Vizes szuszpenzióban ultrahangos kezeléssel diszpergált nanogyémántok

A nanogyémánt-diszperziók gyorsan és hatékonyan előállíthatók Hielscher ultrahangos készülékekkel. Vizes szuszpenzióban az ultrahangos deaggregáció biztosítja az aggregátumok megbízható felbontását és stabil kolloidok kialakulását. A pH beállítását szolgáló egyszerű sóadagolással kombinálva a módszer egyszerű, olcsó és szennyeződésmentes megoldást kínál. Méretezhetőségének és egyszerű megvalósításának köszönhetően az ultrahangos diszpergálás nemcsak laboratóriumi kutatáshoz, hanem a nanogyémántok ipari léptékű feldolgozásához is kiválóan alkalmas.

A nanogyémántok hatékony és szennyeződésmentes deaggregációja

A nanogyémántokat egyre szélesebb körben alkalmazzák a biomedicinában, a kvantumtechnológiákban, a tribológiában és a korszerű kompozitokban, azonban a kemény aggregátumok képzésére való eredendő hajlamuk gyakran korlátozza a teljesítményüket. Az elkülönült részecskékből álló stabil kolloidok előállítása ezért a pontos jellemzés és a megbízható alkalmazás előfeltétele. A hagyományos deaggregációs módszerek gyakran erőteljes őrlési technikákon alapulnak, amelyek cirkónium-dioxidot vagy más szennyeződéseket juttatnak az anyagba, megnehezítve a tisztítást és korlátozva a biomedicinális felhasználást. Az ultrahangos diszpergálás gyors, méretezhető és szennyeződésmentes alternatívát kínál. A szondás ultrahangos készülékek vizes közegben akusztikus kavitációt alkalmazva hatékonyan bontják fel az aggregátumokat egy számjeggyel kifejezhető méretű nanogyémántokra. Egyszerű, sóval segített pH-szabályozással kombinálva ez a módszer széles pH-tartományban eredményez stabil kolloidokat, toxikus melléktermékek bevitele nélkül, így mind a laboratóriumi kutatás, mind az ipari léptékű gyártás számára rendkívül vonzó.

A nanogyémántok hatékonyan és megbízhatóan diszpergálhatók Hielscher ultrahangos készülékekkel.

Hogyan működik a nanogyémántok ultrahangos őrlése és diszpergálása?

Az ultrahangos diszpergálás magukat a nanogyémántokat használja őrlőközegként. A nagy teljesítményű ultrahanghullámok által keltett akusztikus kavitáció nagy sebességű folyadékáramlást hoz létre. Ezek a folyadékáramok felgyorsítják a szuszpenzióban lévő részecskéket (például a gyémántokat), így a részecskék akár 280km/s sebességgel ütköznek, és apró, nanoméretű részecskékre törnek. Ez az ultrahangos őrlést és diszpergálást egyszerű, olcsó és szennyeződésmentes technikává teszi, amely megbízhatóan bontja fel a nanogyémánt-agglomerátumokat olyan nanoméretű részecskékre, amelyek vizes kolloidoldatban széles pH-tartományban stabilak. A nanogyémántok vizes szuszpenzióban történő stabilizálásához sót (nátrium-kloridot) használnak.

 

 
Tudjon meg többet a nanogyémántok ultrahangos deaggregációjáról az analízist megelőző minta-előkészítéshez!
 

A nanogyémántok ultrahangos őrlése felülmúlja a gyöngymalmokat

A szondás ultrahangos készülékek rendkívül hatékony őrlőberendezések, és használatuk bevált őrlési technika a nanogyémánt-szuszpenziók nagy volumenű, ipari léptékű előállításában. Mivel az ultrahangos malmok a nanogyémántokat használják őrlőközegként, az őrlőközegből, például a cirkónium-dioxid gyöngyökből származó szennyeződés teljes mértékben elkerülhető. Ehelyett az ultrahangos kavitációs erők felgyorsítják a részecskéket, így a nanogyémántok hevesen ütköznek egymással, és egyenletes nanoméretre aprózódnak. Ez az ultrahang által kiváltott részecskék közötti ütközés rendkívül hatékony és megbízható módszer az egyenletes eloszlású nanodiszperziók előállítására.
Az ultrahangos diszpergálási és deaggregációs módszer vízoldható, nem toxikus és szennyeződést nem okozó adalékokat, például nátrium-kloridot vagy szacharózt használ a pH szabályozására és az ultrahangos diszperzió stabilizálására. A nátrium-klorid vagy a szacharóz ezen kristályszerkezetei emellett őrlőközegként is működnek, így támogatják az ultrahangos őrlési eljárást. Az őrlési folyamat befejezése után ezek az adalékok egyszerű vizes öblítéssel könnyen eltávolíthatók, ami jelentős előny a kerámiagyöngyöket használó eljárással szemben. A hagyományos gyöngyőrlési eljárások, például az attritoros őrlés, oldhatatlan kerámia őrlőközegeket (például golyókat vagy gyöngyöket) használnak, amelyek lekopott maradványai szennyezik a végső diszperziót. Az őrlőközeg által okozott szennyeződés eltávolítása összetett utófeldolgozást igényel, valamint időigényes és költséges.

Az ultrahangos diszpergálási technológia hatékonyan állít elő szűk részecskeméret-eloszlású vizes nanogyémánt-szuszpenziókat.
(Tanulmány és ábra: ©Turcheniuk et al., 2016)

Példaprotokoll a nanogyémántok ultrahangos diszpergálásához

Nanogyémántok sóval segített ultrahangos deaggregációja vízben:
10 g nátrium-klorid és 0,250 g nanogyémántpor keverékét porcelánmozsárban, mozsártörővel rövid ideig kézzel őrölték, majd 5 mL ioncserélt vízzel együtt egy 20 mL térfogatú üvegfiolába helyezték. Az előkészített mintát szondás ultrahangos készülékkel 100 min időtartamig, 60% kimeneti teljesítményen és 50% kitöltési tényezővel kezelték. Az ultrahangos kezelés után a mintát egyenlően elosztották két 50 mL térfogatú műanyag Falcon centrifugacső között, és desztillált vízben diszpergálták, összesen 100 mL térfogatra kiegészítve (2 × 50 mL). Ezután mindegyik mintát Eppendorf 5810-R centrifugával, 4000 rpm fordulatszámon és 25°C hőmérsékleten 10 min időtartamig centrifugálták, majd a tiszta felülúszót elöntötték. A nedves ND-csapadékokat ezután ismét desztillált vízben diszpergálták (100 mL össztérfogat), és másodszor is centrifugálták, 12 000 rpm fordulatszámon és 25 °C hőmérsékleten 1 h időtartamig. A tiszta felülúszót ismét elöntötték, és a nedves nanogyémánt-csapadékokat újra diszpergálták, ezúttal 5 mL desztillált vízben, a jellemzéshez. Egy standard AgNO3-vizsgálat kimutatta, hogy teljesen hiányzott a Cl⁻ a sóval segített ultrahangos deaggregáción átesett nanogyémántokból, amelyeket a fent leírtak szerint kétszer mostak desztillált vízzel. A víz mintákból történő elpárologtatása után fekete, szilárd nanogyémánt-„lapkák” képződését figyelték meg, ∼200 mg hozammal, ami a kiindulási nanogyémánttömeg 80%-a. (lásd az alábbi képet)
(vö. Turcheniuk et al., 2016)

Ultrahanggal diszpergált nanogyémántok szárított mintája.
(Tanulmány és ábra: ©Turcheniuk et al., 2016)

Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek nanogyémánt-diszperziókhoz

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos őrlő- és diszpergálóberendezéseket tervez, gyárt és forgalmaz nagy igénybevétellel járó alkalmazásokhoz, például nanogyémánt-szuszpenziók, polírozóközegek és nanokompozitok előállításához. A Hielscher ultrahangos készülékeket világszerte használják nanoanyagok diszpergálására vizes kolloidszuszpenziókban, polimerekben, gyantákban, bevonatokban és más nagy teljesítményű anyagokban.
A Hielscher ultrahangos diszpergálóberendezései megbízhatóan és hatékonyan dolgozzák fel az alacsony és nagy viszkozitású anyagokat egyaránt. A kiindulási anyagoktól és a megcélzott végső részecskemérettől függően az ultrahang intenzitása pontosan beállítható az optimális folyamateredmények érdekében.
Viszkózus paszták, nanoanyagok és nagy szilárdanyag-koncentrációjú anyagok feldolgozásához az ultrahangos diszpergálóberendezésnek képesnek kell lennie folyamatosan nagy amplitúdó előállítására. A Hielscher Ultrasonics ipari ultrahangos processzorai teljes terhelés mellett, folyamatos üzemben is nagyon nagy amplitúdót képesek biztosítani. Akár 200µm amplitúdó is könnyen fenntartható 24/7 üzemben. Az ultrahangos diszpergálóberendezés nagy amplitúdón történő működtetésének és az amplitúdó pontos beállításának lehetősége szükséges ahhoz, hogy az ultrahangos folyamat feltételeit a nagy töltőanyag-tartalmú nanoszuszpenziók, a nanoanyagokkal erősített polimerkeverékek és a nanokompozitok optimális formulázásához igazítsuk.
Az ultrahang amplitúdója mellett a nyomás egy másik nagyon fontos folyamatparaméter. Megnövelt nyomáson fokozódik az ultrahangos kavitáció intenzitása és nyíróerőinek erőssége. A Hielscher ultrahangos reaktorai nyomás alá helyezhetők, ezáltal fokozott ultrahangos kezelési eredmények érhetők el.
A folyamat felügyelete és az adatrögzítés fontos a folyamat folyamatos szabványosítása és a termékminőség szempontjából. Csatlakoztatható nyomás- és hőmérséklet-érzékelők kapcsolódnak vezetékkel az ultrahangos generátorhoz az ultrahangos diszpergálási folyamat felügyelete és szabályozása érdekében. Minden fontos feldolgozási paraméter, például az ultrahangos energia (nettó + teljes), a hőmérséklet, a nyomás és az idő automatikusan naplózásra kerül, és egy beépített SD-kártyán tárolódik. Az automatikusan rögzített folyamatadatokhoz hozzáférve áttekintheti a korábbi ultrahangos kezeléseket, és értékelheti a folyamat eredményeit.
Digitális ultrahangos rendszereink másik felhasználóbarát funkciója a böngészőn keresztüli távvezérlés. A böngészős távvezérléssel bárhonnan távolról elindíthatja, leállíthatja, beállíthatja és felügyelheti ultrahangos processzorát.
Vegye fel velünk a kapcsolatot most, és tudjon meg többet az őrléshez és nanodiszperziók előállításához használható nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorainkról!
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról: