Egyrétegű amorf szén (MAC) ultrahangos diszperziója folyadékokban
Az egyrétegű amorf szén (MAC) egy új, szénalapú nanoanyag, kivételes mechanikai szilárdsággal, rugalmassággal és vezetőképességgel. A folyékony mátrixokba való integrálása kritikus fontosságú a nagy teljesítményű kompozitokban, energiatárolókban, bevonatokban és elektronikai anyagokban való alkalmazásokhoz. A MAC egyenletes és stabil diszperziójának elérése azonban kihívást jelent az erős van der Waals kölcsönhatások és az aggregálási hajlam miatt. Az ultrahangos diszperzió a Hielscher szonda típusú ultrahangos ultrahangos készülékek segítségével skálázható és rendkívül hatékony megoldást kínál a MAC-klaszterek szétbontására és a folyékony fázisok homogén eloszlásának biztosítására.
A MAC diszperzió kihívásai
Ultravékony szerkezetének és nagy felületi energiájának köszönhetően a MAC folyékony közegbe kerülve természetesen többrétegű kötegekké aggregálódik. A hagyományos keverési vagy nyírási módszerek gyakran nem tudják hatékonyan diszpergálni a MAC-et, ami a következőkhöz vezet:
- Gyenge homogenitás kompozit anyagokban
- Csökkent mechanikai tulajdonságok az agglomeráció miatt
- Korlátozott folyamatméretezhetőség
Az ultrahangos kavitáció nem káros, hatékony és skálázható technikát kínál a diszpergált, egyrétegű MAC eléréséhez különböző oldószerekben, polimer mátrixokban és reaktív készítményekben.
Ultrahangos diszperzió: mechanizmus és előnyök
A szonda típusú ultrahangos készülékek intenzív akusztikus kavitációt generálnak folyadékokban, ami lokalizált nagy nyíróerőt, mikrosugárzást és lökéshullámokat eredményez. Ezek a szélsőséges körülmények hatékonyan bontják szét a MAC aggregátumokat, kibontják és egyenletesen osztják el a nanolemezeket. Az ultrahangos diszperzió legfontosabb előnyei a következők:
- Hatékony hámlasztás: A többrétegű MAC-et egyrétegűvé alakítja
- Nagy stabilitás: Megakadályozza az újbóli aggregációt a felületaktív anyagok és az oldószerek kölcsönhatásainak optimalizálásával
- Folyamat méretezhetősége: Alkalmas laboratóriumi méretű kutatásra, kísérleti gyártásra és teljes körű ipari gyártásra
- Ellenőrzött feldolgozás: Az állítható paraméterek (amplitúdó, idő, nyomás, hőmérséklet) lehetővé teszik az optimalizálást az adott alkalmazásokhoz
Hielscher szonda típusú ultrahangos készülékek: Skálázható megoldások a MAC diszperzióhoz
A Hielscher Ultrasonics a legmodernebb ultrahangos processzorokat kínálja, amelyek a MAC diszperzió minden szintjét kielégítik, a kis laboratóriumi mintáktól a nagyszabású ipari inline folyamatokig. Moduláris és testreszabható rendszereik páratlan pontosságot és hatékonyságot kínálnak.
Ultrahangos UP400St a szén nanorészecskék homogén diszperziójához
Laboratóriumi méretű MAC diszperzió
A kutatás és fejlesztés érdekében a Hielscher ultrahangos modellek UP200Ht (200W) és UP400St (400W) pontos szabályozást biztosítanak a diszperziós paraméterek felett. Ezek az ultrahangos készülékek lehetővé teszik:
- Kis tételű feldolgozás a gyors megvalósíthatósági tanulmányokhoz
- Paraméteroptimalizálás az ideális amplitúdó és feldolgozási időtartam meghatározásához
- Reprodukálhatóság a készítmény finomításához
Kísérleti és közepes méretű gyártás
Kísérleti méretű vagy kisipari termeléshez az UIP1000hdT (1 kW) és az UIP2000hdT (2 kW) megnövelt teljesítményt nyújt, miközben megőrzi a diszperziós minőség finomhangolását. Jellemzőik a következők:
- Folyamatos feldolgozás a nagyobb teljesítmény érdekében
- Áramlási cellás reaktorok az inline diszperzió lehetővé tételéhez
- A nyomás alatt álló áramlási cellák lehetővé teszik a megnövekedett nyomás alatti feldolgozást
Ipari méretű inline diszperzió
A nagy volumenű MAC diszperzióhoz a Hielscher UIP4000hdT, UIP6000hdT és UIP16000hdT sorozata (4 kW–16 kW egységenként) megkönnyíti a folyamatos inline diszperziót, biztosítva a hatékonyságot és a reprodukálhatóságot ipari szinten. Az előnyök a következők:
- Nagy feldolgozási kapacitás: Nagyüzemi kompozit- és bevonatgyártáshoz tervezve
- Skálázható moduláris kialakítás: Több egység is működtethető párhuzamosan
- Folyamatautomatizálás: Integráció érzékelőkkel és vezérlőrendszerekkel a valós idejű felügyelethez
Hogyan érhetem el az egyrétegű amorf szén optimális diszperzióját?
A legmagasabb diszperziós minőség elérése érdekében optimalizálni kell a legfontosabb feldolgozási paramétereket:
Az ultrahangos diszperzió Hielscher szonda típusú ultrahangos ultrahangos készülékekkel egy bevált, skálázható és rendkívül hatékony technika az egyrétegű amorf szén folyadékokban történő feldolgozására. Akár kis laboratóriumi méretben, akár teljes ipari termelésben, a Hielscher ultrahangos készülékek homogén, stabil diszperziókat biztosítanak, felszabadítva az egyrétegű amorf szénben (MAC) rejlő lehetőségeket a következő generációs, nagy teljesítményű kompozitok, vezetőképes bevonatok és nanoanyagokkal továbbfejlesztett termékek számára.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 0.5-től 1,5 ml-ig | n.a. | VialMagassugárzó |
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| 15–150 liter | 3–15 l/perc | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000hdT |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000hdT |
- nagy hatékonyság
- A legkorszerűbb technológia
- megbízhatóság & Erőteljesség
- állítható, precíz folyamatvezérlés
- halom & Inline
- bármely kötethez
- intelligens szoftver
- intelligens funkciók (pl. programozható, adatprotokoll, távirányító)
- könnyen és biztonságosan kezelhető
- Alacsony karbantartási igény
- CIP (helyben tisztítható)
Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban gyártott minőség
A Hielscher ultrahangos készülékek jól ismertek a legmagasabb minőségi és tervezési szabványokról. A robusztusság és a könnyű kezelhetőség lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását ipari létesítményekbe. A durva körülmények és az igényes környezetek könnyen kezelhetők Hielscher ultrasonicators.
Hielscher Ultrasonics egy ISO tanúsítvánnyal rendelkező cég, és különös hangsúlyt fektet a nagy teljesítményű ultrasonicatorokra, amelyek a legmodernebb technológiát és felhasználóbarátságot mutatják. Természetesen a Hielscher ultrasonicators CE-kompatibilis és megfelel az UL, CSA és RoHs követelményeinek.
Ipari sonicator UIP16000hdT nano-diszperziókhoz nagy áteresztőképesség mellett
Irodalom / Hivatkozások
- SOP – Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- 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, Issue1. January 9, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
Gyakran Ismételt Kérdések
Mi az egyrétegű amorf szén?
Az egyrétegű amorf szén (MAC) a szén egy atom vastagságú, nem kristályos formája, amelyet jellemzően kémiai gőzleválasztással (CVD) vagy más vékonyrétegű leválasztási technikával szintetizálnak. A grafénnel ellentétben, amelynek jól rendezett hatszögletű rácsa van, a MAC-nak nincs nagy hatótávolságú atomi rendje, atomi léptékben rendezetlen, mégis egységes szerkezetet mutat.
Mi az amorf szén?
Az amorf szén (a-C) egy nem kristályos szén-allotróp, amelyet a nagy hatótávolságú periodikus atomrend hiánya jellemez. Sp² (grafitikus) és sp³ (gyémántszerű) hibridizált szénatomok keverékét tartalmazza, tulajdonságai a leválasztási módtól és a hidrogéntartalomtól függően változnak. A változatok közé tartozik a hidrogénezett amorf szén (a-C:H), a tetraéderes amorf szén (ta-C) és a gyémántszerű szén (DLC).
Kapható az egyrétegű amorf szén ömlesztve?
Nem, az egyrétegű amorf szén kétdimenziós jellege miatt ömlesztve nem kapható. Ultravékony filmként szintetizálódik hordozókon, és nem állítható elő nagy, szabadon álló ömlesztett mennyiségben, például grafitban vagy gyémántban.
Mi a különbség az amorf szén és a kristályos szén között?
Az elsődleges különbség az atomi elrendezésben rejlik. A kristályos szénnek (pl. grafit, gyémánt) jól meghatározott periodikus rácsa van, míg az amorf szénnek nincs nagy hatótávolságú rendezettsége. Ez a szerkezeti különbség befolyásolja az elektronikus, mechanikai és optikai tulajdonságokat - a kristályos formák anizotrópiát és különálló sávszerkezeteket mutatnak, míg az amorf szén izotróp tulajdonságokkal és változó elektromos vezetőképességgel rendelkezik.
Melyek a szén formái?
A szén számos allotrópban létezik, többek között:
- Kristályos formák: Gyémánt, grafit, grafén, szén nanocsövek (CNT), fullerének (pl. C₆₀).
- Amorf formák: Faszén, korom, korom, üveges szén, gyémántszerű szén (DLC), egyrétegű amorf szén (MAC).
- Hibrid nanoszerkezetek: Nanogyémántok, szénhagyma, szén aerogélek és kompozitok, például nanoszén-fém hibridek.
Mindegyik forma különböző fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek relevánsak az anyagtudomány, az elektronika és az energiatárolás alkalmazásai szempontjából.
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.