Nanodijamanti raspršeni u vodenoj suspenziji sonikacijom

Nanodijamantne disperzije su učinkovite i brzo proizvedene pomoću ultrazvučnih raspršivača. Ultrazvučna deagregacija i disperzija nanodijamanata može se pouzdano izvesti u vodenoj suspenziji. Tehnika ultrazvučne disperzije koristi sol za pH modifikaciju i stoga je laka, jeftina tehnika bez kontaminanata, koja se lako može koristiti u industrijskim razmjerima.

Nanodijamanti mogu biti učinkoviti i pouzdano raspršeni pomoću Hielscher ultrasonicators.

Kako radi ultrazvučno mljevenje i disperzija nanodijamanata?

Ultrazvučna disperzija koristi same nanodijamante kao medij za mljevenje. Akustična kavitacija koju stvaraju ultrazvučni valovi velike snage stvara strujanje tekućine velikom brzinom. Ti tekući tokovi ubrzavaju čestice (npr. dijamante) u kaši tako da se čestice sudaraju brzinom do 280 km/s i razbijaju se u sitne čestice nano veličine. To čini ultrazvučno mljevenje i disperziju jednostavnom, jeftinom tehnikom bez kontaminanata, koja pouzdano deaglomerira nanodijamant u čestice nano veličine stabilne u vodenoj koloidnoj otopini u širokom pH rasponu. Sol (natrijev klorid) se koristi za stabilizaciju nanodijamanata u vodenoj kaši.

Ultrazvučno nanodijamantno glodanje izvrsno mlinovi za perle

Ultrazvučni uređaji tipa sonde vrlo su učinkoviti mlinovi i etablirana su tehnika mljevenja za veliku proizvodnju suspenzija nanodijamanata u industrijskim razmjerima. Budući da ultrazvučni mlinovi koriste nanodijamante kao medij za mljevenje, potpuno je izbjegnuta kontaminacija kroz medij za mljevenje, npr. od cirkonijevih kuglica. Umjesto toga, ultrazvučne kavitacijske sile ubrzavaju čestice tako da se nanodijamanti žestoko sudaraju jedni s drugima i razbijaju do jedinstvene nano veličine. Ovaj ultrazvučno inducirani međučestični sudar vrlo je učinkovita i pouzdana metoda za proizvodnju ravnomjerno raspoređenih nanodisperzija.
Metoda ultrazvučne disperzije i deagregacije koristi aditive topive u vodi, netoksične i nezagađujuće, kao što su natrijev klorid ili saharoza za regulaciju pH i stabilizaciju ultrazvučne disperzije. Ove kristalne strukture natrijevog klorida ili saharoze dodatno djeluju kao mediji za mljevenje, čime podržavaju postupak ultrazvučnog mljevenja. Kada je proces mljevenja završen, ovi dodaci se mogu lako ukloniti jednostavnim ispiranjem vodom, što je izuzetna prednost u odnosu na procesne keramičke kuglice. Tradicionalno mljevenje kuglica kao što su atritori koriste netopive keramičke medije za mljevenje (npr. kuglice, kuglice ili bisere), čiji abrazirani ostaci kontaminiraju konačnu disperziju. Uklanjanje onečišćenja uzrokovanog medijima za mljevenje uključuje složenu naknadnu obradu te je dugotrajan i skup.

Ultrazvučna tehnologija raspršivanja učinkovito proizvodi vodene suspenzije nanodijamanata s uskom distribucijom veličine čestica.
(Studija i grafički prikaz: ©Turcheniuk et al., 2016.)

Ogledni protokol za ultrazvučnu disperziju nanodijamanta

Ultrazvučna deagregacija nanodijamanata u vodi uz pomoć soli:
Smjesa od 10 g natrijevog klorida i 0,250 g praha nanodijamanta kratko je samljevena ručno pomoću porculanskog tarionika i tučka i stavljena u staklenu bočicu od 20 mL zajedno s 5 mL DI vode. Pripremljeni uzorak sonikiran je pomoću ultrazvučnog uređaja tipa sonde 100 minuta pri 60% izlazne snage i 50% radnog ciklusa. Nakon sonikacije, uzorak je jednako podijeljen između dvije plastične Falconove epruvete za centrifugiranje od 50 mL i dispergiran u destiliranoj vodi do ukupnog volumena od 100 mL (2 × 50 mL). Svaki uzorak je potom centrifugiran korištenjem Eppendorf centrifuge 5810-R pri 4000 okretaja u minuti i 25°C tijekom 10 minuta, a bistri supernatant je odbačen. Mokri precipitati ND zatim su ponovno dispergirani u destiliranoj vodi (100 mL ukupnog volumena) i centrifugirani drugi put na 12000 okretaja u minuti i 25 °C tijekom 1 sata. Još jednom je bistri supernatant odbačen, a vlažni precipitati nanodijamanta su ponovno dispergirani, ovaj put u 5 mL destilirane vode za karakterizaciju. Standardna analiza AgNO3 pokazala je potpunu odsutnost Cl⁻ u ultrazvučno deagregiranim nanodijamantima potpomognutim solju ispranim destiliranom vodom dva puta kako je gore opisano. Nakon isparavanja vode iz uzoraka, uočeno je formiranje crnih čvrstih nanodijamantnih "čipova" s prinosom od ~200 mg ili 80% početne mase nanodijamanta. (vidi sliku ispod)
(usp. Turcheniuk i sur., 2016.)

Osušeni uzorak ultrazvučno dispergiranih nanodijamanata.
(Studija i grafički prikaz: ©Turcheniuk et al., 2016.)

Ultrazvučni uređaji visokih performansi za disperzije nanodijamanata

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučnu opremu za mljevenje i raspršivanje visokih performansi za zahtjevne primjene kao što je proizvodnja nanodijamantnih kaša, medija za poliranje i nanokompozita. Hielscher ultrasonicators koriste se diljem svijeta za raspršivanje nanomaterijala u vodene koloidne suspenzije, polimere, smole, premaze i druge materijale visokih performansi.
Hielscher ultrazvučni raspršivači su pouzdani i učinkoviti u obradi niske do visoke viskoznosti. Ovisno o ulaznim materijalima i ciljanoj konačnoj veličini čestica, ultrazvučni intenzitet može se precizno prilagoditi za optimalne rezultate procesa.
Za obradu viskoznih pasta, nanomaterijala i visokih koncentracija krutih tvari, ultrazvučni raspršivač mora biti sposoban proizvoditi kontinuirano visoke amplitude. Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude u kontinuiranom radu pod punim opterećenjem. Amplitude do 200 µm mogu se lako pokrenuti u radu 24/7. Mogućnost rada ultrazvučnog raspršivača pri visokim amplitudama i preciznog podešavanja amplitude neophodna je za prilagodbu uvjeta ultrazvučnog procesa za optimalnu formulaciju visoko punjenih nano-mulja, nano-ojačanih polimernih smjesa i nanokompozita.
Osim ultrazvučne amplitude, tlak je još jedan vrlo važan procesni parametar. Pod povišenim tlakom pojačava se intenzitet ultrazvučne kavitacije i njezine posmične sile. Hielscherovi ultrazvučni reaktori mogu biti pod tlakom čime se dobivaju pojačani rezultati sonikacije.
Praćenje procesa i bilježenje podataka važni su za kontinuiranu standardizaciju procesa i kvalitetu proizvoda. Priključni senzori tlaka i temperature povezuju se s ultrazvučnim generatorom za praćenje i kontrolu procesa ultrazvučne disperzije. Svi važni parametri obrade kao što su ultrazvučna energija (neto + ukupna), temperatura, tlak i vrijeme automatski se protokoliraju i pohranjuju na ugrađenu SD karticu. Pristupom automatski snimljenim procesnim podacima, možete revidirati prethodne sonikacijske radove i procijeniti rezultate procesa.
Još jedna značajka prilagođena korisniku je daljinsko upravljanje našim digitalnim ultrazvučnim sustavima putem preglednika. Putem daljinskog upravljanja preglednikom možete pokrenuti, zaustaviti, prilagoditi i nadzirati svoj ultrazvučni procesor daljinski s bilo kojeg mjesta.
Kontaktirajte nas sada kako biste saznali više o našim visokoučinkovitim ultrazvučnim homogenizatorima za mljevenje i nano-disperzije!
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: