Հուսալի նանոմասնիկների ցրում արդյունաբերական կիրառությունների համար

Բարձր հզորության ուլտրաձայնային ախտորոշումը կարող է արդյունավետ և հուսալիորեն քանդել մասնիկների ագլոմերատները և նույնիսկ տարրալուծել առաջնային մասնիկները: Շնորհիվ իր բարձր կատարողական ցրման կատարողականի, զոնդի տիպի ուլտրաձայնային սարքերը օգտագործվում են որպես նախընտրելի մեթոդ՝ միատարր նանոմասնիկների կախոցներ ստեղծելու համար:

Նանոմասնիկների հուսալի ցրում ուլտրաձայնային եղանակով

Շատ ոլորտներ պահանջում են կախոցների պատրաստում, որոնք բեռնված նանոմասնիկներ են: Նանոմասնիկները պինդ մարմիններ են, որոնց մասնիկի չափը 100 նմ-ից պակաս է: Շնորհիվ փոքր մասնիկների չափի, նանոմասնիկն արտահայտում է եզակի հատկություններ, ինչպիսիք են բացառիկ ուժը, կարծրությունը, օպտիկական հատկությունները, ճկունությունը, ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման դիմադրությունը, հաղորդունակությունը, էլեկտրական և էլեկտրամագնիսական (EM) հատկությունները, հակակոռոզիոն, քերծվածքների դիմադրությունը և այլ արտասովոր բնութագրեր:
Բարձր ինտենսիվության, ցածր հաճախականության ուլտրաձայնը ստեղծում է ինտենսիվ ակուստիկ կավիտացիա, որը բնութագրվում է ծայրահեղ պայմաններով, ինչպիսիք են ճեղքի ուժերը, շատ բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի տարբերությունները և տուրբուլենտները: Այս կավիտացիոն ուժերը արագացնում են մասնիկները՝ առաջացնելով միջմասնիկների բախումներ և, հետևաբար, մասնիկների փշրում: Հետևաբար, ստացվում են նանոկառուցվածքային նյութեր՝ մասնիկների չափի նեղ կորով և միատեսակ բաշխմամբ։
Ուլտրաձայնային ցրման սարքավորումը հարմար է ջրի և օրգանական լուծիչների ցանկացած տեսակի նանոնյութերի մշակման համար՝ ցածրից շատ բարձր մածուցիկությամբ:

Ածխածնային նանոխողովակների ուլտրաձայնային ցրում

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.

Նիկելի նանոմասնիկների ուլտրաձայնային ցրում

Նիկելի նանոմասնիկները կարող են հաջողությամբ արտադրվել հիդրազինի նվազեցման սինթեզի ուլտրաձայնային եղանակով: Հիդրազինի նվազեցման սինթեզի ուղին թույլ է տալիս պատրաստել մաքուր մետաղական նիկելի նանոմասնիկ գնդաձև ձևով նիկելի քլորիդի քիմիական վերականգնմամբ հիդրազինով: Ադամի հետազոտական խումբը ցույց տվեց, որ ուլտրաձայնայինացումը – օգտագործելով Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – կարողացավ պահպանել բյուրեղների միջին առաջնային չափը (7–8 նմ)՝ անկախ կիրառվող ջերմաստիճանից, մինչդեռ ինտենսիվ և ավելի կարճ ձայնային ժամանակաշրջանների օգտագործումը կարող էր նվազեցնել երկրորդական, ագրեգացված մասնիկների սոլվոդինամիկ տրամագծերը 710 նմ-ից մինչև 190 նմ բացակայության դեպքում։ ցանկացած մակերեսային ակտիվ նյութից: Առավելագույն թթվայնությունը և կատալիտիկ ակտիվությունը չափվել են նանոմասնիկների համար, որոնք պատրաստված են մեղմ (30 Վտ ելքային հզորություն) և շարունակական ուլտրաձայնային մշակմամբ: Նանոմասնիկների կատալիտիկ վարքագիծը փորձարկվել է Suzuki-Miyaura խաչաձև միացման ռեակցիայով հինգ նմուշների վրա, որոնք պատրաստված են սովորական, ինչպես նաև ուլտրաձայնային եղանակներով: Ուլտրաձայնային եղանակով պատրաստված կատալիզատորները սովորաբար ավելի լավ էին գործում, և ամենաբարձր կատալիտիկ ակտիվությունը չափվում էր ցածր հզորության (30 Վտ) շարունակական արտահոսքի տակ պատրաստված նանոմասնիկների նկատմամբ:
Ուլտրաձայնային բուժումը վճռորոշ ազդեցություն ունեցավ նանոմասնիկների ագրեգացման տենդենցի վրա. ավերված կավիտացիոն բացերի դեֆրագմենտացիոն ազդեցությունը զանգվածի աշխույժ փոխանցումով կարող էր հաղթահարել ավերված կավիտացիոն բացերի գրավիչ էլեկտրաստատիկ զանգվածի ուժեղ փոխանցումը կարող էր հաղթահարել գրավիչ էլեկտրաստատիկ և վան դերը: Վալսի ուժերը մասնիկների միջև։
(տես Ադամ և այլք 2020 թ.)

Վոլաստոնիտի նանոմասնիկների ուլտրաձայնային սինթեզ

Վոլաստոնիտը կալցիումի ինոսիլիկատային միներալ է՝ CaSiO3 քիմիական բանաձևով Վոլաստոնիտը լայնորեն օգտագործվում է որպես շինարարական արդյունաբերության մեջ ցեմենտի, ապակու, աղյուսի և կղմինդրի արտադրության բաղադրիչ, որպես հոսք պողպատի ձուլման մեջ, ինչպես նաև հավելում է արտադրության մեջ։ ծածկույթներ և ներկեր: Օրինակ, վոլաստոնիտը ապահովում է ամրացում, կարծրացում, յուղի ցածր կլանումը և այլ բարելավումներ: Վոլաստոնիտի գերազանց ամրապնդող հատկություններ ստանալու համար անհրաժեշտ է նանոմաշտաբով ապաագլոմերացիա և միատեսակ ցրում:
Դորդանը և Դորուդմանդը (2021) իրենց ուսումնասիրություններում ցույց են տվել, որ ուլտրաձայնային ցրումը շատ կարևոր գործոն է, որը զգալիորեն ազդում է վոլաստոնիտի նանոմասնիկների չափի և մորֆոլոգիայի վրա: Վոլլաստոնիտի նանո-դիսպերսիայի վրա sonication-ի ներդրումը գնահատելու համար հետազոտական թիմը սինթեզել է վոլաստոնիտի նանոմասնիկներ բարձր հզորության ուլտրաձայնային սարքերի կիրառմամբ և առանց դրա: Իրենց sonication փորձարկումների համար հետազոտողները օգտագործել են Ուլտրաձայնային պրոցեսոր UP200H (Hielscher Ultrasonics) 24 կՀց հաճախականությամբ 45,0 րոպեի ընթացքում: Ուլտրաձայնային նանո-ցրման արդյունքները ներկայացված են ստորև ներկայացված բարձր լուծաչափով SEM-ում: SEM պատկերը հստակ ցույց է տալիս, որ վոլաստոնիտի նմուշը մինչև ուլտրաձայնային բուժումը ագլոմերացված և ագրեգացված է. UP200H ուլտրաձայնային սարքի միջոցով sonication-ից հետո վոլաստոնիտի մասնիկների միջին չափը մոտավորապես կազմում է: 10 նմ. Ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ ուլտրաձայնային ցրումը հուսալի և արդյունավետ տեխնիկա է վոլաստոնիտի նանոմասնիկների սինթեզման համար: Նանոմասնիկների միջին չափը կարելի է վերահսկել՝ կարգավորելով ուլտրաձայնային մշակման պարամետրերը:
(տես Dordane and Doroodmand, 2021)

Վոլաստոնիտի նանոմասնիկների SEM պատկերները (A) ուլտրաձայնային նկարահանումից առաջ և (B) հետո՝ օգտագործելով Ուլտրաձայնային պրոցեսոր UP200H 45.0 րոպեի համար
Ուսումնասիրություն և նկար՝ ©Dordane and Doroodmand, 2021:

Ուլտրաձայնային նանոֆիլերի ցրում

Sonication-ը բազմակողմանի մեթոդ է՝ ցրելու և ապաագլոմերացնելու նանոլրացուցիչները հեղուկների և ցեխերի մեջ, օրինակ՝ պոլիմերներ, էպոքսիդային խեժեր, կարծրացուցիչներ, ջերմապլաստիկներ և այլն: Հետևաբար, sonification-ը լայնորեն օգտագործվում է որպես բարձր արդյունավետ ցրման մեթոդ Ռ.&Դ և արդյունաբերական արտադրություն.
Զանգելլինին և այլք։ (2021) ուսումնասիրել է էպոքսիդային խեժում նանոֆիլմերների ուլտրաձայնային ցրման տեխնիկան: Նա կարողացավ ցույց տալ, որ sonication-ը ի վիճակի է ցրել նանոֆիլլերների փոքր և բարձր կոնցենտրացիաները պոլիմերային մատրիցայի մեջ:
Համեմատելով տարբեր ձևակերպումներ՝ 0,5 wt% օքսիդացված CNT-ը ցույց տվեց լավագույն արդյունքները բոլոր ձայնային փորձանմուշներից՝ բացահայտելով ագլոմերատների մեծ մասի չափերի բաշխվածությունը համեմատելի միջակայքում գլանման գործարանում արտադրված երեք նմուշների հետ, լավ կապող կարծրացուցիչի հետ, ձևավորվեց ցրման ներսում թափանցող ցանց, որը ցույց է տալիս կայունությունը նստվածքի դեմ և, հետևաբար, պատշաճ երկարաժամկետ կայունություն: Լցանյութերի ավելի մեծ քանակությունը ցույց տվեց նմանատիպ լավ արդյունքներ, բայց նաև ավելի ընդգծված ներքին ցանցերի, ինչպես նաև որոշ չափով ավելի մեծ ագլոմերատների ձևավորում: Նույնիսկ ածխածնային նանոմանրաթելերը (CNF) կարող են հաջողությամբ ցրվել ձայնային ախտահանման միջոցով: ԱՄՆ-ի նանոլրացուցիչների ուղղակի ցրումը կարծրացուցիչ համակարգերում՝ առանց լրացուցիչ լուծիչների, հաջողությամբ ձեռք բերվեց, և այդպիսով կարելի է դիտարկել որպես կիրառելի մեթոդ պարզ և ուղղակի ցրման համար՝ արդյունաբերական օգտագործման պոտենցիալով: (տես Zanghellini et al., 2021)
 

Տարբեր նանոլրացուցիչների համեմատություն, որոնք ցրված են կարծրացուցիչում (ուլտրաձայնայինացում-ԱՄՆ). (բ) 0,5 wt% CNToxi; (գ) 0,5 wt% ածխածնային նանոխողովակ (CNT); (դ) 0,5 wt% CNT կիսա-ցրված.
(Ուսումնասիրություն և նկար՝ © Zanghellini et al., 2021)

Նանոմասնիկների ուլտրաձայնային ցրում – Գիտականորեն ապացուցված է գերազանցության համար

Բազմաթիվ բարդ ուսումնասիրություններում հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ ուլտրաձայնային ցրումը նանոմասնիկների ապաագլոմերացման և բաշխման լավագույն մեթոդներից մեկն է նույնիսկ հեղուկներում բարձր կոնցենտրացիայի դեպքում: Օրինակ, Vikash-ը (2020) ուսումնասիրել է նանո-սիլիկոնի բարձր բեռների ցրումը մածուցիկ հեղուկներում՝ օգտագործելով Hielscher ուլտրաձայնային ցրիչ UP400S: Իր ուսումնասիրության մեջ նա գալիս է այն եզրակացության, որ «նանոմասնիկների կայուն և միատեսակ ցրումը կարելի է ձեռք բերել՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային սարքը մածուցիկ հեղուկներում բարձր պինդ բեռնվածության դեպքում»: [Վիկաշ, 2020]

Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային պրոցեսորներ նանոմասնիկների ցրման համար

Hielscher Ultrasonics-ը ձեր վստահելի մատակարարն է հուսալի բարձրորակ ուլտրաձայնային սարքավորումների համար՝ լաբորատորիայից և փորձնականից մինչև լիարժեք արդյունաբերական համակարգեր: Hielscher ուլտրաձայնային’ սարքերն ունեն բարդ ապարատային, խելացի ծրագրակազմ և ակնառու օգտագործողի համար հարմարավետություն – նախագծված և արտադրված է Գերմանիայում: Hielscher-ի հզոր ուլտրաձայնային մեքենաները ցրման, ապաագլոմերացիայի, նանոմասնիկների սինթեզի և ֆունկցիոնալացման համար կարող են աշխատել 24/7/365 ամբողջ ծանրաբեռնվածության ներքո: Կախված ձեր գործընթացից և ձեր արտադրական հաստատությունից՝ մեր ուլտրաձայնային սարքերը կարող են աշխատել խմբաքանակով կամ շարունակական ներգծային ռեժիմով: Տարբեր աքսեսուարներ, ինչպիսիք են sonotrodes (ուլտրաձայնային զոնդերը), ուժեղացուցիչ եղջյուրները, հոսքի բջիջները և ռեակտորները, մատչելի են:
Կապվեք մեզ հետ հիմա՝ ավելի շատ տեխնիկական տեղեկություններ, գիտական ուսումնասիրություններ, արձանագրություններ և մեր ուլտրաձայնային նանո-ցրման համակարգերի գնանշումներ ստանալու համար: Մեր լավ պատրաստված, երկար փորձ ունեցող անձնակազմը ուրախ կլինի ձեզ հետ քննարկել ձեր նանո հավելվածը:

Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.