम रखरखाव
- CIP (उपकरण को उसके स्थान पर ही साफ़ करना)
Hielscher Ultrasonics उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र प्रयोगशाला से लेकर औद्योगिक आकार तक बनाता है।

