Նանոադամանդների ուլտրաձայնային սինթեզ
- Իր ինտենսիվ կավիտացիոն ուժի շնորհիվ հզոր ուլտրաձայնը խոստումնալից մեթոդ է գրաֆիտից միկրո և նանո չափերի ադամանդներ արտադրելու համար:
- Միկրո և նանո-բյուրեղային ադամանդները կարող են սինթեզվել՝ մթնոլորտային ճնշման և սենյակային ջերմաստիճանի պայմաններում գրաֆիտի կասեցումը օրգանական հեղուկում սինթեզելով:
- Ուլտրաձայնը նաև օգտակար գործիք է սինթեզված նանո ադամանդների հետմշակման համար, քանի որ ուլտրաձայնային ազդեցությունը շատ արդյունավետ է ցրում, ապաագլոմերացնում և ֆունկցիոնալացնում նանո մասնիկները:
Ուլտրաձայնային նյութեր նանոադամանդի մշակման համար
Նանոադամանդները (նաև կոչվում են դետոնացիոն ադամանդներ (DND) կամ ուլտրասպերսեպ ...
Ինտենսիվ ուժերով, ինչպիսիք են ձայնային արտանետումը կամ պայթյունը, գրաֆիտը կարող է վերածվել ադամանդի:
Ուլտրաձայնային սինթեզված նանոադամանդներ
Ալմաստների սինթեզը գիտական և առևտրային հետաքրքրություններին վերաբերող կարևոր հետազոտական ոլորտ է: Միկրոբյուրեղային և նանոբյուրեղային ադամանդի մասնիկների սինթեզի համար սովորաբար օգտագործվող գործընթացը բարձր ճնշում-բարձր ջերմաստիճանի (HPHT) տեխնիկան է: Այս մեթոդով ստեղծվում է տասնյակ հազարավոր մթնոլորտների պահանջվող ճնշումը և 2000K-ից ավելի ջերմաստիճանը, որպեսզի արտադրվի արդյունաբերական ադամանդի համաշխարհային մատակարարման հիմնական մասը: Գրաֆիտը ադամանդի վերածելու համար, ընդհանուր առմամբ, պահանջվում են բարձր ճնշումներ և բարձր ջերմաստիճաններ, և օգտագործվում են կատալիզատորներ՝ ադամանդի բերքատվությունը բարձրացնելու համար։
Փոխակերպման համար անհրաժեշտ այս պահանջները կարող են շատ արդյունավետ ձևավորվել՝ օգտագործելով բարձր հզորության ուլտրաձայնային (= ցածր հաճախականություն, բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային):
ուլտրաձայնային կավիտացիա
Հեղուկների մեջ ուլտրաձայնը տեղական շատ ծայրահեղ էֆեկտներ է առաջացնում: Բարձր ինտենսիվությամբ հեղուկներ հնչյունավորելիս ձայնային ալիքները, որոնք տարածվում են հեղուկ միջավայրում, հանգեցնում են բարձր ճնշման (սեղմման) և ցածր ճնշման (հազվադեպ) ցիկլերի փոփոխման՝ հաճախականությունից կախված արագությամբ: Ցածր ճնշման ցիկլի ընթացքում բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքները հեղուկում ստեղծում են փոքր վակուումային փուչիկներ կամ դատարկություններ: Երբ փուչիկները հասնում են այնպիսի ծավալի, որով նրանք այլևս չեն կարող էներգիա կլանել, նրանք կատաղի փլուզվում են բարձր ճնշման ցիկլի ընթացքում: Այս երեւույթը կոչվում է կավիտացիա. Պայթյունի ժամանակ տեղական մակարդակում հասնում են շատ բարձր ջերմաստիճաններ (մոտ 5000K) և ճնշում (մոտ 2000ատմ): Կավիտացիոն պղպջակի պայթյունը նաև հանգեցնում է մինչև 280 մ/վ արագությամբ հեղուկ շիթերի: (Suslick 1998) Ակնհայտ է, որ միկրո- և նանո-բյուրեղային ադամանդները կարող են սինթեզվել ուլտրաձայնային ոլորտում կավիտացիա.
Նանոադամանդների սինթեզի ուլտրաձայնային ընթացակարգը
Դե ֆակտո Խաչատրյանի և այլոց ուսումնասիրությունը։ (2008 թ.) ցույց է տալիս, որ ալմաստի միկրոբյուրեղները կարող են սինթեզվել նաև օրգանական հեղուկում գրաֆիտի կասեցման ուլտրաձայնային եղանակով մթնոլորտային ճնշման և սենյակային ջերմաստիճանում: Որպես կավիտացիոն հեղուկ՝ ընտրվել է անուշաբույր օլիգոմերների բանաձև՝ շնորհիվ ցածր հագեցած գոլորշիների ճնշման և բարձր եռման ջերմաստիճանի: Այս հեղուկում, հատուկ մաքուր գրաֆիտ փոշի – 100-200 մկմ միջակայքում գտնվող մասնիկներով – կասեցվել է: Խաչատրյանի և այլոց փորձերում պինդ-հեղուկ քաշի հարաբերակցությունը եղել է 1։6, կավիտացիոն հեղուկի խտությունը՝ 1,1գ սմ։-3 25°C-ում։ Ուլտրաձայնի առավելագույն ինտենսիվությունը սոնորեակտորում եղել է 75-80 Վտ սմ-2 համապատասխան 15-16 բար ձայնային ճնշման ամպլիտուդիային:
Այն ձեռք է բերվել մոտավորապես 10% գրաֆիտից ադամանդի փոխակերպում: Ադամանդները համարյա էին մոնո-ցրված շատ սուր, լավ մշակված չափերով 6 կամ 9 մկմ ± 0,5 մկմ միջակայքում, խորանարդով, բյուրեղային մորֆոլոգիա և բարձր մաքրություն.
Ուլտրաձայնային եղանակով սինթեզված ադամանդների SEM պատկերները. նկարները (ա) և (բ) ցույց են տալիս 1-ին նմուշի շարքը, (գ) և (դ) նմուշների շարքը 2: [Խաչատրյան և ուրիշներ. 2008]
Այն ծախսերը այս մեթոդով արտադրված միկրո և նանոադամանդները գնահատվում են մրցունակ բարձր ճնշում-բարձր ջերմաստիճան (HPHT) գործընթացով: Սա ուլտրաձայնը դարձնում է նորարարական այլընտրանք միկրո և նանո-ադամանդների սինթեզի համար (Խաչատրյան և այլք, 2008), հատկապես, քանի որ նանոադամանդների արտադրության գործընթացը կարող է օպտիմալացվել հետագա հետազոտությունների միջոցով: Շատ պարամետրեր, ինչպիսիք են ամպլիտուդը, ճնշումը, ջերմաստիճանը, կավիտացիոն հեղուկը և կոնցենտրացիան, պետք է ճշգրիտ ուսումնասիրվեն՝ ուլտրաձայնային նանոադամանդի սինթեզի քաղցր կետը հայտնաբերելու համար:
Հետագա ուլտրաձայնային եղանակով առաջացած նանոադամանդների սինթեզման արդյունքում ձեռք բերված արդյունքներով կավիտացիա առաջարկում է այլ կարևոր միացությունների սինթեզի ներուժ, ինչպիսիք են խորանարդ բորի նիտրիդը, ածխածնի նիտրիդը և այլն (Խաչատրյան և ուրիշներ 2008 թ.)
Ավելին, թվում է, թե հնարավոր է ստեղծել ադամանդե նանոլարեր և նանոգողիկներ բազմապատի ածխածնային նանոխողովակներից (MWCNTs) ուլտրաձայնային ճառագայթման ներքո: Ադամանդի նանոլարերը զանգվածային ադամանդի միաչափ անալոգներ են: Շնորհիվ իր բարձր առաձգական մոդուլի, ամրության և քաշի հարաբերակցության և դրա մակերեսների ֆունկցիոնալացման հարաբերական հեշտության, ադամանդը համարվում է նանոմեխանիկական նախագծման օպտիմալ նյութ: (Sun et al. 2004)
Նանոադամանդների ուլտրաձայնային ցրում
Ինչպես արդեն նկարագրված է, դեագլոմերացիան և մասնիկների չափի հավասարաչափ բաշխումը միջավայրում կարևոր են նանոադամանդների հաջող շահագործման համար։’ եզակի բնութագրեր։
ցրվածություն և դեագգլոմերացիա կողմից ուլտրաձայնային արդյունք են ուլտրաձայնային կավիտացիա. Երբ հեղուկները ենթարկվում են ուլտրաձայնի, ձայնային ալիքները, որոնք տարածվում են հեղուկի մեջ, հանգեցնում են բարձր ճնշման և ցածր ճնշման ցիկլերի փոփոխման: Սա կիրառում է մեխանիկական սթրես առանձին մասնիկների միջև ձգող ուժերի վրա: Հեղուկների մեջ ուլտրաձայնային կավիտացիան առաջացնում է բարձր արագությամբ հեղուկ շիթեր մինչև 1000 կմ/ժ արագություն (մոտ 600 մղոն/ժ): Նման շիթերը բարձր ճնշման տակ սեղմում են հեղուկը մասնիկների միջև և բաժանում դրանք միմյանցից։ Ավելի փոքր մասնիկները արագանում են հեղուկ շիթերով և բախվում բարձր արագությամբ: Սա ուլտրաձայնը դարձնում է արդյունավետ միջոց ցրողների, բայց նաև նրանց համար ֆրեզերային միկրոն չափի և ենթ միկրոն չափերի մասնիկներից:
Օրինակ, նանոադամանդները (միջին չափը մոտ 4 նմ) և պոլիստիրոլը կարող են ցրվել ցիկլոհեքսանում՝ հատուկ կոմպոզիտ ստանալու համար: Իրենց ուսումնասիրության մեջ Չիպարան և այլք (2010) պատրաստել են պոլիստիրոլի և նանոադամանդների կոմպոզիտներ, որոնք պարունակում են 0-ից 25% քաշի միջակայքում գտնվող նանոադամանդներ: Հավասարաչափ ցրում ստանալու համար նրանք լուծույթը ուլտրաձայնային եղանակով մշակել են 60 րոպե՝ օգտագործելով Hielscher 1000 վատտ հզորությամբ UIP1000hd մոդելի ուլտրաձայնային սարքը:
Իմացեք ավելին ուլտրաձայնային նանոադամանդի դեագրեգացիայի մասին:
Նանոադամանդների ուլտրաձայնային օժանդակությամբ ֆունկցիոնալացում
Յուրաքանչյուր նանոմասնիկի ամբողջական մակերեսի ֆունկցիոնալիզացիայի համար մասնիկի մակերեսը պետք է հասանելի լինի քիմիական ռեակցիայի համար: Սա նշանակում է, որ անհրաժեշտ է հավասարաչափ և նուրբ դիսպերսիա, քանի որ լավ դիսպերսված մասնիկները շրջապատված են մասնիկի մակերեսին ձգվող մոլեկուլների սահմանային շերտով: Նանոադամանդներին նոր ֆունկցիոնալ խմբեր ստանալու համար’ մակերեսին, այս սահմանային շերտը պետք է կոտրվի կամ հեռացվի: Սահմանային շերտի կոտրման և հեռացման այս գործընթացը կարող է իրականացվել ուլտրաձայնային միջոցով:
Հեղուկի մեջ ներմուծված ուլտրաձայնը առաջացնում է տարբեր ծայրահեղ էֆեկտներ, ինչպիսիք են կավիտացիա, տեղայնորեն շատ բարձր ջերմաստիճան՝ մինչև 2000K և մինչև 1000 կմ/ժ հեղուկի շիթեր: (Սուսլիք 1998) Այս լարվածության գործոնների միջոցով կարելի է հաղթահարել ձգողական ուժերը (օրինակ՝ Վան-դեր-Վալսի ուժերը) և ֆունկցիոնալ մոլեկուլները տեղափոխել մասնիկի մակերես՝ ֆունկցիոնալիզացնելու համար, օրինակ՝ նանոադամանդներ’ մակերես
Սխեման 1. Նանոադամանդների in situ ապաագլոմերացիայի և մակերեսային ֆունկցիոնալացման գրաֆիկա (Liang 2011)
Bead-Assisted Sonic Disintegration (BASD) բուժման հետ կապված փորձերը խոստումնալից արդյունքներ են ցույց տվել նաև նանոադամանդների մակերեսային ֆունկցիոնալացման համար: Այսպիսով, ուլունքներ (օրինակ՝ միկրո չափի կերամիկական ուլունքներ, ինչպիսիք են ZrO2 ուլունքները) օգտագործվել են ուլտրաձայնային ուժի համար։ կավիտացիոն ուժերը նանոադամանդի մասնիկների վրա: Ապագլոմերացիան տեղի է ունենում նանոադամանդի մասնիկների և ZrO-ի միջմասնավոր բախման պատճառով:2 ուլունքներ.
Մասնիկների ավելի լավ մատչելիության շնորհիվ’ մակերեսին, քիմիական ռեակցիաների համար, ինչպիսիք են բորի վերականգնումը, արիլացումը կամ սիլանացումը, խիստ խորհուրդ է տրվում ուլտրաձայնային կամ BASD (բշտիկավոր օժանդակությամբ ձայնային քայքայում) նախնական մշակում ցրման նպատակով: Ուլտրաձայնային միջոցով Ցրում և դեագգլոմերացիա քիմիական ռեակցիան կարող է շատ ավելի ամբողջական ընթանալ։
Ուլտրաձայնային կավիացիան հանգեցնում է ջերմաստիճանի և ճնշման ծայրահեղ տարբերությունների և բարձր արագությամբ հեղուկ շիթերի: Այսպիսով, ուժային ուլտրաձայնը հաջող մշակման մեթոդ է խառնուրդի և ֆրեզերային ծրագրերի համար:
Կապ մեզ հետ: / Հարցրեք մեզ:
Գրականություն/Հղումներ
- Խաչատրյան, Ա.Խ. et al.: Ուլտրաձայնային կավիտացիայի արդյունքում առաջացած գրաֆիտից ադամանդի փոխակերպում: In: Diamond & Առնչվող նյութեր 17, 2008; էջ 931-936։
- Գալիմով, Էրիկ & Կուդինը, Ա. & Սկորոբոգացկի, Վ. & Պլոտնիչենկոն, Վ. & Բոնդարևը, Օ. & Զարուբինը, Բ. & Ստրազդովսկին, Վ. & Արոնին, Ալեքսանդր & Ֆիսենկոն, Ա. & Բիկովը, Ի. & Բարինով, Ա.. (2004): Կավիտացիայի գործընթացում ադամանդի սինթեզի փորձարարական հաստատում. Doklady Physics – DOKL PHYS. 49. 150-153 թթ.
- Turcheniuk, K., Trecazzi, C., Deeleepojananan, C., & Mochalin, VN (2016): Նանոադամանդի ուլտրաձայնային դեագրեգացիա՝ աղի օգնությամբ. ACS կիրառական նյութեր & Ինտերֆեյսներ, 8(38), 25461–25468։
- Basma H. Al-Tamimi, Iman I. Jabbar, Haitham M. Al-Tamimi (2919): Գրաֆիտի փաթիլներից նանոբյուրեղային ադամանդի սինթեզ և բնութագրում կավիտացիան խթանող գործընթացի միջոցով. Հելիոն, հատոր 5, թողարկում 5. 2019 թ.
- Կրյուգեր, Ա.: Նանոմաշտաբի ադամանդի կառուցվածքը և ռեակտիվությունը: In: J Mater Chem 18, 2008; էջ 1485-1492։
- Liang, Y.: Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung von Nanodiamant mittels thermochemischer und mechanochemischer Methoden: Ատենախոսություն Julius-Maximilian-Universität Würzburg 2011 թ.
- Օսավա, Է.. Նանոադամանդի միայնակ մասնիկների մոնոդիսպերս. In: Pure Appl Chem 80/7, 2008; էջ 1365-1379։
- Պրամատարովա, Լ. և այլք. Բժշկական կիրառման համար պոլիմերային կոմպոզիտների առավելությունը պայթեցնող նանոադամանդի մասնիկներով: In: On Biomimetics; էջ 298-320։
- Արև, Լ. Գոնգ, Ջ. Ժու, Դ. Ժու, Զ. Նա, Ս.: Ադամանդի նանորոդներ ածխածնային նանոխողովակներից: In: Ընդլայնված նյութեր 16/2004. էջ 1849-1853 թթ.
- Suslick, KS: Kirk-Othmer Քիմիական տեխնոլոգիաների հանրագիտարան. 4-րդ հրատ. Ջ. Ուայլի & Որդիներ՝ Նյու Յորք; 26, 1998; էջ 517-541։
- Չիպարա, AC և այլք. Պոլիստիրոլում ցրված նանոադամանդի մասնիկների ջերմային հատկությունները: HESTEC 2010 թ.
- Էլ-Սայ, Կ.Մ. Նանոադամանդները որպես դեղերի առաքման համակարգ. Կիրառում և հեռանկար: J Appl Pharm Sci-ում 01/06, 2011; էջ 29-39։
նանոադամանդներ – Օգտագործում և հավելվածներ
Նանոադամանդի հատիկներն անկայուն են իրենց զետա-պոտենցիալի պատճառով: Այսպիսով, նրանք հակված են ագրեգատների ձևավորմանը: Նանոադամանդների ընդհանուր կիրառումը հղկող նյութերի, կտրող և փայլեցնող գործիքների և ջերմատախտակների մեջ օգտագործումն է: Մեկ այլ պոտենցիալ օգտագործումը նանոադամանդների կիրառումն է որպես դեղագործական ակտիվ բաղադրիչների համար դեղամիջոց կրող (տես Պրամատարովա): Ըստ ուլտրաձայնայինՆախ, նանոադամանդները կարող են սինթեզվել գրաֆիտից, և երկրորդը, նանոադամանդները, որոնք մեծապես հակված են ագլոմերացման, կարող են հավասարաչափ լինել ցրված հեղուկ միջավայրի մեջ (օրինակ՝ փայլեցնող նյութ ստեղծելու համար):