सोनिकेशन द्वारा जलीय निलंबन में परिक्षेपित नैनोडायमंड
Hielscher सोनिकेटरों का उपयोग करके नैनोडायमंड परिक्षेपण तेजी से और कुशलतापूर्वक तैयार किए जा सकते हैं। जलीय निलंबन में, अल्ट्रासोनिक समुच्चय विघटन से समुच्चयों का विश्वसनीय विघटन और स्थिर कोलॉइड का निर्माण सुनिश्चित होता है। pH समायोजन के लिए केवल नमक मिलाने के साथ संयोजित करने पर, यह विधि एक सरल, सस्ता और संदूषक-मुक्त तरीका प्रदान करती है। इसका पैमाना बढ़ाने की क्षमता और सरल कार्यान्वयन के कारण, अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण न केवल प्रयोगशाला अनुसंधान, बल्कि औद्योगिक पैमाने पर नैनोडायमंड प्रसंस्करण के लिए भी अत्यंत उपयुक्त है।
कुशल और संदूषण-मुक्त नैनोडायमंड समुच्चय विघटन
जैवचिकित्सा, क्वांटम प्रौद्योगिकियों, घर्षण विज्ञान और उन्नत कंपोज़िट में नैनोडायमंड का उपयोग बढ़ रहा है, फिर भी कठोर समुच्चय बनाने की उनकी अंतर्निहित प्रवृत्ति अक्सर उनके प्रदर्शन को सीमित करती है। इसलिए सटीक अभिलक्षणन और विश्वसनीय अनुप्रयोग के लिए अलग-अलग कणों के स्थिर कोलॉइड प्राप्त करना एक पूर्वापेक्षा है। पारंपरिक समुच्चय विघटन विधियाँ अक्सर कठोर मिलिंग तकनीकों पर निर्भर करती हैं, जिनसे ज़िरकोनिया या अन्य अशुद्धियाँ मिल जाती हैं, जिससे शुद्धिकरण जटिल हो जाता है और जैवचिकित्सीय उपयोग सीमित होता है। अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण एक तेज़, संदूषक-मुक्त विकल्प प्रदान करता है, जिसका पैमाना बढ़ाया जा सकता है। जलीय माध्यमों में ध्वनिक कैविटेशन का उपयोग करके, प्रोब-प्रकार के सोनिकेटर समुच्चयों को कुशलतापूर्वक तोड़कर एकल-अंकीय आकार वाले नैनोडायमंड में बदल देते हैं। नमक की सहायता से pH में सरल बदलाव के साथ संयोजित करने पर, यह विधि विषैले उपोत्पाद मिलाए बिना व्यापक pH परास में स्थिर कोलॉइड उत्पन्न करती है, जिससे यह प्रयोगशाला अनुसंधान और औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन, दोनों के लिए अत्यंत आकर्षक बनती है।
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटरों का उपयोग करके नैनोडायमंड को कुशलतापूर्वक और विश्वसनीय रूप से परिक्षेपित किया जा सकता है।
जलीय नैनोडायमंड स्लरी के औद्योगिक इनलाइन उत्पादन के लिए अल्ट्रासोनिक प्रवाह-पार रिएक्टर।
नैनोडायमंड की अल्ट्रासोनिक मिलिंग और परिक्षेपण कैसे काम करते हैं?
अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण में स्वयं नैनोडायमंड का उपयोग मिलिंग माध्यम के रूप में किया जाता है। उच्च-शक्ति वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों से उत्पन्न ध्वनिक कैविटेशन द्रव में उच्च गति के प्रवाह पैदा करता है। ये द्रव प्रवाह स्लरी में कणों (जैसे, हीरों) को त्वरित करते हैं, जिससे कण 280km/s तक की गति से टकराते हैं और टूटकर अत्यंत सूक्ष्म नैनो-आकार के कणों में बदल जाते हैं। इससे अल्ट्रासोनिक मिलिंग और परिक्षेपण एक सरल, सस्ती और संदूषक-मुक्त तकनीक बनती है, जो विश्वसनीय रूप से नैनोडायमंड के गुच्छों को तोड़कर ऐसे नैनो-आकार के कणों में बदलती है जो व्यापक pH परास में जलीय कोलॉइडी विलयन में स्थिर रहते हैं। जलीय स्लरी में नैनोडायमंड को स्थिर करने के लिए नमक (सोडियम क्लोराइड) का उपयोग किया जाता है।
विश्लेषण-पूर्व नमूना तैयारी के लिए अल्ट्रासोनिक नैनोडायमंड समुच्चय विघटन के बारे में और जानें!
- नैनो-आकार तक अत्यंत कुशल परिक्षेपण
- त्वरित
- गैर-विषैला, विलायक-मुक्त
- ऐसी कोई अशुद्धियाँ नहीं जिन्हें हटाना कठिन हो
- ऊर्जा और लागत की बचत
- किसी भी उत्पादन पैमाने तक रैखिक रूप से विस्तार की क्षमता
- पर्यावरण के अनुकूल
अल्ट्रासोनिक नैनोडायमंड मिलिंग बीड मिलों से बेहतर है
प्रोब-प्रकार के अल्ट्रासोनिकेटर अत्यंत प्रभावी मिल हैं और औद्योगिक पैमाने पर नैनोडायमंड निलंबनों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए एक स्थापित मिलिंग तकनीक हैं। चूँकि अल्ट्रासोनिक मिल नैनोडायमंडों को ही मिलिंग माध्यम के रूप में उपयोग करती हैं, इसलिए मिलिंग माध्यम से होने वाला संदूषण, जैसे ज़िरकोनिया बीड्स से होने वाला संदूषण, पूरी तरह टल जाता है। इसके बजाय, अल्ट्रासोनिक कैविटेशन बल कणों को त्वरित करते हैं, जिससे नैनोडायमंड आपस में तीव्रता से टकराते हैं और टूटकर एकसमान नैनो-आकार के हो जाते हैं। अल्ट्रासोनिक रूप से प्रेरित यह अंतरकणीय टक्कर एकसमान रूप से वितरित नैनोपरिक्षेपणों के उत्पादन की एक अत्यंत कुशल और विश्वसनीय विधि है।
अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण और समुच्चय विघटन की विधि में pH विनियमन और अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण के स्थिरीकरण के लिए सोडियम क्लोराइड या सुक्रोज़ जैसे जल में घुलनशील, गैर-विषैले और संदूषण न फैलाने वाले योजकों का उपयोग किया जाता है। सोडियम क्लोराइड या सुक्रोज़ की ये क्रिस्टलीय संरचनाएँ अतिरिक्त रूप से मिलिंग माध्यम का काम भी करती हैं और इस प्रकार अल्ट्रासोनिक मिलिंग प्रक्रिया में सहायता करती हैं। मिलिंग प्रक्रिया पूरी होने पर, इन योजकों को केवल पानी से धोकर आसानी से हटाया जा सकता है, जो सिरेमिक बीड्स का उपयोग करने वाली प्रक्रिया की तुलना में एक उल्लेखनीय लाभ है। एट्रिटर जैसी पारंपरिक बीड मिलिंग प्रणालियाँ अघुलनशील सिरेमिक मिलिंग माध्यमों (जैसे बॉल्स, बीड्स या पर्ल्स) का उपयोग करती हैं, जिनके घिसकर निकले अवशेष अंतिम परिक्षेपण को संदूषित करते हैं। मिलिंग माध्यम से होने वाले संदूषण को हटाने के लिए जटिल पश्च-प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है और इसमें समय तथा लागत दोनों अधिक लगते हैं।
अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण तकनीक संकीर्ण कण आकार वितरण वाले जलीय नैनोडायमंड निलंबनों का प्रभावी ढंग से उत्पादन करती है।
(अध्ययन और चित्र: ©Turcheniuk et al., 2016)
UP400St अल्ट्रासोनिकेटर, जो जलीय कोलॉइडी विलयन में नैनोडायमंडों को परिक्षेपित करता है
नैनोडायमंडों के कणों का आकार घटाने के लिए अल्ट्रासोनिकेटर UIP1000hdT का उपयोग। लाल वक्र उस नमूने को दर्शाता है जिसका सोनिकेशन नहीं किया गया है; अन्य वक्र बढ़ते अल्ट्रासोनिक ऊर्जा निवेश के साथ आगे बढ़ती परिक्षेपण प्रक्रिया को दर्शाते हैं।
अल्ट्रासोनिक नैनोडायमंड परिक्षेपण के लिए उदाहरणात्मक प्रोटोकॉल
पानी में लवण की सहायता से नैनोडायमंडों का अल्ट्रासोनिक समुच्चय विघटन:
10 g सोडियम क्लोराइड और 0.250 g नैनोडायमंड पाउडर के मिश्रण को चीनी मिट्टी की ओखली और मूसल से हाथ से थोड़ी देर पीसा गया और 5 mL विआयनीकृत (DI) जल के साथ 20 mL की काँच की शीशी में रखा गया। तैयार नमूने का प्रोब-प्रकार के अल्ट्रासोनिकेटर से 60% आउटपुट शक्ति और 50% ड्यूटी चक्र पर 100 min तक सोनिकेशन किया गया। सोनिकेशन के बाद, नमूने को 50 mL की दो प्लास्टिक Falcon अपकेंद्रण नलियों में बराबर बाँटा गया और आसुत जल में परिक्षेपित करके कुल आयतन 100 mL (2 × 50 mL) तक किया गया। फिर प्रत्येक नमूने को Eppendorf अपकेंद्रित्र 5810-R में 4000 rpm और 25°C पर 10 min तक अपकेंद्रित किया गया और साफ अधिप्लावी द्रव को हटा दिया गया। इसके बाद गीले ND अवक्षेपों को आसुत जल में पुनः परिक्षेपित किया गया (कुल आयतन 100 mL) और दूसरी बार 12,000 rpm तथा 25 °C पर 1 h तक अपकेंद्रित किया गया। एक बार फिर साफ अधिप्लावी द्रव को हटा दिया गया और गीले नैनोडायमंड अवक्षेपों को पुनः परिक्षेपित किया गया, इस बार अभिलक्षणन के लिए 5 mL आसुत जल में। एक मानक AgNO3 परीक्षण में Cl− की पूर्ण अनुपस्थिति पाई गई। यह परीक्षण लवण की सहायता से अल्ट्रासोनिक रूप से समुच्चय-विघटित उन नैनोडायमंडों पर किया गया था जिन्हें ऊपर वर्णित तरीके से आसुत जल से दो बार धोया गया था। नमूनों से पानी के वाष्पीकरण के बाद, काले ठोस नैनोडायमंड “चिप्स” का निर्माण देखा गया, जिनकी प्राप्त मात्रा ∼200 mg या प्रारंभिक नैनोडायमंड द्रव्यमान की 80% थी। (नीचे दिया गया चित्र देखें)
(तुलना करें: Turcheniuk et al., 2016)
अल्ट्रासोनिक रूप से परिक्षेपित नैनोडायमंडों का सूखा नमूना।
(अध्ययन और चित्र: ©Turcheniuk et al., 2016)
नैनोडायमंड परिक्षेपणों के लिए उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिकेटर
Hielscher Ultrasonics नैनोडायमंड स्लरी, पॉलिशिंग माध्यम और नैनोकंपोज़िट के निर्माण जैसे कठिन औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक मिलिंग और परिक्षेपण उपकरणों का डिज़ाइन, निर्माण और वितरण करता है। Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर का उपयोग दुनिया भर में नैनो-सामग्रियों को जलीय कोलॉइडी निलंबनों, पॉलिमर, रेज़िन, कोटिंग और अन्य उच्च-प्रदर्शन वाली सामग्रियों में परिक्षेपित करने के लिए किया जाता है।
Hielscher अल्ट्रासोनिक परिक्षेपक कम से लेकर अधिक श्यानता वाली सामग्रियों के प्रसंस्करण में विश्वसनीय और कुशल हैं। प्रारंभिक सामग्रियों और लक्षित अंतिम कण आकार के अनुसार, सर्वोत्तम प्रक्रिया परिणामों के लिए अल्ट्रासोनिक तीव्रता को सटीक रूप से समायोजित किया जा सकता है।
श्यान पेस्ट, नैनो-सामग्रियों और उच्च ठोस सांद्रता वाली सामग्रियों के प्रसंस्करण के लिए अल्ट्रासोनिक परिक्षेपक में लगातार उच्च आयाम उत्पन्न करने की क्षमता होनी चाहिए। Hielscher Ultrasonics के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर पूर्ण भार पर निरंतर संचालन के दौरान बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं। 24/7 संचालन में 200µm तक के आयामों पर आसानी से काम किया जा सकता है। अधिक ठोस सामग्री वाली नैनो-स्लरी, नैनो-सुदृढ़ीकृत पॉलिमर मिश्रणों और नैनोकंपोज़िट के सर्वोत्तम सूत्रीकरण हेतु अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया की स्थितियों को अनुकूलित करने के लिए अल्ट्रासोनिक परिक्षेपक को उच्च आयामों पर चलाने और आयाम को सटीक रूप से समायोजित करने का विकल्प आवश्यक है।
अल्ट्रासोनिक आयाम के अलावा, दाब एक अन्य अत्यंत महत्वपूर्ण प्रक्रिया पैरामीटर है। बढ़े हुए दाब पर अल्ट्रासोनिक कैविटेशन की तीव्रता और उसके अपरूपण बल बढ़ जाते हैं। Hielscher के अल्ट्रासोनिक रिएक्टरों को दाबित किया जा सकता है, जिससे अधिक तीव्र सोनिकेशन परिणाम प्राप्त होते हैं।
निरंतर प्रक्रिया मानकीकरण और उत्पाद गुणवत्ता के लिए प्रक्रिया की निगरानी और डेटा रिकॉर्डिंग महत्वपूर्ण हैं। अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण प्रक्रिया की निगरानी और नियंत्रण के लिए प्लग से जोड़े जा सकने वाले दाब और तापमान सेंसर तारों के माध्यम से अल्ट्रासोनिक जनरेटर से जुड़ते हैं। अल्ट्रासोनिक ऊर्जा (शुद्ध + कुल), तापमान, दाब और समय जैसे सभी महत्वपूर्ण प्रसंस्करण पैरामीटर स्वचालित रूप से दर्ज किए जाते हैं और अंतर्निहित SD-कार्ड में संग्रहित होते हैं। स्वचालित रूप से दर्ज किए गए प्रक्रिया डेटा तक पहुँचकर आप पिछले सोनिकेशन चक्रों की समीक्षा और प्रक्रिया परिणामों का मूल्यांकन कर सकते हैं।
हमारे डिजिटल अल्ट्रासोनिक सिस्टम की एक अन्य उपयोगकर्ता-अनुकूल सुविधा ब्राउज़र के माध्यम से रिमोट कंट्रोल है। ब्राउज़र रिमोट कंट्रोल के माध्यम से आप कहीं से भी अपने अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर को दूरस्थ रूप से शुरू और बंद कर सकते हैं, समायोजित कर सकते हैं तथा उसकी निगरानी कर सकते हैं।
मिलिंग और नैनो-परिक्षेपण के लिए हमारे उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र के बारे में अधिक जानने हेतु अभी हमसे संपर्क करें!
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच आयतन | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/min | UP100H |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/min | UP200Ht, 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 | UIP16000 |
| n.a. | अधिक | समूहबद्ध UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर मिश्रण अनुप्रयोगों, परिक्षेपण, पायसीकरण और निष्कर्षण के लिए उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बनाता है।
साहित्य / संदर्भ
- 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 उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बनाता है, जिनके आकार प्रयोगशाला स्तर से लेकर औद्योगिक स्तर तक होते हैं।