A nagy teljesítményű ultrahangos kezelés hatékony és megbízhatóan felbontja a részecske agglomerátumokat, sőt szét is bontja az elsődleges részecskéket. Nagy teljesítményű diszperziós teljesítménye miatt a szonda típusú ultrahangos szondákat előnyben részesített módszerként használják homogén nanorészecske-szuszpenziók létrehozásához.

Megbízható nanorészecske diszperzió ultrahanggal

Számos iparág megköveteli a szuszpenziók előkészítését, amelyek betöltött nanorészecskék. A nanorészecskék 100 nm-nél kisebb szemcseméretű szilárd anyagok. A kis részecskeméretnek köszönhetően a nanorészecske olyan egyedi tulajdonságokat fejez ki, mint a kivételes szilárdság, keménység, optikai jellemzők, hajlékonyság, UV-ellenállás, vezetőképesség, elektromos és elektromágneses (EM) tulajdonságok, korróziógátló, karcállóság és egyéb rendkívüli jellemzők.
A nagy intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahang intenzív akusztikus kavitációt hoz létre, amelyet szélsőséges körülmények jellemeznek, mint például a nyírási erők, a nagyon magas nyomás- és hőmérsékletkülönbségek és a turbulenciák. Ezek a kavitációs erők felgyorsítják a részecskék közötti ütközéseket és következésképpen a részecskék összetörését. Következésképpen nanoszerkezetű, keskeny szemcseméret-görbével és egyenletes eloszlással rendelkező anyagokat kapunk.
Az ultrahangos diszpergáló berendezés alkalmas bármilyen nanoanyag kezelésére vízben és szerves oldószerekben, alacsony vagy nagyon magas viszkozitásokkal.

Ultrahangos diszperziós szén nanocsövek

Ultrahangos diszpergálószereket széles körben használnak a szén nanocsövek (CNT- k) diszpergálására. Sonication egy megbízható módszer detangle és eloszlatni egyfalú szén nanocsövek (SWCNTs), valamint a többfalú szén nanocsövek (MWCNTs). Például egy nagy vezetőképességű hőre lágyuló polimer előállítása érdekében a nagy tisztaságú (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNT; külső átmérő 9,5 nm; tisztaság 95 +%) ultrahangosan eloszlik a Hielscher UP200S-szel 30 percig. szobahőmérsékleten. Az ultrahangosan diszpergált Nanocyl® 3100 MWCNTs koncentrációja 1% w / w az epoxigyanta mutatott kiváló vezetőképessége kb. 1,5 × 10-2 S / m.

A nikkel nanorészecskék ultrahangos diszperziója

A nikkel nanorészecskék sikeresen előállíthatók ultrahangosan assited hidrazin redukciós szintézissel. A hidrazin redukciós szintézis útvonal lehetővé teszi tp készíteni tiszta fémes nikkel nanorészecske gömb alakú kémiai csökkentése nikkel-klorid hidrazinnal. Az Adám kutatócsoportja kimutatta, hogy az ultrahangos – használata a Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – képes volt fenntartani az átlagos elsődleges kristályos méretet (7–8 nm) az alkalmazott hőmérséklettől függetlenül, míg az intenzív és rövidebb ultrahangos időszakok használata 710 nm-ről 190 nm-re csökkentheti a másodlagos, aggregált részecskék szovodinamikai átmérőjét felületaktív anyag hiányában. A legmagasabb savasságot és katalitikus aktivitást enyhe (30 W kimeneti teljesítmény) és folyamatos ultrahang kezeléssel előállított nanorészecskék esetében mérték. A nanorészecskék katalitikus viselkedését suzuki-miyaura keresztcsatlakozási reakcióban tesztelték öt, hagyományos és ultrahangos módon készített mintán keresztül. Az ultrahangosan előkészített katalizátorok általában jobban teljesítettek, és a legmagasabb katalitikus aktivitást az alacsony teljesítményű (30 W) folyamatos ultrahangos vizsgálat során készített nanorészecskéken mérték.
Az ultrahang kezelés döntő hatással volt a nanorészecskék aggregációs tendenciájára: az elpusztított kavitációs üregek töredezettségmentesítési hatása az erőteljes tömegátvitellel legyőzte az elpusztított kavitációs üregek vonzó elektrosztatikus hatását, és az erőteljes tömegátvitellel legyőzte a részecskék közötti vonzó elektrosztatikus és van der Waals erőket.
(vö. Adám et al. 2020)

Wollastonit nanorészecskék ultrahangos szintézise

A wollastonit egy kalcium-inozilikát ásvány a CaSiO3 Wollastonite kémiai képlettel, amelyet széles körben használnak cement, üveg, tégla és csempe előállítására az építőiparban, mint az acélöntés fluxusa, valamint a bevonatok és festékek gyártásának adalékanyaga. Például a wollastonit megerősítést, keményedést, alacsony olajfelvételt és egyéb fejlesztéseket biztosít. A wollastonit kiváló erősítő tulajdonságainak eléréséhez elengedhetetlen a nanoméretű deagglomáció és az egyenletes diszperzió.
Dordane és Doroodmand (2021) tanulmányaikban kimutatták, hogy az ultrahangos diszperzió nagyon fontos tényező, amely jelentősen növeli a wollastonit nanorészecskék méretét és morfológiáját. A wollastonit nanodiszperziós szonikáció hozzájárulásának értékeléséhez a kutatócsoport nagy teljesítményű ultrahang alkalmazásával és anélkül szintetizálta a wollastonit nanorészecskéket. A szonikációs kísérletekhez a kutatók a ultrahangos processzor UP200H (Hielscher Ultrasonics) 24 kHz-es frekvenciával 45,0 percig. Az ultrahangos nano-diszperzió eredményeit az alábbi nagy felbontású SEM mutatja. A SEM kép egyértelműen mutatja, hogy a wollastonit minta ultrahangos kezelés előtt agglomerált és összesített; az UP200H ultrahangos vizsgálat után a wollastonit részecskék átlagos mérete kb. 10nm. A tanulmány azt mutatja, hogy az ultrahangos diszperzió megbízható és hatékony technika a wollastonit nanorészecskék szintetizálására. Az átlagos nanorészecske méret az ultrahangos feldolgozási paraméterek beállításával szabályozható.
(vö. Dordane és Doroodmand, 2021)

SEM képek a wollastonite nanorészecskék (A) előtt és (B) ultrahangos kezelés után a Ultrahangos processzor UP200H 45,0 percig.
Tanulmány és kép: ©Dordane és Doroodmand, 2021.

Ultrahangos nanofiller diszperzió

A szonikálás egy sokoldalú módszer a nanotömítők folyadékokban és iszapokban való diszpergálására és deagglomerációra, pl. polimerek, epoxigyanták, keményedők, hőre lágyuló műanyagok stb. Ezért a szonifikációt széles körben használják rendkívül hatékony diszperziós módszerként az R&D és ipari termelés.
Zanghellini és mtsai. (2021) az epoxigyanta nanofillereinek ultrahangos diszperziós technikáját vizsgálta. Bizonyítani tudta, hogy az ultrahangos kezelés képes volt kis és nagy koncentrációjú nanofillereket polimer mátrixba diszpergálni.
Összehasonlítva a különböző készítmények, a 0,5 wt% oxidált CNT mutatta a legjobb eredményeket az összes ultrahangos minták, felfedve méreteloszlás a legtöbb agglomerátumok összehasonlítható tartományban három tekercs malom előállított minták, egy jó kötés a keményedő, a kialakulását perkolációs hálózat belsejében diszperzió, amely arra mutat, stabilitás ellen üllés, és így a megfelelő hosszú távú stabilitást. A magasabb töltőanyagok hasonló jó eredményeket mutattak, de kifejezettebb belső hálózatok, valamint valamivel nagyobb agglomerátumok kialakulását is. Még a szén nanoszálak (CNF) is sikeresen eloszlathatók ultrahangos kezeléssel. A nanofillerek közvetlen amerikai diszperziója a keményedő rendszerekben további oldószerek nélkül sikeresen sikerült elérni, és így alkalmazható módszernek tekinthető egy egyszerű és egyenes diszperzióra, amely ipari felhasználásra is alkalmas. (vö. Zanghellini és mtsai., 2021)

A szívóban diszpergált különböző nanofillerek összehasonlítása szonda típusú ultrahangos kezeléssel): a) 0,5 wt% szén nanoszál (CNF); b) 0,5 wt% CNToxid; c) 0,5 wt% szén nanocső (CNT); d) 0,5 wt% CNT félig diszpergált.
Tanulmány és kép: ©Zanghellini et al., 2021

A nanorészecskék ultrahangos diszperziója – Tudományosan bizonyított a felsőbbrendűség

A kutatások azt mutatják, számos kifinomult tanulmány, hogy ultrahangos diszperzió az egyik kiváló technikák deagglomerate és elosztja nanorészecskék még nagy koncentrációban folyadékok. Például a Vikash (2020) a Hielscher ultrahangos diszpergálószerrel vizsgálta a nagy mennyiségű nano-szilícium-dioxid diszperzióját viszkózus folyadékokban az UP400S hielscher ultrahangos diszpergálószerrel. Tanulmányában arra a következtetésre jut, hogy "a nanorészecskék stabil és egyenletes diszperziója ultraszonikus eszközzel érhető el, nagy szilárd terhelés mellett viszkózus folyadékokban." [Vikash, 2020]

Nagy teljesítményű ultrahangos processzorok nanorészecske diszperzióhoz

Hielscher Ultrasonics az Ön megbízható szállítója megbízható nagy teljesítményű ultrahangos berendezések labor és a pilóta a teljes ipari rendszerek. Hielscher ultrahang’ az eszközök kifinomult hardverrel, intelligens szoftverrel és kiemelkedő felhasználóbarátsággal rendelkeznek – Németországban tervezték és gyártották. Hielscher robusztus ultrahangos gépek diszperziós, deagglomeration, nanorészecske szintézis és funkcionalizálás lehet működtetni 24/7/365 teljes terheléssel. A folyamattól és a gyártóüzemtől függően ultrahangos készülékeink szakaszos vagy folyamatos in-line módban futtathatók. Különböző kiegészítők, mint például a szonotrópok (ultrahangos szondák), emlékeztető szarvak, áramlási cellák és reaktorok könnyen elérhetők.
Vegye fel velünk a kapcsolatot most, hogy további műszaki információkat, tudományos tanulmányokat, protokollokat és árajánlatot kapjon ultrahangos nano-diszperziós rendszereinkhez! Jól képzett, nagy tapasztalattal rendelkező munkatársaink örömmel megvitatják Önnel nanoalkalmazását!

Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi: