Megbízható nanorészecske-diszperzió ipari alkalmazásokhoz

Nagy teljesítményű ultrahangos kezelés hatékonyan és megbízhatóan felbonthatja a részecske agglomerátumokat, sőt szétesheti az elsődleges részecskéket. Nagy teljesítményű diszperziós teljesítménye miatt a szonda típusú ultrahangos készülékeket előnyben részesített módszerként használják homogén nanorészecske-szuszpenziók létrehozására.

Megbízható nanorészecske diszperzió ultrahangos kezeléssel

Számos iparág megköveteli a szuszpenziók előállítását, amelyek betöltött nanorészecskék. A nanorészecskék olyan szilárd anyagok, amelyek részecskemérete kisebb, mint 100 nm. A parányi 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 nyíróerők, nagyon magas nyomás- és hőmérsékletkülönbségek, valamint turbulenciák. Ezek a kavitációs erők felgyorsítják a részecskék közötti ütközéseket, és következésképpen a részecskék összetörését. Következésképpen keskeny részecskeméret-görbével és egyenletes eloszlással rendelkező nanoszerkezetű anyagokat kapunk.
Az ultrahangos diszpergáló berendezés alkalmas bármilyen nanoanyag kezelésére vízben és szerves oldószerekben, alacsony vagy nagyon magas viszkozitással.

A szén nanocsövek ultrahangos diszperziója

Ultrasonic dispersers are widely used for the purpose of dispersing carbon nanotubes (CNTs). Sonication is a reliable method to detangle and disperse single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) as well as multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). For instance, in order to produce a highly conductive thermoplastic polymer, high-purity (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs; external diameter 9.5 nm; purity 95 +%) have been ultrasonically dispersed with the Hielscher UP200S for 30min. at room temperature. The ultrasonically dispersed Nanocyl® 3100 MWCNTs at a concentration of 1% w/w in the epoxy resin showed superior conductivity of approx. 1.5 × 10-2 S /m.

A nikkel nanorészecskék ultrahangos diszperziója

A nikkel nanorészecskék sikeresen előállíthatók ultrahanggal asszisztált hidrazin redukciós szintézissel. A hidrazin redukciós szintézis útvonal lehetővé teszi a tp számára, hogy tiszta fém nikkel nanorészecskét állítson elő gömb alakú, a nikkel-klorid hidrazinnal történő kémiai redukciójával. Adám kutatócsoportja bebizonyította, hogy az ultrahangos kezelés – A Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – képes volt fenntartani az átlagos elsődleges kristályméretet (7–8 nm) az alkalmazott hőmérséklettől függetlenül, míg az intenzív és rövidebb szonikációs időszakok alkalmazása felületaktív anyag hiányában csökkentheti a másodlagos, aggregált részecskék szolvodinamikai átmérőit 710 nm-ről 190 nm-re. A legmagasabb savasságot és katalitikus aktivitást enyhe (30 W kimenő teljesítmény) és folyamatos ultrahang kezeléssel előállított nanorészecskék esetében mértük. A nanorészecskék katalitikus viselkedését Suzuki-Miyaura keresztcsatolási reakcióban teszteltük öt, hagyományos és ultrahangos módon előkészített mintán. Az ultrahanggal előkészített katalizátorok általában jobban teljesítettek, és a legmagasabb katalitikus aktivitást az alacsony teljesítményű (30 W) folyamatos ultrahangos kezelés alatt előállított nanorészecskéken mérték.
Az ultrahangos kezelés döntő hatással volt a nanorészecskék aggregációs hajlamára: az elpusztult kavitációs üregek töredezettségmentesítő hatása az erőteljes tömegátadással legyőzhette az elpusztult kavitációs üregek vonzó elektrosztatikáját, az erőteljes tömegátadással legyőzhette a részecskék közötti vonzó elektrosztatikus és van der Waals erőket.
(vö. Adám et al. 2020)

Wollastonite nanorészecskék ultrahangos szintézise

A wollastonit egy kalcium-inoszilikát ásvány, amelynek kémiai képlete CaSiO3 A wollastonitot széles körben használják cement, üveg, tégla és csempe gyártásához az építőiparban, az acél öntésében, valamint adalékanyagként a bevonatok és festékek gyártásában. Például a wollastonite megerősítést, keményítést, alacsony olajfelvételt és egyéb fejlesztéseket biztosít. A wollastonit kiváló erősítő tulajdonságainak eléréséhez elengedhetetlen a nanoméretű deagglomeráció és az egyenletes diszperzió.
Dordane és Doroodmand (2021) tanulmányaikban kimutatták, hogy az ultrahangos diszperzió nagyon fontos tényező, amely jelentősen befolyásolja a wollastonit nanorészecskék méretét és morfológiáját. A szonikálás wollastonit nano-diszperzióhoz való hozzájárulásának értékeléséhez a kutatócsoport wollastonit nanorészecskéket szintetizált nagy teljesítményű ultrahang alkalmazásával és anélkül. Szonikációs kísérleteikhez a kutatók a ultrahangos processzor UP200H (Hielscher Ultrasonics) 24 kHz frekvenciával 45,0 percig. Az ultrahangos nano-diszperzió eredményeit az alábbi nagy felbontású SEM mutatja. A SEM kép világosan mutatja, hogy a wollastonit minta az ultrahangos kezelés előtt agglomerálódik és aggregálódik; az ultrahangos kezelés után UP200H ultrahangos 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 nanorészecskeméret az ultrahangos feldolgozási paraméterek beállításával szabályozható.
(vö. Dordane és Doroodmand, 2021)

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

Ultrahangos nanofiller diszperzió

A szonikálás sokoldalú módszer a nanofillerek diszpergálására és deagglomerálására a folyadékokban és szuszpenziókban, pl. polimerek, epoxigyanták, keményítők, hőre lágyuló műanyagok stb. Ezért a szonifikációt széles körben használják rendkívül hatékony diszperziós módszerként R-ben&D és ipari termelés.
Zanghellini et al. (2021) megvizsgálta az epoxigyanta nanofillereinek ultrahangos diszperziós technikáját. Bizonyítani tudta, hogy az ultrahangos kezelés képes volt kis és nagy koncentrációjú nanofillereket eloszlatni egy polimer mátrixba.
Összehasonlítva a különböző készítményeket, a 0,5 tömeg% oxidált CNT az összes szonikált minta legjobb eredményeit mutatta, feltárva a legtöbb agglomerátum méreteloszlását összehasonlítható tartományban három hengermű által előállított mintával, jó kötődés a keményítőhöz, perkolációs hálózat kialakulása a diszperzió belsejében, ami az üledékképződés elleni stabilitás és ezáltal a megfelelő hosszú távú stabilitás felé mutat. A magasabb töltőanyag-mennyiségek hasonlóan jó eredményeket mutattak, de hangsúlyosabb belső hálózatok és valamivel nagyobb agglomerátumok kialakulását is. Még a szén nanoszálak (CNF) is sikeresen diszpergálhatók szonikálással. A nanofillerek közvetlen amerikai diszperzióját a keményítőrendszerekben további oldószerek nélkül sikerült elérni, és így alkalmazható módszernek tekinthető az egyszerű és egyértelmű diszperzióhoz, amely ipari felhasználásra is alkalmas. (vö. Zanghellini et al., 2021)
 

A keményítőben diszpergált különböző nanotöltőanyagok összehasonlítása (ultrahangos-US): (a) 0,5 tömegszázalék szén nanoszál (CNF); (b) 0,5 tömegszázalék CNToxi; (c) 0,5 tömegszázalék szén nanocső (CNT); (d) 0,5 tömegszázalék CNT félig diszpergálva.
(Tanulmány és kép: © Zanghellini et al., 2021)

A nanorészecskék ultrahangos diszperziója – Tudományosan bizonyított a fölény

A kutatások számos kifinomult tanulmányban kimutatták, hogy az ultrahangos diszperzió az egyik legjobb technika a nanorészecskék deagglomerálására és eloszlatására, még nagy koncentrációban is, folyadékokban. Vikash (2020) például a Hielscher UP400S ultrahangos diszpergálóval vizsgálta a nagy terhelésű nanoszilícium-dioxid diszpergálását viszkózus folyadékokban. Tanulmányában arra a következtetésre jutott, hogy “a nanorészecskék stabil és egyenletes diszpergálása nagy szilárdanyag-tartalom mellett, viszkózus folyadékokban ultraszonációs készülékkel érhető el.” [Vikash, 2020]

Nagy teljesítményű ultrahangos processzorok nanorészecskék diszperziójához

A Hielscher Ultrasonics az Ön megbízható szállítója a megbízható, nagy teljesítményű ultrahangos berendezéseknek a laboratóriumból és a pilótától a teljes ipari rendszerekig. Hielscher Ultrasonics’ Az eszközök kifinomult hardverrel, intelligens szoftverrel és kiemelkedően felhasználóbarát kialakítással rendelkeznek – Németországban tervezték és gyártották. A Hielscher robusztus ultrahangos gépei diszperzióhoz, deagglomerációhoz, nanorészecske-szintézishez és funkcionalizáláshoz teljes terhelés alatt működtethetők 24/7/365. A folyamattól és a termelési létesítménytől függően ultrahangos készülékeink kötegelt vagy folyamatos in-line üzemmódban futtathatók. Különböző kiegészítők, például sonotrodes (ultrahangos szondák), emlékeztető szarvak, áramlási cellák és reaktorok könnyen elérhetők.
Lépjen kapcsolatba velünk most, hogy további technikai információkat, tudományos tanulmányokat, protokollokat és árajánlatot kapjon ultrahangos nano-diszperziós rendszereinkhez! Jól képzett, nagy tapasztalattal rendelkező munkatársaink örömmel megvitatják Önnel nano-alkalmazását!

Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását: