Dispersi Nanopartikel yang Andal untuk Aplikasi Industri

Ultrasonikasi daya tinggi dapat efisien dan andal memecah partikel aglomerat dan bahkan menghancurkan partikel primer. Karena kinerja dispersi berkinerja tinggi, ultrasonicators tipe probe digunakan sebagai metode yang disukai untuk membuat suspensi nanopartikel homogen.

Dispersi Nanopartikel yang Andal dengan Ultrasonikasi

Banyak industri memerlukan persiapan suspensi, yang merupakan nanopartikel yang dimuat. Nanopartikel adalah padatan dengan ukuran partikel kurang dari 100nm. Karena ukuran partikel yang sangat kecil, nanopartikel mengekspresikan sifat unik seperti kekuatan luar biasa, kekerasan, fitur optik, keuletan, ketahanan UV, konduktivitas, sifat listrik dan elektromagnetik (EM), anti-korosif, tahan gores, dan karakteristik luar biasa lainnya.
Ultrasonografi intensitas tinggi dan frekuensi rendah menciptakan kavitasi akustik yang intens, yang ditandai dengan kondisi ekstrem seperti gaya geser, tekanan dan perbedaan suhu yang sangat tinggi, dan turbulensi. Gaya kavitasi ini mempercepat partikel yang menyebabkan tumbukan antar-partikel dan akibatnya pecahnya partikel. Akibatnya, bahan berstruktur nano dengan kurva ukuran partikel yang sempit dan distribusi yang seragam diperoleh.
Peralatan pendispersi ultrasonik cocok untuk mengolah segala jenis bahan nano dalam air dan pelarut organik, dengan viskositas rendah hingga sangat tinggi.

Dispersi Ultrasonik Nanotube Karbon

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.

Dispersi Ultrasonik Nanopartikel Nikel

Nanopartikel nikel dapat berhasil diproduksi melalui sintesis reduksi hidrazin yang dibantu secara ultrasonik. Rute sintesis reduksi hidrazin memungkinkan tp menyiapkan nanopartikel nikel logam murni dengan bentuk bulat dengan reduksi kimia nikel klorida dengan hidrazin. Kelompok peneliti Adám menunjukkan bahwa ultrasonikasi – menggunakan metode Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – mampu mempertahankan ukuran kristalit primer rata-rata (7-8 nm) secara independen dari suhu yang diterapkan, sementara penggunaan periode sonikasi yang intens dan lebih pendek dapat mengurangi diameter solvodinamik dari partikel agregat sekunder dari 710 nm menjadi 190 nm tanpa adanya surfaktan. Keasaman dan aktivitas katalitik tertinggi diukur untuk nanopartikel yang disiapkan dengan ringan (daya keluaran 30 W) dan perawatan ultrasound berkelanjutan. Perilaku katalitik nanopartikel diuji dalam reaksi kopling silang Suzuki-Miyaura pada lima sampel yang disiapkan dengan cara konvensional maupun ultrasonik. Katalis yang disiapkan secara ultrasonik biasanya berkinerja lebih baik, dan aktivitas katalitik tertinggi diukur pada nanopartikel yang disiapkan di bawah sonikasi kontinu berdaya rendah (30 W).
Perlakuan ultrasonografi memiliki efek penting pada kecenderungan agregasi nanopartikel: pengaruh defragmentasi dari rongga kavitasi yang hancur dengan perpindahan massa yang kuat dapat mengatasi elektrostatik yang menarik dari rongga kavitasi yang dihancurkan dengan perpindahan massa yang kuat dapat mengatasi gaya elektrostatik dan van der Waals yang menarik antara partikel.
(lih. Adám et al. 2020)

Sintesis Ultrasonik Nanopartikel Wollastonite

Wollastonite adalah mineral kalsium inosilikat dengan rumus kimia CaSiO3 Wollastonite banyak digunakan sebagai komponen untuk produksi semen, kaca, batu bata, dan ubin di industri konstruksi, sebagai fluks dalam pengecoran baja serta aditif dalam pembuatan pelapis dan cat. Misalnya, wollastonite memberikan penguatan, pengerasan, penyerapan oli yang rendah, dan peningkatan lainnya. Untuk mendapatkan sifat penguat wollastonit yang sangat baik, deaglomerasi skala nano dan dispersi seragam sangat penting.
Dordane dan Doroodmand (2021) menunjukkan dalam studi mereka bahwa dispersi ultrasonik merupakan faktor yang sangat penting yang meningkatkan ukuran dan morfologi nanopartikel wollastonit secara signifikan. Untuk mengevaluasi kontribusi sonikasi pada dispersi nano wollastonit, tim peneliti mensintesis nanopartikel wollastonit dengan dan tanpa penerapan ultrasonik berdaya tinggi. Untuk uji coba sonikasi mereka, para peneliti menggunakan prosesor ultrasonik UP200H (Hielscher Ultrasonics) dengan frekuensi 24 kHz selama 45.0 menit. Hasil dispersi nano ultrasonik ditunjukkan dalam SEM resolusi tinggi di bawah ini. Gambar SEM menunjukkan dengan jelas bahwa sampel wollastonit sebelum perlakuan ultrasonik diaglomerasi dan digabungkan; setelah sonikasi dengan ultrasonicator UP200H, ukuran rata-rata partikel wollastonit adalah kira-kira 10nm. Studi ini menunjukkan bahwa dispersi ultrasonik adalah teknik yang andal dan efisien untuk mensintesis nanopartikel wollastonit. Ukuran nanopartikel rata-rata dapat dikontrol dengan menyesuaikan parameter pemrosesan ultrasonik.
(lih. Dordane dan Doroodmand, 2021)

Gambar SEM nanopartikel wollastonit (A) sebelum dan (B) setelah ultrasonikasi menggunakan prosesor ultrasonik UP200H selama 45,0 menit.
Studi dan gambar: ©Dordane dan Doroodmand, 2021.

Dispersi Nanofiller Ultrasonik

Sonikasi adalah metode serbaguna untuk membubarkan dan mendeaglomerasi nanofiller dalam cairan dan bubur, misalnya polimer, resin epoksi, pengeras, termoplastik dll. Oleh karena itu, sonifikasi banyak digunakan sebagai metode dispersi yang sangat efisien di R&D dan produksi industri.
Zanghellini et al. (2021) menyelidiki teknik dispersi ultrasonik untuk nanofiller dalam resin epoksi. Dia dapat menunjukkan bahwa sonikasi mampu membubarkan konsentrasi nanofiller kecil dan tinggi ke dalam matriks polimer.
Membandingkan berbagai formulasi, CNT teroksidasi 0,5% wt% menunjukkan hasil terbaik dari semua sampel sonikasi, mengungkapkan distribusi ukuran sebagian besar aglomerat dalam kisaran yang sebanding dengan tiga sampel yang diproduksi pabrik gulungan, pengikatan yang baik ke pengeras, pembentukan jaringan perkolasi di dalam dispersi, yang menunjuk ke arah stabilitas terhadap sedimentasi dan dengan demikian stabilitas jangka panjang yang tepat. Jumlah pengisi yang lebih tinggi menunjukkan hasil yang baik yang serupa, tetapi juga pembentukan jaringan internal yang lebih menonjol serta aglomerat yang agak lebih besar. Bahkan serat nano karbon (CNF) dapat berhasil disebarkan melalui sonikasi. Dispersi langsung AS dari nanofiller dalam sistem pengeras tanpa pelarut tambahan berhasil dicapai, dan dengan demikian dapat dilihat sebagai metode yang dapat diterapkan untuk dispersi sederhana dan lurus ke depan dengan potensi penggunaan industri. (lih. Zanghellini et al., 2021)
 

Perbandingan nanofiller yang berbeda yang tersebar dalam pengeras (ultrasonikasi—AS): (a) 0,5% serat nano karbon (CNF); (b) 0,5% berat CNToxi; (c) 0,5% berat karbon nanotube (CNT); (d) 0,5% berat CNT semi-terdispersi.
(Studi dan gambar: © Zanghellini et al., 2021)

Dispersi Ultrasonik Nanopartikel – Terbukti Secara Ilmiah untuk Keunggulan

Penelitian menunjukkan dalam berbagai penelitian canggih bahwa dispersi ultrasonik adalah salah satu teknik unggul untuk mendeaglomerasi dan mendistribusikan nanopartikel bahkan pada konsentrasi tinggi dalam cairan. Misalnya, Vikash (2020) menyelidiki dispersi beban tinggi nano-silika dalam cairan kental menggunakan disperser ultrasonik Hielscher UP400S. Dalam penelitiannya, ia sampai pada kesimpulan bahwa "dispersi nanopartikel yang stabil dan seragam dapat dicapai dengan menggunakan perangkat ultra-sonikasi pada pemuatan padat tinggi dalam cairan kental." [Vikash, 2020]

Prosesor Ultrasonik Kinerja Tinggi untuk Dispersi Nanopartikel

Hielscher Ultrasonics adalah pemasok tepercaya Anda untuk peralatan ultrasonik berkinerja tinggi yang andal dari laboratorium dan pilot hingga sistem industri penuh. Ultrasonik Hielscher’ Perangkat memiliki perangkat keras canggih, perangkat lunak cerdas, dan keramahan pengguna yang luar biasa – dirancang dan diproduksi di Jerman. Mesin ultrasonik Hielscher yang kuat untuk dispersi, deaglomerasi, sintesis nanopartikel dan fungsionalisasi dapat dioperasikan 24/7/365 di bawah beban penuh. Tergantung pada proses dan fasilitas produksi Anda, ultrasonicators kami dapat dijalankan dalam mode batch atau in-line kontinu. Berbagai aksesori seperti sonotrodes (probe ultrasonik), klakson booster, sel aliran, dan reaktor sudah tersedia.
Hubungi kami sekarang untuk mendapatkan lebih banyak informasi teknis, studi ilmiah, protokol, dan kutipan untuk sistem dispersi nano ultrasonik kami! Staf kami yang terlatih dan berpengalaman lama akan dengan senang hati mendiskusikan aplikasi nano Anda dengan Anda!

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: