Nanodiamond yang Didispersikan dalam Suspensi Berair dengan Sonikasi

Dispersi nanodiamond dapat disiapkan dengan cepat dan efisien menggunakan sonikator Hielscher. Dalam suspensi berair, deagregasi ultrasonik memastikan penguraian agregat secara andal dan pembentukan koloid yang stabil. Jika dikombinasikan dengan penambahan garam sederhana untuk penyesuaian pH, metode ini memberikan pendekatan yang mudah, murah, dan bebas kontaminan. Berkat skalabilitas dan penerapannya yang sederhana, dispersi ultrasonik sangat sesuai tidak hanya untuk penelitian laboratorium, tetapi juga untuk pemrosesan nanodiamond berskala industri.

Deagregasi Nanodiamond yang Efisien dan Bebas Kontaminasi

Nanodiamond semakin banyak digunakan dalam biomedis, teknologi kuantum, tribologi, dan komposit canggih, tetapi kecenderungan intrinsiknya untuk membentuk agregat keras sering membatasi kinerjanya. Oleh karena itu, memperoleh koloid stabil yang terdiri atas partikel terpisah merupakan prasyarat untuk karakterisasi yang akurat dan penerapan yang andal. Metode deagregasi konvensional sering mengandalkan teknik penggilingan keras yang memasukkan zirkonia atau pengotor lainnya, sehingga mempersulit pemurnian dan membatasi penggunaan biomedis. Dispersi ultrasonik menawarkan alternatif yang cepat, dapat ditingkatkan skalanya, dan bebas kontaminan. Dengan menerapkan kavitasi akustik dalam media berair, sonikator tipe probe secara efisien menguraikan agregat menjadi nanodiamond berukuran satu digit. Jika dikombinasikan dengan modulasi pH sederhana berbantuan garam, metode ini menghasilkan koloid stabil pada rentang pH yang luas tanpa memasukkan produk samping beracun, sehingga sangat menarik untuk penelitian laboratorium maupun produksi berskala industri.

Nanodiamond dapat didispersikan secara efisien dan andal menggunakan sonikator Hielscher.

Bagaimana Cara Kerja Penggilingan dan Dispersi Ultrasonik Nanodiamond?

Dispersi ultrasonik menggunakan nanodiamond itu sendiri sebagai media penggilingan. Kavitasi akustik yang dihasilkan oleh gelombang ultrasonik berdaya tinggi menciptakan aliran cairan berkecepatan tinggi. Aliran cairan ini mempercepat partikel (misalnya, intan) dalam bubur sehingga partikel bertumbukan dengan kecepatan hingga 280km/s dan pecah menjadi partikel sangat kecil berukuran nano. Hal ini menjadikan penggilingan dan dispersi ultrasonik sebagai teknik yang mudah, murah, dan bebas kontaminan, yang secara andal mendeaglomerasi nanodiamond menjadi partikel berukuran nano yang stabil dalam larutan koloid berair pada rentang pH yang luas. Garam (natrium klorida) digunakan untuk menstabilkan nanodiamond dalam bubur berair.

 

 
Pelajari lebih lanjut tentang deagregasi ultrasonik nanodiamond untuk preparasi sampel praanalisis!
 

Penggilingan Ultrasonik Nanodiamond Mengungguli Penggiling Manik

Sonikator tipe probe merupakan alat penggiling yang sangat efektif dan teknik penggilingan yang telah mapan untuk produksi suspensi nanodiamond dalam jumlah besar pada skala industri. Karena penggiling ultrasonik menggunakan nanodiamond sebagai media penggilingan, kontaminasi akibat media penggilingan, misalnya dari manik zirkonia, dapat dihindari sepenuhnya. Sebagai gantinya, gaya kavitasi ultrasonik mempercepat partikel sehingga nanodiamond saling bertumbukan dengan kuat dan terurai menjadi ukuran nano yang seragam. Tumbukan antarpartikel yang diinduksi secara ultrasonik ini merupakan metode yang sangat efisien dan andal untuk menghasilkan nanodispersi yang terdistribusi secara seragam.
Metode dispersi dan deagregasi ultrasonik menggunakan aditif yang larut dalam air, tidak beracun, dan tidak mengontaminasi, seperti natrium klorida atau sukrosa, untuk pengaturan pH dan stabilisasi dispersi ultrasonik. Struktur kristal natrium klorida atau sukrosa ini juga berfungsi sebagai media penggilingan sehingga mendukung prosedur penggilingan ultrasonik. Setelah proses penggilingan selesai, aditif ini dapat dihilangkan dengan mudah melalui pembilasan sederhana menggunakan air, yang merupakan keunggulan penting dibandingkan proses yang menggunakan manik keramik. Penggilingan manik tradisional, seperti dengan atritor, menggunakan media penggilingan keramik yang tidak larut (misalnya bola, manik, atau butiran penggilingan), yang residu abrasinya mengontaminasi dispersi akhir. Penghilangan kontaminasi yang disebabkan oleh media penggilingan melibatkan pascapemrosesan yang rumit, memakan waktu, dan mahal.

Teknologi dispersi ultrasonik secara efektif menghasilkan suspensi nanodiamond berair dengan distribusi ukuran partikel yang sempit.
(Studi dan grafik: ©Turcheniuk et al., 2016)

Contoh Protokol Dispersi Ultrasonik Nanodiamond

Deagregasi Ultrasonik Nanodiamond dalam Air Berbantuan Garam:
Campuran 10 g natrium klorida dan 0,250 g bubuk nanodiamond digerus sebentar secara manual menggunakan mortar dan alu porselen, lalu dimasukkan ke dalam vial kaca 20 mL bersama 5 mL air deionisasi (DI). Sampel yang telah disiapkan disonikasi menggunakan sonikator tipe probe selama 100 min pada daya keluaran 60% dan siklus kerja 50%. Setelah sonikasi, sampel dibagi sama rata ke dalam dua tabung sentrifugasi plastik Falcon 50 mL dan didispersikan dalam air suling hingga volume total 100 mL (2 × 50 mL). Setiap sampel kemudian disentrifugasi menggunakan sentrifus Eppendorf 5810-R pada 4000 rpm dan 25°C selama 10 min, lalu supernatan jernih dibuang. Endapan ND basah kemudian didispersikan kembali dalam air suling (volume total 100 mL) dan disentrifugasi untuk kedua kalinya pada 12.000 rpm dan 25 °C selama 1 h. Supernatan jernih kembali dibuang dan endapan nanodiamond basah didispersikan kembali, kali ini dalam 5 mL air suling untuk karakterisasi. Uji AgNO3 standar menunjukkan tidak adanya Cl⁻ dalam nanodiamond yang dideagregasi secara ultrasonik dengan bantuan garam dan dicuci dua kali dengan air suling seperti dijelaskan di atas. Setelah air diuapkan dari sampel, teramati pembentukan “serpihan” nanodiamond padat berwarna hitam dengan rendemen ∼200 mg atau 80% dari massa awal nanodiamond. (lihat gambar di bawah)
(bandingkan dengan Turcheniuk et al., 2016)

Sampel kering nanodiamond yang didispersikan secara ultrasonik.
(Studi dan grafik: ©Turcheniuk et al., 2016)

Sonikator Berkinerja Tinggi untuk Dispersi Nanodiamond

Hielscher Ultrasonics merancang, memproduksi, dan mendistribusikan peralatan penggilingan dan dispersi ultrasonik berkinerja tinggi untuk aplikasi tugas berat seperti pembuatan bubur nanodiamond, media pemoles, dan nanokomposit. Sonikator Hielscher digunakan di seluruh dunia untuk mendispersikan material nano ke dalam suspensi koloid berair, polimer, resin, pelapis, dan material berkinerja tinggi lainnya.
Disperser ultrasonik Hielscher andal dan efisien dalam memproses bahan dengan viskositas rendah hingga tinggi. Bergantung pada bahan masukan dan ukuran partikel akhir yang ditargetkan, intensitas ultrasonik dapat disesuaikan secara presisi untuk hasil proses yang optimal.
Untuk memproses pasta kental, material nano, dan konsentrasi padatan tinggi, disperser ultrasonik harus mampu menghasilkan amplitudo tinggi secara kontinu. Prosesor ultrasonik industri Hielscher Ultrasonics dapat menghasilkan amplitudo sangat tinggi dalam pengoperasian kontinu dengan beban penuh. Amplitudo hingga 200µm dapat dijalankan dengan mudah dalam pengoperasian 24/7. Kemampuan mengoperasikan disperser ultrasonik pada amplitudo tinggi dan menyesuaikan amplitudo secara presisi diperlukan untuk menyesuaikan kondisi proses ultrasonik guna memperoleh formulasi optimal bubur nano berkadar pengisi tinggi, campuran polimer yang diperkuat material nano, dan nanokomposit.
Selain amplitudo ultrasonik, tekanan merupakan parameter proses lain yang sangat penting. Pada tekanan yang lebih tinggi, intensitas kavitasi ultrasonik dan gaya gesernya meningkat. Reaktor ultrasonik Hielscher dapat diberi tekanan sehingga menghasilkan efek sonikasi yang lebih kuat.
Pemantauan proses dan pencatatan data penting untuk standardisasi proses secara berkelanjutan dan mutu produk. Sensor tekanan dan suhu yang dapat dipasang melalui konektor dihubungkan dengan kabel ke generator ultrasonik untuk memantau dan mengendalikan proses dispersi ultrasonik. Semua parameter pemrosesan penting seperti energi ultrasonik (neto + total), suhu, tekanan, dan waktu dicatat secara otomatis dan disimpan pada kartu SD bawaan. Dengan mengakses data proses yang dicatat secara otomatis, Anda dapat meninjau kembali proses sonikasi sebelumnya dan mengevaluasi hasil proses.
Fitur lain yang ramah pengguna adalah kendali jarak jauh melalui peramban pada sistem ultrasonik digital kami. Melalui kendali jarak jauh berbasis peramban, Anda dapat memulai, menghentikan, menyesuaikan, dan memantau prosesor ultrasonik Anda dari mana saja.
Hubungi kami sekarang untuk mengetahui lebih lanjut tentang homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi kami untuk penggilingan dan nanodispersi!
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami: