Nagy teljesítményű ultrahang a részecskék kezeléséhez: alkalmazási útmutató

Ahhoz, hogy a részecskék tulajdonságai teljes mértékben érvényesüljenek, meg kell bontani az agglomerátumaikat, és egyenletesen kell diszpergálni őket, hogy a felületük hozzáférhető legyen. A nagy teljesítményű ultrahang által kifejtett erők megbízható diszpergáló és őrlő eszközként ismertek, amelyek a részecskéket szubmikronos és nanoméretűre aprítják. Ezenkívül az ultrahangos kezelés lehetővé teszi a részecskék módosítását és funkcionalizálását, például a nanorészecskék fémréteggel való bevonásával.

Az alábbiakban részecskék és folyadékok válogatását találja, valamint ajánlásokat arra vonatkozóan, hogyan kezelje az anyagot ultrahangos homogenizátorral a részecskék őrlése, diszpergálása, agglomerátumaik megbontása vagy módosítása érdekében.

Porok és részecskék előkészítése nagy teljesítményű ultrahangos kezeléssel.

Ábécérendben:

Aerosil

Ultrahangos alkalmazás:
Aerosil OX50 szilícium-dioxid-részecskék Millipore-vízben (pH 6) való diszperzióit úgy állították elő, hogy 5,0 g port diszpergáltak 500 mL vízben a következő nagy intenzitású ultrahangos processzor használatával: UP200S (200W; 24kHz). A szilícium-dioxid-diszperziókat desztillált vizes oldatban (pH = 6) készítették ultrahangos besugárzással, az UP200S készülékkel 15 min. időtartamig, majd 1 h időtartamú erőteljes keveréssel. A pH beállításához HCl-t használtak. A diszperziók szilárdanyag-tartalma 0,1% (w/v) volt.
Ajánlott készülék:
UP200S
Hivatkozás / tudományos közlemény:
Licea-Claverie, A.; Schwarz, S.; Steinbach, Ch.; Ponce-Vargas, S. M.; Genest, S. (2013): Természetes és hőérzékeny polimerek kombinációja finom szilícium-dioxid-diszperziók flokkulálásában. International Journal of Carbohydrate Chemistry 2013.

Al₂O₃–víz nanofluidumok

Ultrahangos alkalmazás:
Al₂O₃–víz nanofluidumok a következő lépésekkel készíthetők: Először mérje meg az Al₂O₃ nanorészecskék tömegét digitális elektronikus mérleggel. Ezután adagolja az Al₂O₃ nanorészecskéket fokozatosan a kimért desztillált vízhez, majd keverje az Al₂O₃-víz elegyet. Kezelje az elegyet folyamatosan ultrahanggal 1h időtartamon át egy UP400S (400W, 24kHz) szondás ultrahangos készülékkel, hogy a nanorészecskék egyenletes diszperzióját hozza létre desztillált vízben.
A nanofolyadékok különböző részarányokkal (0,1%, 0,5% és 1%) készíthetők el. Nincs szükség felületaktív anyagra vagy a pH módosítására.
Ajánlott készülék:
UP400S
Hivatkozás / Tudományos közlemény:
Isfahani, A. H. M.; Heyhat, M. M. (2013): Nanofolyadékok áramlásának kísérleti vizsgálata porózus közegként szolgáló mikromodellben. International Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9/2, 2013. 77-84.

Az alumínium-oxid (Al2O3) ultrahangos diszpergálása jelentős részecskeméret-csökkenést és egyenletes diszperziót eredményez.

Böhmittel bevont szilícium-dioxid-részecskék

Ultrahangos alkalmazás:
A szilícium-dioxid-részecskéket böhmitréteggel vonják be: A szerves anyagoktól mentes, tökéletesen tiszta felület eléréséhez a részecskéket 450°C-ra hevítik. A részecskéknek az agglomerátumok felbontását szolgáló őrlése után 6 vol% vizes szuszpenziót (≈70 ml) készítenek, amelyet három csepp ammóniumoldat hozzáadásával 9-es pH-n stabilizálnak. Ezután a szuszpenziót ultrahangos kezeléssel deagglomerálják egy UP200S készülékkel, 100% amplitúdón (200 W), 5 min időtartamon át. Az oldat 85°C fölé melegítése után 12,5 g alumínium-szek-butoxidot adtak hozzá. A hőmérsékletet 90 min időtartamon át 85–90°C-on tartják, és a szuszpenziót a teljes eljárás során mágneses keverővel keverik. Ezután a szuszpenziót folyamatosan keverik, amíg 40°C alá nem hűl. Ezt követően sósav hozzáadásával 3-ra állították a pH-értéket. Közvetlenül ezután a szuszpenziót jégfürdőben ultrahangos kezelésnek vetik alá. A port hígítással, majd centrifugálással mossák. A felülúszó eltávolítása után a részecskéket szárítószekrényben, 120°C-on szárítják. Végül a részecskéket 300°C-on, 3 órán át hőkezelik.
Ajánlott készülék:
UP200S
Hivatkozás / Tudományos közlemény:
Wyss, H. M. (2003): Koncentrált részecskegélek mikroszerkezete és mechanikai viselkedése. Doktori értekezés, Swiss Federal Institute of Technology 2003. p.71.

Kadmium(II)-tioacetamid nanokompozit szintézise

Ultrahangos alkalmazás:
Kadmium(II)-tioacetamid nanokompozitokat szintetizáltak polivinil-alkohol jelenlétében és távollétében, szonokémiai úton. A szonokémiai szintézishez (szonoszintézishez) 0,532 g kadmium(II)-acetát-dihidrátot (Cd(CH3COO)2.2H2O), 0,148 g tioacetamidot (TAA, CH3CSNH2) és 0,664 g kálium-jodidot (KI) oldottak fel 20mL kétszer desztillált, ionmentesített vízben. Ezt az oldatot ultrahangos kezelésnek vetették alá egy nagy teljesítményű, szondás ultrahangos UP400S (24 kHz, 400W) készülékkel, szobahőmérsékleten, 1 h időtartamig. A reakcióelegy ultrahangos kezelése során a hőmérséklet 70–80degC-ra emelkedett, vas–constantin termoelemmel mérve. Egy óra elteltével élénksárga csapadék képződött. Ezt centrifugálással (4 000 rpm, 15 min) választották el, kétszer desztillált vízzel, majd abszolút etanollal mosták a visszamaradt szennyeződések eltávolítása érdekében, végül levegőn szárították (hozam: 0,915 g, 68%). Bomlási pont: 200°C. A polimer nanokompozit előállításához 1,992 g polivinil-alkoholt oldottak fel 20 mL kétszer desztillált, ionmentesített vízben, majd a fenti oldathoz adták. Ezt az elegyet ultrahangos kezelésnek vetették alá az UP400S készülékkel 1 h időtartamig, amelynek során élénknarancssárga termék képződött.
A SEM-eredmények azt mutatták, hogy PVA jelenlétében a részecskék mérete körülbelül 38 nm-ről 25 nm-re csökkent. Ezután gömb alakú morfológiájú, hexagonális CdS nanorészecskéket szintetizáltunk a prekurzorként használt kadmium(II)-tioacetamid/PVA polimer nanokompozit termikus bontásával. A CdS nanorészecskék méretét XRD-vel és SEM-mel egyaránt mértük, és az eredmények nagyon jó egyezést mutattak egymással.
Ranjbar és munkatársai (2013) azt is megállapították, hogy a polimer Cd(II) nanokompozit megfelelő prekurzor érdekes morfológiájú kadmium-szulfid nanorészecskék előállításához. Az összes eredmény azt mutatta, hogy az ultrahangos szintézis sikeresen alkalmazható egyszerű, hatékony, alacsony költségű, környezetbarát és nagyon ígéretes módszerként nanoméretű anyagok szintézisére, különleges körülmények, például magas hőmérséklet, hosszú reakcióidő és nagy nyomás szükségessége nélkül.
Ajánlott készülék:
UP400S
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013): Kadmium-tioacetamid nanokompozitok szintézise és jellemzése. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203–212.

CaCO₃

Ultrahangos alkalmazás:
A nanokicsapatással előállított CaCO₃ (NPCC) sztearinsavval végzett ultrahangos bevonását a polimerben való diszpergálhatóságának javítása és az agglomeráció csökkentése érdekében végezték. 2g bevonat nélküli, nanokicsapatással előállított CaCO₃ (NPCC) ultrahangos kezelését egy UP400S készülékkel végezték 30ml etanolban. 9 wt% sztearinsavat oldottak fel etanolban. A sztearinsavat tartalmazó etanolt ezután összekeverték az ultrahangosan kezelt szuszpenzióval.
Ajánlott készülék:
UP400S 22mm átmérőjű szonotró­dával (H22D) és hűtőköpenyes átfolyó cellával
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009): Az ultrahang hatásai a nanoméretben kicsapatott CaCO3 sztearinsavval történő bevonására. Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering 4/5, 2009. 807-813.

Cellulóz-nanokristályok

Ultrahangos alkalmazás:
Eukaliptusz-cellulóz CNC-kből előállított cellulóz-nanokristályok (CNC): Az eukaliptusz-cellulózból előállított cellulóz-nanokristályokat metil-adipoil-kloriddal történő reakcióval (CNCm), illetve ecetsav és kénsav keverékével (CNCa) módosították. Ezért a fagyasztva szárított CNC-ket, CNCm-et és CNCa-t tiszta oldószerekben (EA, THF vagy DMF), 0,1 wt% koncentrációban újradiszpergálták, egy éjszakán át tartó mágneses keveréssel, 24 ± 1 degC hőmérsékleten, amelyet 20 min. ultrahangos kezelés követett az alábbi szondás ultrahangos készülékkel: UP100H. Az ultrahangos kezelést 130 W/cm² intenzitással, 24 ± 1 degC hőmérsékleten végezték. Ezután CAB-ot adtak a CNC-diszperzióhoz, így a végső polimerkoncentráció 0,9 wt% volt.
Ajánlott készülék:
UP100H
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Blachechen, L. S.; de Mesquita, J. P.; de Paula, E. L.; Pereira, F. V.; Petri, D. F. S. (2013): A cellulóz-nanokristályok kolloidstabilitásának és cellulóz-acetát-butirát mátrixban való diszpergálhatóságának kölcsönhatása. Cellulose 20/3, 2013. 1329-1342.

Cérium-nitráttal adalékolt szilán

Ultrahangos alkalmazás:
Fémhordozóként hidegen hengerelt szénacél lemezeket (6,5cm 6,5cm 0,3cm; kémiailag tisztítva és mechanikailag polírozva) használtak. A bevonat felvitele előtt a lemezeket acetonnal ultrahangosan tisztították, majd lúgos oldattal (0,3molL 1 NaOH-oldat) tisztították 60°C hőmérsékleten, 10 min. időtartamig. Az alapozóként való felhasználáshoz, a hordozó előkezelése előtt, egy 50 rész γ-glicidoxipropil-trimetoxiszilánt (γ-GPS) tartalmazó szokásos készítményt körülbelül 950 rész metanollal hígítottak, 4,5 pH mellett (ecetsavval beállítva), és hagyták végbemenni a szilán hidrolízisét. A cérium-nitrát pigmentekkel adalékolt szilán előállítási eljárása ugyanilyen volt, azzal a különbséggel, hogy a (γ-GPS) hozzáadása előtt 1, 2, 3 wt% cérium-nitrátot adtak a metanolos oldathoz, majd ezt az oldatot propelleres keverővel, 1600 rpm fordulatszámon, 30 min. időtartamig keverték szobahőmérsékleten. Ezután a cérium-nitrátot tartalmazó diszperziókat 30 min időtartamig ultrahangosan kezelték 40°C hőmérsékleten, külső hűtőfürdő alkalmazásával. Az ultrahangos kezelést az alábbi ultrahangos készülékkel végezték: UIP1000hd (1000W, 20 kHz) segítségével, körülbelül 1 W/mL bevitt ultrahang-teljesítménnyel. A hordozók előkezelése során minden panelt 100 sec. ideig öblítettek a megfelelő szilánoldattal. A kezelés után a paneleket szobahőmérsékleten 24 h ideig hagyták száradni, majd az előkezelt paneleket kétkomponensű, aminnal térhálósított epoxival vonták be. (Epon 828, shell Co.), 90μm nedves rétegvastagságot kialakítva. Az epoxival bevont paneleket 115°C-on 1h ideig hagyták térhálósodni; az epoxibevonatok térhálósodása után a száraz rétegvastagság körülbelül 60μm volt.
Ajánlott készülék:
UIP1000hd
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013): A cérium-nitrátot tartalmazó szilános előkezelések elektrokémiai hatásai az epoxival bevont acél katódos bevonatleválási tulajdonságaira. Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013. 2411–2420.

Agyag: diszpergálás/ frakcionálás

Ultrahangos alkalmazás:
Részecskeméret szerinti frakcionálás: A < 1 μm méretű részecskéknek az 1–2 μm méretű részecskéktől való elkülönítéséhez az agyagméretű részecskéket (< 2 μm) ultrahangos térben, majd különböző ülepedési sebességek alkalmazásával választották szét.
Az agyagméretű részecskék (< 2 μm) szétválasztásához 300 J mL^-1 (1 min.) energiabevitelű ultrahangos kezelést alkalmaztak egy szondás ultrahangos dezintegrátorral: UP200S (200W, 24kHz), amely 7 mm átmérőjű S7 szonotródával volt felszerelve. Az ultrahangos besugárzás után a mintát 110 x g (1000 rpm) mellett 3 min. ideig centrifugálták. Az ülepedő fázist (a frakcionálás maradékát) ezután sűrűség szerinti frakcionálásnak vetették alá a kis sűrűségű frakciók elkülönítésére, a kapott lebegő fázist (< 2 μm frakció) pedig egy másik centrifugacsőbe helyezték, és 440 x g (2000 rpm) mellett 10 min. ideig centrifugálták, hogy elkülönítsék a < 1 μm frakciót (felülúszó) az 1–2 μm frakciótól (üledék). A < 1 μm frakciót tartalmazó felülúszót egy másik centrifugacsőbe helyezték, és 1 mL MgSO₄ hozzáadása után 1410 x g (4000 rpm) mellett 10 min időtartamig centrifugálták, hogy a maradék vizet dekantálják.
A minta túlmelegedésének elkerülése érdekében az eljárást 15 alkalommal megismételték.
Ajánlott készülék:
UP200S S7 szonotródával vagy UP200St S26d7 szonotródával
Hivatkozás / Tudományos közlemény:
Jakubowska, J. (2007): Az öntözővíz típusának hatása a talaj szervesanyag-frakcióira (SOM) és ezek hidrofób vegyületekkel való kölcsönhatásaira. Doktori értekezés, Martin-Luther University Halle-Wittenberg 2007.

Agyag: Szervetlen agyag exfoliációja

Ultrahangos alkalmazás:
A szervetlen agyagot exfoliálták, hogy pullulánalapú nanokompozitokat állítsanak elő a bevonatképző diszperzióhoz. Ehhez meghatározott mennyiségű pullulánt (4 wt%, nedves tömegre vonatkoztatva) oldottak fel vízben 25degC hőmérsékleten, 1 h időtartamig, enyhe keverés (500 rpm) mellett. Ezzel egyidejűleg 0,2 és 3,0 wt% közötti mennyiségű agyagport diszpergáltak vízben erőteljes keverés (1000 rpm) mellett 15 percig. A kapott diszperziót ultrahangos kezelésnek vetették alá egy UP400S (teljesítmény_max = 400 W; frekvencia = 24 kHz) ultrahangos készülékkel, amely H14 titán szonotródával volt felszerelve, csúcsátmérője 14 mm, amplitúdó_max = 125 μm; felületi intenzitás = 105 Wcm^-2) a következő feltételek mellett: 0,5 ciklus és 50% amplitúdó. Az ultrahangos kezelés időtartama a kísérleti tervnek megfelelően változott. A szerves pullulánoldatot és a szervetlen diszperziót ezután enyhe keverés (500 rpm) mellett további 90 percig keverték össze. A keverés után a két komponens koncentrációja 0,05 és 0,75 közötti szervetlen/szerves (I/O) aránynak felelt meg. A Na⁺-MMT agyagok vizes diszperziójának méreteloszlását az ultrahangos kezelés előtt és után IKO-Sizer CC-1 nanorészecske-analizátorral vizsgálták.
Meghatározott agyagmennyiség esetén a leghatékonyabb ultrahangos kezelési időnek 15 perc bizonyult, míg a hosszabb ultrahangos kezelés növeli a P’O₂ értékét (az újraaggregálódás miatt), amely a leghosszabb ultrahangos kezelési időnél (45 min) ismét csökken, feltehetően mind a lemezkék, mind a taktoidok fragmentációja miatt.
Az Introzzi doktori értekezésében alkalmazott kísérleti elrendezés alapján fajlagos energiakibocsátásként 725 Ws mL^-1 értéket számítottak a 15 perces kezelésre, míg a 45 percre meghosszabbított ultrahangos kezelés 2060 Ws mL^-1 fajlagos energiafogyasztást eredményezett. Ez meglehetősen nagy mennyiségű energia megtakarítását tenné lehetővé a teljes folyamat során, ami végül a feldolgozott mennyiségre vetített költségekben is megjelenne.
Ajánlott készülék:
UP400S H14 szonotró­dával
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Introzzi, L. (2012): Nagy teljesítményű biopolimer bevonatok fejlesztése élelmiszer-csomagolási alkalmazásokhoz. Doktori értekezés, University of Milano 2012.

Vezetőképes tinta

Ultrahangos alkalmazás:
A vezetőképes tintát Cu+C és Cu+CNT részecskék oldószerelegyben, diszpergálószerekkel történő diszpergálásával állították elő (IV. közlemény). Diszpergálószerként a BYK Chemie GmbH három nagy molekulatömegű diszpergálószerét, a DISPERBYK-190, DISPERBYK-198 és DISPERBYK-2012 termékeket használták, amelyeket vízbázisú korompigment-diszperziókhoz szántak. Fő oldószerként ionmentesített vizet (DIW) használtak. Társoldószerként etilénglikol-monometil-étert (EGME) (Sigma-Aldrich), etilénglikol-monobutil-étert (EGBE) (Merck) és n-propanolt (Honeywell Riedel-de Haen) alkalmaztak.
A kevert szuszpenziót jégfürdőben 10 percig ultrahangos kezelésnek vetették alá egy UP400S ultrahangos processzorral. Ezután a szuszpenziót egy órán át hagyták ülepedni, majd dekantálták. A centrifugális bevonatolás vagy nyomtatás előtt a szuszpenziót ultrahangos fürdőben 10 min. időtartamú ultrahangos kezelésnek vetették alá.
Ajánlott készülék:
UP400S
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Forsman, J. (2013): Co-, Ni- és Cu-nanorészecskék előállítása hidrogénes redukcióval. Doktori értekezés, VTT Finland 2013.

Az ultrahangos kezelés rendkívül hatékony a tintasugaras nyomtatótintában lévő pigmentek részecskeméretének csökkentésére és diszpergálására.

Réz-ftalocianin

Ultrahangos alkalmazás:
Fém-ftalocianinok lebontása
A réz-ftalocianint (CuPc) vízzel és szerves oldószerekkel, környezeti hőmérsékleten és légköri nyomáson, katalizátorként alkalmazott oxidálószer jelenlétében kezelik ultrahanggal, az 500W teljesítményű UIP500hd ultrahangos készülékkel, átfolyó kamrával. Az ultrahangos kezelés intenzitása: 37–59 W/cm², mintakeverék: 5 mL minta (100 mg/L), 50 D/D víz kloroformmal és piridinnel, az ultrahang amplitúdójának 60%-án. Reakcióhőmérséklet: 20°C légköri nyomáson.
Akár 95%-os lebontási arány 50 min. ultrahangos kezelés alatt.
Ajánlott készülék:
UIP500hd

Dibutiril-kitin (DBCH)

Ultrahangos alkalmazás:
A hosszú polimer makromolekulák ultrahangos kezeléssel felhasíthatók. Az ultrahanggal segített moláris tömegcsökkentés lehetővé teszi a nem kívánt mellékreakciók vagy a melléktermékek elválasztásának elkerülését. Úgy vélik, hogy az ultrahangos degradáció a kémiai vagy termikus bomlástól eltérően nem véletlenszerű folyamat, és a hasadás nagyjából a molekula közepén történik. Emiatt a nagyobb makromolekulák gyorsabban degradálódnak.
A kísérleteket a következő ultrahang-generátor használatával végezték: UP200S S2 szonotróddal felszerelve. Az ultrahangos kezeléshez 150 W bemenő teljesítményt állítottak be. Dibutiril-kitin dimetil-acetamidban készített oldatait használták, amelyekben a dibutiril-kitin koncentrációja 0,3 g/100 cm3, az oldatok térfogata pedig 25 cm3 volt. A szonotródát (ultrahangos szonda / kürt) a polimeroldatba merítették, 30 mm-rel a folyadékfelszín alá. Az oldatot 25°C-on tartott, termosztált vízfürdőbe helyezték. Minden oldatot előre meghatározott ideig ultrahangos besugárzásnak tettek ki. Ezután az oldatot 3-szorosára hígították, majd méretkizárásos kromatográfiás elemzésnek vetették alá.
A bemutatott eredmények azt jelzik, hogy a dibutiril-kitin nem roncsolódik nagy teljesítményű ultrahang hatására, a polimer azonban degradálódik, amit szabályozott szonokémiai reakcióként értelmeznek. Ezért az ultrahang alkalmazható a dibutiril-kitin átlagos moláris tömegének csökkentésére, és ugyanez érvényes a tömeg szerinti és a szám szerinti átlagos moláris tömeg arányára is. A megfigyelt változások az ultrahang teljesítményének és az ultrahangos kezelés időtartamának növelésével fokozódnak. A kiindulási moláris tömeg is jelentősen befolyásolta a DBCH degradációjának mértékét a vizsgált ultrahangos kezelési körülmények között: minél nagyobb a kezdeti moláris tömeg, annál nagyobb a degradáció mértéke.
Ajánlott készülék:
UP200S
Hivatkozás / Tudományos közlemény:
Szumilewicz, J.; Pabin-Szafko, B. (2006): A dibutirilkitin ultrahangos degradációja. Polish Chitin Society, Monograph XI, 2006. 123-128.

Ferrocine por

Ultrahangos alkalmazás:
Szonokémiai eljárás SWNCNTs előállítására: szilícium-dioxid-port (átmérő: 2–5 mm) adnak ferrocén p-xilolos, 0,01 mol% koncentrációjú oldatához, majd ultrahangos kezelést végeznek egy UP200S titánhegyű szondával (S14 szonotróda) felszerelt készülékkel. Az ultrahangos kezelést 20 min. időtartamig, szobahőmérsékleten és légköri nyomáson végezték. Az ultrahanggal segített szintézissel nagy tisztaságú SWCNTs keletkezett a szilícium-dioxid-por felületén.
Ajánlott készülék:
UP200S S14 ultrahangos szondával
Hivatkozás / Tudományos közlemény:
Srinivasan C.(2005): Egy SOUND módszer egyfalú szénnanocsövek szintézisére környezeti körülmények között. Current Science 88/ 1, 2005. 12-13.

Pernye / Metakaolinit

Ultrahangos alkalmazás:
Kioldási vizsgálat: 100mL kioldóoldatot adtak 50g szilárd mintához. Az ultrahangos kezelés intenzitása: max. 85 W/cm² az UP200S készülékkel, 20°C hőmérsékletű vízfürdőben.
Geopolimerizáció: a szuszpenziót a geopolimerizációhoz egy UP200S ultrahangos homogenizátorral keverték. Az ultrahangos kezelés intenzitása max. 85 W/cm² volt. A hűtés érdekében az ultrahangos kezelést jeges vízfürdőben végezték.
A nagy teljesítményű ultrahang alkalmazása a geopolimerizáció során növeli a keletkező geopolimerek nyomószilárdságát, és az ultrahangos kezelés időtartamának növelésével egy bizonyos időtartamig tovább nő a szilárdság. Az ultrahangos kezelés fokozta a metakaolinit és a pernye oldódását lúgos oldatokban, mivel több Al és Si szabadult fel a gélfázisba a polikondenzációhoz.
Ajánlott készülék:
UP200S
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Feng, D.; Tan, H.; van Deventer, J. S. J. (2004): Ultrahanggal fokozott geopolimerizáció. Journal of Materials Science 39/2, 2004. 571-580

Grafén

Ultrahangos alkalmazás:
Tiszta grafénlemezek nagy mennyiségben állíthatók elő, amint azt Stengl és munkatársai (2011) munkája bemutatta a nem sztöchiometrikus TiO₂ –grafén nanokompozit előállítása során, grafén nanolemezeket és titán-dioxid-peroxokomplexet tartalmazó szuszpenzió termikus hidrolízisével. A tiszta grafén nanolemezeket természetes grafitból állították elő nagy teljesítményű ultrahangos kezeléssel, egy 1000W teljesítményű UIP1000hd ultrahangos processzorral, nagynyomású ultrahangos reaktorkamrában, 5 barg nyomáson. Az így kapott grafénlemezeket nagy fajlagos felület és egyedülálló elektronikus tulajdonságok jellemzik. A kutatók állítása szerint az ultrahanggal előállított grafén minősége sokkal jobb, mint a Hummer-módszerrel nyert graféné, amelynek során a grafitot exfoliálják és oxidálják. Mivel az ultrahangos reaktorban a fizikai körülmények pontosan szabályozhatók, és feltételezve, hogy az adalékanyagként alkalmazott grafén koncentrációja az 1 – 0,001% tartományban változik, a grafén kereskedelmi léptékű előállítása folyamatos rendszerben is lehetséges.
Ajánlott készülék:
UIP1000hd
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-grafén nanokompozit mint nagy teljesítményű fotokatalizátor. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
Kattintson ide, ha többet szeretne olvasni a grafén ultrahangos előállításáról és preparálásáról!

Grafén-oxid

Ultrahangos alkalmazás:
A grafén-oxid (GO) rétegeket a következő eljárással állították elő: 25mg grafén-oxid-port adtak 200 ml ioncserélt vízhez. Keveréssel inhomogén barna szuszpenziót kaptak. A kapott szuszpenziókat ultrahangos kezelésnek vetették alá (30 min, 1,3 × 105J), majd szárítás után (373 K hőmérsékleten) nyerték az ultrahanggal kezelt grafén-oxidot. Az FTIR-spektroszkópia kimutatta, hogy az ultrahangos kezelés nem változtatta meg a grafén-oxid funkciós csoportjait.
Ajánlott készülék:
UP400S
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): A termikus és ultrahangos kezelés hatása a grafén-oxid nanolemezek képződésére. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. pp. 1097-1102.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a grafén ultrahangos exfoliációjáról és előállításáról!

Szőrös polimer nanorészecskék poli(vinil-alkohol) lebontásával

Ultrahangos alkalmazás:
Egy egyszerű, egylépéses eljárás, amely vízoldható polimerek vizes oldatban, hidrofób monomer jelenlétében végzett szonokémiai lebontásán alapul, funkcionális szőrös polimerrészecskéket eredményez maradványmentes szérumban. Valamennyi polimerizációt egy 250 mL térfogatú, kettős falú üvegreaktorban végeztük, amely terelőlemezekkel, hőmérséklet-érzékelővel, mágneses keverőrúddal és egy Hielscher US200S ultrahangos processzorral (200 W, 24 kHz) volt felszerelve; a processzorhoz S14 titán szonotróda tartozott (átmérő = 14 mm, hossz = 100 mm).
A poli(vinil-alkohol) (PVOH) oldatát pontosan kimért mennyiségű PVOH vízben történő feloldásával készítettük, egy éjszakán át, 50°C-on, erőteljes keverés mellett. A polimerizáció előtt a PVOH-oldatot a reaktorba helyeztük, és a hőmérsékletet a kívánt reakcióhőmérsékletre állítottuk be. A PVOH-oldatot és a monomert külön-külön, 1 órán át argonnal öblítettük át. A szükséges mennyiségű monomert erőteljes keverés mellett cseppenként adagoltuk a PVOH-oldathoz. Ezután megszüntettük az argon folyadékba történő bevezetését, és az UP200S készülékkel 80%-os amplitúdó mellett megkezdtük az ultrahangos kezelést. Meg kell jegyezni, hogy az argon használata két célt szolgál: (1) az oxigén eltávolítását, és (2) szükséges az ultrahangos kavitáció létrehozásához. Ezért a folyamatos argonáramlás elvileg előnyös lenne a polimerizáció szempontjából, azonban túlzott habzás lépett fel; az itt alkalmazott eljárásunk elkerülte ezt a problémát, és elegendő volt a hatékony polimerizációhoz. Rendszeres időközönként mintákat vettünk a konverzió gravimetriás követésére, a molekulatömeg-eloszlások és/vagy a részecskeméret-eloszlások vizsgálatára.
Ajánlott készülék:
US200S
Hivatkozás / Tudományos közlemény:
Smeets, N. M. B.; E-Rramdani, M.; Van Hal, R. C. F.; Gomes Santana, S.; Quéléver, K.; Meuldijk, J.; Van Herk, JA. M.; Heuts, J. P. A. (2010): Egyszerű, egylépéses szonokémiai eljárás funkcionális szőrös polimer nanorészecskék előállítására. Soft Matter, 6, 2010. 2392-2395.

HiPco-SWCNTs

Ultrahangos alkalmazás:
HiPco-SWCNTs diszpergálása UP400S készülékkel: Egy 5 mL térfogatú mintatartó fiolában 0,5 mg oxidált HiPcoTM SWCNT-t (0,04 mmol szén) szuszpendáltak 2 mL ionmentesített vízben egy UP400S ultrahangos processzorral, így fekete színű szuszpenziót kaptak (0,25 mg/mL SWCNTs). Ehhez a szuszpenzióhoz 1,4 μL PDDA-oldatot (20 wt./%, molekulatömeg = 100 000-200 000) adtak, és az elegyet 2 percig vortexkeverővel keverték. További, vízfürdőben végzett 5 perces ultrahangos kezelés után a nanocsőszuszpenziót 5000g mellett 10 percig centrifugálták. A felülúszót AFM-mérésekhez vették ki, majd siRNS-sel funkcionalizálták.
Ajánlott készülék:
UP400S
Hivatkozás / Tudományos közlemény:
Jung, A. (2007): Szén nanocsöveken alapuló funkcionális anyagok. Doktori értekezés, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

Hidroxiapatit biokerámia

Ultrahangos alkalmazás:
A nano-HAP szintéziséhez 40 mL térfogatú, 0,32M koncentrációjú Ca(NO₃)² ⋅ 4H₂O-oldatot helyeztek egy kis főzőpohárba. Ezután az oldat pH-ját körülbelül 2,5 mL ammónium-hidroxiddal 9,0 értékre állították be. Ezt követően az oldatot az UP50H (50 W, 30 kHz) ultrahangos processzorral kezelték 1 órán át, MS7 szonotróda (7mm átmérőjű ultrahangos kürt) használatával, 100% maximális amplitúdóra állítva. Az első óra végén 60 mL térfogatú, 0,19M koncentrációjú [KH₂PO₄]-oldatot adtak lassan, cseppenként az első oldathoz, miközben az ultrahangos besugárzást egy második órán át folytatták. A keverési folyamat során ellenőrizték a pH-értéket és 9 értéken tartották, míg a Ca/P arányt 1,67 értéken tartották. Ezután az oldatot centrifugálással (~2000 g) szűrték, majd a keletkezett fehér csapadékot több mintára osztották a hőkezeléshez. Két mintasorozatot készítettek: az első tizenkét mintából állt a csőkemencében végzett hőkezeléshez, a második pedig öt mintából a mikrohullámú kezeléshez
Ajánlott készülék:
UP50H
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Poinern, G. J. E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D.(2011): A hő és az ultrahang hatása a nanométeres méretű hidroxiapatit biokerámia képződésére. International Journal of Nanomedicine 6, 2011. 2083–2095.

Ultrahanggal aprított és diszpergált kalcium-hidroxiapatit

Szervetlen fullerénszerű WS₂ nanorészecskék

Ultrahangos alkalmazás:
Az ultrahangos kezelés a szervetlen fullerénszerű (IF) WS₂ nanorészecskék nikkelmátrixba történő elektrokémiai leválasztása során egyenletesebb és tömörebb bevonat kialakulását eredményezi. Ezenkívül az ultrahang alkalmazása jelentős hatással van a fémbevonatba beépült részecskék tömegszázalékára (wt.%). Így az IF-WS₂ részecskék tömegszázalékos aránya a nikkelmátrixban 4,5 wt.%-ról (a kizárólag mechanikus keverés mellett növesztett filmekben) körülbelül 7 wt.%-ra nő (a 30 W cm^-2 ultrahang-intenzitású ultrahangos kezelés mellett előállított filmekben).
A Ni/IF-WS₂ nanokompozit bevonatokat elektrolitikusan választották le egy standard Watts-féle nikkelfürdőből, amelyhez ipari minőségű IF-WS₂ (szervetlen fullerének-WS₂) nanorészecskéket adtak.
A kísérlethez IF-WS₂ hozzáadásával egészítették ki a nikkel-Watts-elektrolitokat, és a szuszpenziókat az együttleválasztási kísérletek előtt szobahőmérsékleten legalább 24 h időtartamon át intenzíven keverték mágneses keverővel (300 rpm). Közvetlenül az elektrolitikus leválasztás előtt a szuszpenziókat 10 min. időtartamú ultrahangos előkezelésnek vetették alá az agglomeráció elkerülése érdekében. Az ultrahangos besugárzáshoz az UP200S szondás ultrahangos készüléket S14 szonotró­dával (14 mm csúcsátmérő) 55% amplitúdóra állították.
Az együttleválasztási kísérletekhez 200 mL térfogatú hengeres üvegcellákat használtak. A bevonatokat kereskedelmi forgalomban kapható, sík lágyacél (St37 minőségű) katódokra választották le, amelyek felülete 3cm² volt. Az anód tiszta nikkelfólia volt (3cm²), amelyet az edény oldalán, a katóddal szemben helyeztek el. Az anód és a katód közötti távolság 4cm volt. A hordozókat zsírtalanították, hideg desztillált vízzel leöblítették, 15% HCl-oldatban aktiválták (1 min.), majd ismét desztillált vízzel öblítették. Az elektrolitikus együttleválasztást 5,0 A dm^-2 állandó áramsűrűséggel, 1 h időtartamon át végezték egyenáramú tápegységgel (5 A/30 V, BLAUSONIC FA-350). Az oldat teljes térfogatában az egyenletes részecskekoncentráció fenntartása érdekében az elektrolitikus leválasztás során két keverési módszert alkalmaztak: mechanikus keverést a cella alján elhelyezett mágneses keverővel (ω = 300 rpm), valamint ultrahangos kezelést az UP200S szondás ultrahangos készülékkel. Az ultrahangos szondát (szonotródát) felülről közvetlenül az oldatba merítették, és pontosan a munkaelektród és az ellenelektród közé helyezték úgy, hogy ne lépjen fel árnyékolás. Az elektrokémiai rendszerbe irányított ultrahang intenzitását az ultrahang amplitúdójának szabályozásával változtatták. Ebben a vizsgálatban folyamatos üzemmódban 25, 55 és 75% rezgési amplitúdót állítottak be, ami rendre 20, 30 és 40 W cm^-2 ultrahang-intenzitásnak felelt meg; ezt egy ultrahangos teljesítménymérőhöz (Hielscher Ultrasonics) csatlakoztatott processzorral mérték. Az elektrolit hőmérsékletét termosztáttal 55◦C-on tartották. A hőmérsékletet minden kísérlet előtt és után megmérték. Az ultrahangos energia miatti hőmérséklet-emelkedés nem haladta meg a 2–4◦C-ot. Az elektrolízis után a mintákat etanolban 1 min. időtartamú ultrahangos tisztításnak vetették alá, hogy eltávolítsák a felületről a lazán adszorbeálódott részecskéket.
Ajánlott készülék:
UP200S S14 ultrahangos kürttel / szonotródával
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
García-Lecina, E.; García-Urrutia, I.; Díeza, J.A.; Fornell, B.; Pellicer, E.; Sort, J. (2013): Szervetlen, fullerénszerű WS2 nanorészecskék együttleválasztása elektrolitikusan leválasztott nikkelmátrixban ultrahangos keverés hatására. Electrochimica Acta 114, 2013. 859-867.

Latexszintézis

Ultrahangos alkalmazás:
P(St-BA) latex előállítása
A P(St-BA) poli(sztirol-r-butil-akrilát) P(St-BA) latexrészecskéket emulziós polimerizációval szintetizálták DBSA felületaktív anyag jelenlétében. Először 1 g DBSA-t oldottak fel 100 mL vízben egy háromnyakú lombikban, és az oldat pH-értékét 2,0-ra állították. A 2,80 g St és 8,40 g BA monomerkeverékét az AIBN iniciátorral (0,168 g) együtt a DBSA-oldatba öntötték. Az O/W emulziót 1 h időtartamú mágneses keveréssel állították elő, majd egy UIP1000hd ultrahangos szondával (szonda/ szonotróda) felszerelt készülékkel további 30 min időtartamú ultrahangos kezelést végeztek jégfürdőben. Végül a polimerizációt 90degC hőmérsékleten, olajfürdőben, 2 h időtartamon át, nitrogénatmoszférában hajtották végre.
Ajánlott készülék:
UIP1000hd
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Poli(3,4-etilén-dioxi-tiofén)epoli(sztirolszulfonsav) (PEDOT:PSS) alapú rugalmas, vezető filmek előállítása nemszőtt textilhordozón. Materials Chemistry and Physics 143, 2013. 143–148.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a latex szonokémiai szintéziséről!

Ólomeltávolítás (ultrahangos kioldás)

Ultrahangos alkalmazás:
Ólom ultrahangos kioldása szennyezett talajból:
Az ultrahangos kioldási kísérleteket egy UP400S ultrahangos készülékkel végezték, amely titán ultrahangos szondával (átmérő: 14mm) rendelkezik, és 20kHz frekvencián működik. Az ultrahangos szondát (szonotródát) kalorimetriásan kalibrálták, az ultrahang intenzitását 51 ± 0,4 W cm^-2 értékre állítva minden ultrahangos kioldási kísérlethez. Az ultrahangos kioldási kísérletek során a hőmérsékletet sík fenekű, köpenyes üvegcellával 25 ± 1°C értéken tartották. Az ultrahangos kezelés során három rendszert alkalmaztak talajkioldó oldatként (0,1L): 6 mL 0,3 mol L^-2 koncentrációjú ecetsavoldatot (pH 3,24), 3% (v/v) salétromsavoldatot (pH 0,17), valamint ecetsav/acetát puffert (pH 4,79), amelyet 60mL 0f 0,3 mol L^-1 koncentrációjú ecetsav és 19 mL 0,5 mol L^-1 koncentrációjú NaOH összekeverésével készítettek. Az ultrahangos kioldási folyamat után a mintákat szűrőpapírral szűrték, hogy a kioldási oldatot elválasszák a talajtól, majd az ólmot elektrokémiai úton leválasztották a kioldási oldatból, és az ultrahangos kezelés után feltárták a talajt.
Az ultrahang bizonyítottan értékes eszköz a szennyezett talajból történő ólomkioldás fokozására. Az ultrahang hatékony módszer a kioldható ólom csaknem teljes eltávolítására is a talajból, ami sokkal kevésbé veszélyes talajt eredményez.
Ajánlott készülék:
UP400S H14 szonotródával
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007): Ultrahangos kioldás és elektrokémiai kezelés kombinálása ólom talajból történő eltávolítására. Journal of New Materials for Electrochemical Systems 10, 2007. 195–199.

Nanorészecske-szuszpenzió előállítása

Ultrahangos alkalmazás:
A nanorészecske-szuszpenziók előállításához bevonat nélküli nTiO2-port (transzmissziós elektronmikroszkópiával (TEM) mérve 5nm) és nZnO-port (TEM-mel mérve 20nm), valamint polimerrel bevont nTiO2-port (TEM-mel mérve 3–4nm) és nZnO-port (TEM-mel mérve 3–9nm) használtak. A nanorészecskék kristályformája az nTiO2 esetében anatáz, az nZnO esetében amorf volt.
0,1 g nanorészecskeport mértek be egy néhány csepp ionmentesített (DI) vizet tartalmazó 250mL térfogatú főzőpohárba. Ezután a nanorészecskéket rozsdamentes acél spatulával összekeverték, a főzőpoharat DI vízzel 200 mL térfogatra feltöltötték, megkeverték, majd 60 sec. ideig 90% amplitúdóval ultrahangos kezelésnek vetették alá a Hielscher UP200S ultrahangos processzorával, így 0,5 g/L koncentrációjú törzsszuszpenziót kaptak. Minden törzsszuszpenziót legfeljebb két napig tároltak 4°C hőmérsékleten.
Ajánlott készülék:
UP200S vagy UP200St
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Petosa, A. R. (2013): Fém-oxid nanorészecskék transzportja, lerakódása és aggregációja telített szemcsés porózus közegekben: a vízkémia, a gyűjtőfelület és a részecskebevonat szerepe. Doktori értekezés, McGill University, Montreal, Quebec, Kanada 2013. 111–153.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a nanorészecskék ultrahangos diszpergálásáról!

Magnetit-nanorészecskék kicsapása

Ultrahangos alkalmazás:
A magnetit (Fe₃O₄) nanorészecskéket vas(III)-klorid-hexahidrát és vas(II)-szulfát-heptahidrát vizes oldatának együttes kicsapásával állítják elő, Fe3+/Fe2+ = 2:1 mólarány mellett. A vastartalmú oldatból tömény ammónium-hidroxiddal, illetve nátrium-hidroxiddal végzik a kicsapást. A kicsapási reakciót ultrahangos besugárzás mellett hajtják végre, a reagenseket az ultrahangos átfolyó reaktorkamra kavitációs zónáján át vezetve. Bármilyen pH-gradiens elkerülése érdekében a kicsapószert feleslegben kell szivattyúzni. A magnetit részecskeméret-eloszlását fotonkorrelációs spektroszkópiával mérték. Az ultrahang által kiváltott keverés az átlagos részecskeméretet 12–14 nm-ről körülbelül 5–6 nm-re csökkenti.
Ajánlott készülék:
UIP1000hd átfolyó cellás reaktorral
Hivatkozás/ Tudományos közlemény:
Banert, T.; Horst, C.; Kunz, U., Peuker, U. A. (2004): Folyamatos kicsapás ultrahangos átfolyó reaktorban a vas-(II,III)-oxid példáján. ICVT, TU-Clausthal. A GVC 2004. évi találkozóján bemutatott poszter.
Banert, T.; Brenner, G.; Peuker, U. A. (2006): Egy folyamatos szonokémiai kicsapóreaktor üzemi paraméterei. Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.–27. April 2006.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni az ultrahangos kicsapásról!

Nikkelporok

Ultrahangos alkalmazás:
Ni-porok szuszpenziójának előállítása polielektrolittal, lúgos pH mellett (az oldódás megakadályozása és a felületen NiO-ban dúsított kémiai specieszek kialakulásának elősegítése érdekében), akrilalapú polielektrolittal és tetrametil-ammónium-hidroxiddal (TMAH).
Ajánlott készülék:
UP200S
Hivatkozás / Kutatási közlemény:
Mora, M.; Lennikov, V.; Amaveda, H.; Angurel, L. A.; de la Fuente, G. F.; Bona, M. T.; Mayoral, C.; Andres, J. M.; Sanchez-Herencia, J. (2009): Szupravezető bevonatok előállítása szerkezeti kerámialapokon. Applied Superconductivity 19/ 3, 2009. 3041-3044.

PbS – Ólom-szulfid-nanorészecskék szintézise

Ultrahangos alkalmazás:
Szobahőmérsékleten 0,151 g ólom-acetátot (Pb(CH3COO)2.3H2O) és 0,03 g TAA-t (CH3CSNH2) adtak 5mL ionos folyadékhoz, [EMIM] [EtSO4], valamint 15mL kétszer desztillált vízhez egy 50mL főzőpohárban, majd a keveréket egy UP200S készülékkel 7 min. időtartamú ultrahangos besugárzásnak vetették alá. Az S1 ultrahangos szonda / szonotróda csúcsát közvetlenül a reakcióoldatba merítették. A képződött sötétbarna szuszpenziót centrifugálták a csapadék elkülönítéséhez, majd kétszer mosták kétszer desztillált vízzel, illetve etanollal az el nem reagált reagensek eltávolítása érdekében. Az ultrahangnak a termékek tulajdonságaira gyakorolt hatását egy további összehasonlító minta elkészítésével vizsgálták, a reakcióparamétereket változatlanul tartva, azzal a kivétellel, hogy a terméket 24 h folyamatos keverés mellett, ultrahangos besugárzás nélkül állították elő.
A PbS-nanorészecskék előállítására szobahőmérsékleten, vizes ionos folyadékban végzett, ultrahanggal segített szintézist javasoltak. Ez a szobahőmérsékleten végzett, környezetkímélő zöld módszer gyors és templátmentes, ami jelentősen lerövidíti a szintézis idejét, és elkerülhetővé teszi a bonyolult szintéziseljárásokat. Az így előállított nanoklaszterek igen nagy, 3,86 eV mértékű kékeltolódást mutatnak, amely a részecskék nagyon kis méretének és a kvantumbezárási hatásnak tulajdonítható.
Ajánlott készülék:
UP200S
Hivatkozás / Kutatási közlemény:
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008): PbS-nanorészecskék egyszerű, szobahőmérsékleten történő előállítása és jellemzése vizes [EMIM][EtSO4] ionos folyadékban ultrahangos besugárzással. Bulletin of Korean Chemical Society 29/ 1, 2008. 53-56.

Tisztított nanocsövek

Ultrahangos alkalmazás:
A tisztított nanocsöveket ezután 1,2-diklóretánban (DCE) szuszpendálták egy nagy teljesítményű ultrahangos készülék ( UP400S, 400W, 24 kHz) impulzusüzemű (ciklusos) ultrahangos kezelésével, fekete szuszpenziót létrehozva. Az agglomerálódott nanocsövek kötegeit ezt követően egy 5 percig, 5000 rpm fordulatszámon végzett centrifugálási lépésben távolították el.
Ajánlott készülék:
UP400S
Hivatkozás / Kutatási közlemény:
Witte, P. (2008): Amfifil fullerének biomedicinális és optoelektronikai alkalmazásokhoz. Doktori értekezés, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2008.

SAN/CNTs kompozit

Ultrahangos alkalmazás:
A CNT-k SAN-mátrixban történő diszpergálásához szonotródával felszerelt Hielscher UIS250V készüléket használtak szondás ultrahangos kezelésre. Először a CNT-ket 50mL desztillált vízben diszpergálták körülbelül 30 min. időtartamú ultrahangos kezeléssel. Az oldat stabilizálásához SDS-t adtak hozzá az oldat ~1%-ának megfelelő arányban. Ezután a kapott vizes CNT-diszperziót egyesítették a polimerszuszpenzióval, és 30 min. időtartamig keverték Heidolph RZR 2051 mechanikus keverővel, majd ismételten ultrahangos kezelésnek vetették alá 30 min. időtartamig. Az elemzéshez a különböző CNT-koncentrációjú SAN-diszperziókat Teflon formákba öntötték, és környezeti hőmérsékleten 3–4 napig szárították.
Ajánlott készülék:
UIS250v
Hivatkozás/ Kutatási közlemény:
Bitenieks, J.; Meri, R. M.; Zicans, J.; Maksimovs, R.; Vasile, C.; Musteata, V. E. (2012): Sztirol–akrilát/szénnanocső nanokompozitok: mechanikai, termikus és elektromos tulajdonságok. In: Proceedings of the Estonian Academy of Sciences 61/ 3, 2012. 172–177.

Szilícium-karbid (SiC) nanopor

Ultrahangos alkalmazás:
A szilícium-karbid (SiC) nanopor deagglomerálását és eloszlatását a festék tetrahidrofurános oldatában egy Hielscher UP200S nagy teljesítményű ultrahangos processzor segítségével végezték, amely 80 W/cm² akusztikus teljesítménysűrűséggel működött. A SiC deagglomerálását kezdetben tiszta oldószerben végezték némi detergens hozzáadásával, majd fokozatosan adagolták hozzá a festéket. A teljes folyamat a mártóbevonáshoz előkészített minták esetében 30 percig, a szitanyomtatáshoz előkészített minták esetében pedig 60 percig tartott. Az ultrahangos kezelés során biztosították a keverék megfelelő hűtését az oldószer forrásának elkerülésére. Az ultrahangos kezelés után a tetrahidrofuránt rotációs bepárlóban elpárologtatták, és a nyomtatáshoz megfelelő viszkozitás elérése érdekében hozzáadták a keverékhez a térhálósítót. A kapott kompozit SiC-koncentrációja a mártóbevonáshoz előkészített mintákban 3% wt volt. A szitanyomtatáshoz két mintasorozatot készítettek: az előzetes kopási és súrlódási vizsgálatokhoz 1 – 3% wt SiC-tartalommal, a kompozitoknak a kopási és súrlódási vizsgálatok eredményei alapján történő finomhangolásához pedig 1,6 – 2,4% wt SiC-tartalommal.
Ajánlott készülék:
UP200S
Hivatkozás/ Kutatási közlemény:
Celichowski G.; Psarski M.; Wiśniewski M. (2009): Rugalmas fonalfeszítő nem folytonos, kopásálló nanokompozit mintázattal. Fibres & Textiles in Eastern Europe 17/ 1, 2009. 91–96.

SWNT egyfalú szénnanocsövek

Ultrahangos alkalmazás:
Szonokémiai szintézis: 10 mg SWNT és 30ml 2%MCB oldat 10 mg SWNT és 30ml 2%MCB oldat, UP400S Ultrahangos kezelés intenzitása: 300 W/cm2, ultrahangos kezelés időtartama: 5h
Ajánlott készülék:
UP400S
Hivatkozás/ Kutatási közlemény:
Koshio, A.; Yudasaka, M.; Zhang, M.; Iijima, S. (2001): Egyszerű módszer egyfalú szénnanocsövek és szerves anyagok kémiai reakciójának kiváltására ultrahangos kezeléssel. Nano Letters 1/ 7, 2001. 361–363.

Tiolcsoportokkal módosított SWCNT-k

Ultrahangos alkalmazás:
25 mg tiolcsoportokkal módosított SWCNT-t (2,1 mmol szén) szuszpendáltak 50 mL ionmentesített vízben egy 400W teljesítményű ultrahangos kezelőkészülék segítségével (UP400S). Ezt követően a szuszpenziót a frissen elkészített Au(NP)-oldathoz adták, és a keveréket 1h időtartamig keverték. Az Au(NP)-SWCNT-ket mikroszűréssel (cellulóz-nitrát) választották ki, és alaposan átmosták ionmentesített vízzel. A szűrlet vörös színű volt, mivel a kis Au(NP)-részecskék (átlagos átmérő ≈ 13 nm) hatékonyan át tudtak jutni a szűrőmembránon (pórusméret 0,2μm).
Ajánlott készülék:
UP400S
Hivatkozás / Tudományos közlemény:
Jung, A. (2007): Szénnanocsöveken alapuló funkcionális anyagok. Doktori értekezés, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

TiO₂ / perlit kompozit

Ultrahangos alkalmazás:
TiO2 /perlit kompozit anyagokat állítottak elő. Először 5 mL titán-izopropoxidot (TIPO), Aldrich 97%, oldottak fel 40 mL etanolban, Carlo Erba, és 30 min. időtartamig keverték. Ezután 5 g perlitet adtak hozzá, és a diszperziót 60 min. időtartamig keverték. A keveréket tovább homogenizálták a következő ultrahangos szondás kezelőkészülékkel: UIP1000hd. A 2 min. időtartamú ultrahangos kezelés során összesen 1 Wh energiát juttattak a keverékbe. Végül a zagyot etanollal hígították, hogy 100 mL szuszpenziót kapjanak, és a kapott folyadékot prekurzoroldatnak (PS) nevezték el. Az elkészített PS készen állt a lángpermet-pirolízis rendszerben történő feldolgozásra.
Ajánlott készülék:
UIP1000hd
Hivatkozás / Tudományos közlemény:
Giannouri, M.; Kalampaliki, Th.; Todorova, N.; Giannakopoulou,T.; Boukos, N.; Petrakis, D.; Vaimakis, T.; Trapalis, C. (2013): TiO2/perlit kompozitok egylépéses szintézise lángpermet-pirolízissel és fotokatalitikus viselkedésük. International Journal of Photoenergy 2013.

A folyadékokba csatolt nagy teljesítményű ultrahang intenzív kavitációt hoz létre. A szélsőséges kavitációs hatások szubmikronos és nanoméretű részecskéket tartalmazó finompor-zagyokat hoznak létre. Ezenfelül a részecskék felülete aktiválódik. A mikrosugarak és lökéshullámok becsapódása, valamint a részecskék közötti ütközések jelentős hatást gyakorolnak a szilárd anyagok kémiai összetételére és fizikai morfológiájára, ami drámai mértékben fokozhatja mind a szerves polimerek, mind a szervetlen szilárd anyagok kémiai reakcióképességét.

„Az összeomló buborékok belsejében uralkodó szélsőséges körülmények rendkívül reakcióképes kémiai részecskéket hoznak létre, amelyek különféle célokra használhatók fel, például a polimerizáció megindítására hozzáadott iniciátorok nélkül. Egy másik példa: az illékony fémorganikus prekurzorok magas forráspontú oldószerekben végbemenő szonokémiai bomlása különböző formájú, nagy katalitikus aktivitású nanoszerkezetű anyagokat eredményez. Nanoszerkezetű fémek, ötvözetek, karbidok és szulfidok, nanométeres kolloidok és nanoszerkezetű hordozós katalizátorok egyaránt előállíthatók ezzel az általános eljárással.”

[Suslick/ Price 1999: 323]

Szakirodalom/Hivatkozások

• Suslick, K. S.; Price, G. J. (1999): Az ultrahang alkalmazásai az anyagkémiában. Annu. Rev. Mater. Sci. 29, 1999. 295-326.
• Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Ígéretes fotovezető képességű exfoliált CrPS4. Small 16. kötet, 1. szám. January 9, 2020.
• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Molekulakristályok szonofragmentációja. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
• Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): A hő és az ultrahang hatása a nanométeres méretskálájú hidroxiapatit-biokerámia kialakulására. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.