Teknologi ultrasound Hielscher

Ultrasonik Sintesis untuk Nanodiamonds

  • Karena kekuatan intensitas kavitasi yang kuat, kekuatan ultrasound adalah teknik yang menjanjikan untuk menghasilkan berlian berukuran mikron dan nano dari grafit.
  • Inti kristal mikro dan nano berlian dapat disintesis dengan mensimulasikan suspensi grafit dalam cairan organik pada tekanan atmosfir dan suhu kamar.
  • Ultrasonik juga merupakan alat yang berguna untuk pemrosesan pasca-nano berlian yang disintesis, karena penyebaran ultrasonikasi, deaglomerat dan memfungsikan partikel nano sangat efektif.

Ultrasonik untuk Pengolahan Nanodiamond

Nanodiamond (juga disebut peledakan berlian (DND) atau ultradispersed diamonds (UDD)) adalah bentuk khusus dari Nanomaterials karbon yang dibedakan dengan karakteristik unik - seperti kisi-kisi struktur, yang besar permukaan, serta unik optik dan magnetik nanopartikel properti- - dan aplikasi yang luar biasa. Sifat partikel ultradispersed membuat bahan ini menjadi senyawa inovatif untuk penciptaan bahan baru dengan fungsi yang luar biasa. Ukuran partikel berlian di jelaga sekitar 5nm.

Ultrasonik Sintesis untuk Nanodiamonds

Di bawah kekuatan yang intens, seperti sonikasi atau detonasi, grafit dapat berubah menjadi berlian.

Ultrasonikasi Sintetis Nanodiamonds

Sintesis berlian merupakan bidang penelitian penting mengenai kepentingan ilmiah dan komersial. Proses yang umum digunakan untuk sintesis partikel mikrok ristal berlian dan nano kristal adalah teknik high-pressure-high-temperature (HPHT). Dengan metode ini, tekanan proses yang dibutuhkan puluhan ribu atmosfer dan suhu lebih dari 2000K dibuat untuk menghasilkan bagian utama dari pasokan berlian industri di seluruh dunia. Untuk merubah grafit menjadi berlian, pada umumnya diperlukan tekanan dan suhu yang tinggi, dan katalis yang digunakan untuk meningkatkan hasil dari berlian.
Persyaratan ini diperlukan untuk dapat mentransformasi hasil yang sangat efisien dengan menggunakan Ultrasound dengan Kekuatan Besar (= frekuensi rendah, tinggi intensitas ultrasound):

Kavitasi ultrasonik

Ultrasound dalam cairan menyebabkan efek yang sangat ekstrim secara lokal. Ketika mensimulasikan cairan dengan intensitas tinggi, gelombang suara yang menyebar ke media cair menghasilkan siklus tekanan tinggi (kompresi) dan tekanan rendah (rarefaction), dengan tingkat tergantung pada frekuensi. Selama siklus tekanan rendah, gelombang ultrasonik intensitas tinggi menciptakan gelembung vakum kecil atau void dalam cairan. Ketika gelembung mencapai volume di mana mereka tidak dapat lagi menyerap energi, mereka akan mengalami kekerasan hebat selama siklus tekanan tinggi. Fenomena ini disebut Kavitasi. Selama ledakan suhu yang sangat tinggi (approx. 5, 000K) dan tekanan (kira-kira 2, 000atm) dapat dicapai secara lokal. Ledakan gelembung kavitasi juga mengakibatkan cair jet dengan kecepatan hingga 280 m/s. (Suslick 1998) Sudah jelas bahwa mikro - dan nano kristal berlian dapat disintesis di bidang kavitasi Kavitasi.

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Proses Ultrasonik untuk Sintesis Nanodiamonds

De facto, studi Khachatryan et al. (2008) menunjukkan bahwa microcrystals berlian juga dapat disintesis oleh ultrasonication suspensi grafit dalam cairan organik pada tekanan atmosfir dan suhu kamar. Sebagai cairan kavitasi, formula oligomer aromatik telah dipilih karena tekanan uap jenuh yang rendah dan suhu mendidih yang tinggi. Dalam cairan ini, bubuk grafit murni harus – dengan partikel dalam kisaran antara 100-200 µm-telah ditangguhkan. Dalam percobaan dari Kachatryan et al., rasio berat padat-cairan adalah 1:6, kepadatan cairan kavitasi 1.1g cm-3 pada 25° C. Maksimum intensitas ultrasonik di sonoreactor telah 75 80W cm-2 sesuai dengan amplitudo tekanan suara 15-16 bar.
Ini telah dicapai kira-kira konversi grafit-ke-berlian 10%. Berliannya hampir Mono-tersebar dengan sangat tajam, ukuran dirancang dengan baik di kisaran 6 atau 9μm ± 0.5μm, dengan kubik, kristal morfologi dan kemurnian tinggi.

berlian disintesis dengan ultrasonikasi (SEM gambar): kekuatan ultrasound menyediakan energi yang dibutuhkan untuk menginduksi nanodiamonds' synthsis

SEM gambar berlian ultrasonically disintesis: gambar (a) dan (b) menunjukkan sampel 1, (c) dan (d) sampel seri 2. [Khachatryan et al. 2008]

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar biaya mikro - dan nanodiamonds yang dihasilkan oleh metode ini diperkirakan kompetitif dengan proses high-pressure-high-temperature (HPHT). Hal ini membuat ultrasound menjadi alternatif inovatif untuk sintesis berlian mikro dan nano (Khachatryan et al 2008. 2008), terutama karena proses produksi nanodiamond dapat dioptimalkan dengan penyelidikan lebih lanjut. Banyak parameter seperti amplitudo, tekanan, suhu, cairan kavitasi, dan konsentrasi harus diperiksa secara akurat untuk mengetahui titik manis sintesis nanodiamond ultrasonik.
Dengan hasil yang dicapai dalam sintesis nanodiamonds, lebih lanjut dihasilkan secara ultrasonikasi Kavitasi menawarkan potensi untuk sintesis senyawa penting lainnya, seperti kubik boron nitrida, nitrida karbon dll (Khachatryan et al., 2008)
Selanjutnya, tampaknya memungkinkan untuk membuat nanowires berlian dan nanorod dari nanotube karbon berdinding ganda (MWCNTs) di bawah iradiasi ultrasonik. Nanowires Diamond adalah analog satu dimensi berlian yang berjumlah besar. Karena modulus elastisitasnya yang tinggi, rasio kekuatan terhadap berat, dan kemudahan relatif permukaannya dapat difungsikan, berlian telah ditemukan sebagai bahan optimal untuk desain nanomekanik. (Sun et al., 2004)

Ultrasonik Menyebarkan Nanodiamonds

Seperti telah dijelaskan, deagglomeration dan distribusi ukuran partikel bahkan dalam medium adalah penting untuk mendapatkan eksploitasi karakteristik unik nanodiamonds'.
Dispersi dan deagglomeration oleh ultrasonikasi adalah hasil dari kavitasi Kavitasi.Saat mengekspos cairan ke ultrasound, gelombang suara yang menyebar ke cairan menghasilkan siklus tekanan tinggi dan tekanan rendah bergantian. Hal ini menyebabkan tekanan mekanis pada kekuatan tarik antara partikel individual. Ultrasonik kavitasi dalam cairan menyebabkan jet cairan kecepatan tinggi hingga 1000km / jam (sekitar 600mph). Jet semacam itu menekan cairan pada tekanan tinggi di antara partikel dan memisahkannya dari satu sama lain. Partikel yang lebih kecil dipercepat dengan jet cair dan bertabrakan dengan kecepatan tinggi. Hal ini membuat ultrasound menjadi alat yang efektif untuk pendispersian tetapi juga untuk Milling ukuran mikron dan sub partikel ukuran mikron.
Sebagai contoh, nanodiamonds (rata-rata ukuran tentang 4nm) dan polystyrene dapat disebarkan di cyclohexane untuk mendapatkan komposit khusus. Dalam studi mereka, Chipara et al. (2010) telah menyiapkan komposit polystyrene dan nanodiamonds, yang mengandung nanodiamonds di kisaran antara 0 dan berat 25%. Untuk mendapatkan bahkan Dispersi, mereka sonikasi solusi untuk 60 menit dengan Hielscher's UIP1000hd (1kW).

Ultrasonikasi membantu Funksionalisasi dari Nanodiamonds

Untuk fungsionalisasi lengkap permukaan partikel berukuran nano, permukaan partikel harus tersedia untuk reaksi kimia. Ini berarti dispersi yang halus dan halus diperlukan karena partikel yang terdispersi dengan baik dikelilingi oleh lapisan batas molekul yang tertarik ke permukaan partikel. Untuk mendapatkan kelompok fungsional baru ke permukaan nanodiamond, lapisan batas ini harus dipatahkan atau dilepas. Proses pemutusan dan pemindahan lapisan batasan ini bisa dilakukan dengan cara ultrasonik.
USG diperkenalkan ke dalam cairan menghasilkan berbagai efek ekstrim seperti Kavitasi, suhu lokal sangat tinggi hingga 2000K dan cairan jet hingga 1000km / jam. (Suslick 1998) Dengan faktor stres ini, kekuatan penarik (misalnya kekuatan Van-der-Waals) dapat diatasi dan molekul fungsional dibawa ke permukaan partikel untuk difungsikan, mis. Permukaan nanodiamond.

Under powerful ultrasonic irradiation (e.g. with Hielscher's UIP2000hdT) it becomes possible to synthesis, deagglomerate and functionalize nanodiamonds efficiently.

Skema 1: Grafik dari situ-deagglomeration dan permukaan funksionalisasi dari nanodiamonds (Liang 2011)

Percobaan dengan mengggunakan Bead-Assisted Sonic Disintegration (BASD) telah menunjukkan hasil yang juga menjanjikan untuk funksinalisasi permukaan nanodiamond. Dengan demikian, butiran (misalnya butiran keramik berukuran mikro seperti butiran ZrO2) telah digunakan untuk menegakkan ultrasonik. dari kekuatan ke partikel nanodiamond. Deagglomeration terjadi karena tumbukan interparticular antara partikel nanodiamond dan butiran ZrO2 .
Karena ketersediaan yang lebih baik dari permukaan partikel, untuk reaksi kimia seperti pengurangan Boran, arylation atau silanization, ultrasonik atau BASD (butiran membantu sonik disintegrasi) pra-pengolahan untuk tujuan dispersi sangat dianjurkan. Oleh ultrasonik Dispersing / Penyebaran dan deagglomeration reaksi kimia dapat dilakaukan lebih lengkap.

Bila daya tinggi, frekuensi rendah ultrasound dipertemukan ke media cair, akan menghasilkan kavitasi.

Ultrasonik kaviatsi mengakibatkan perbedaan suhu dan tekanan yang ekstrim dan jet cair berkecepatan tinggi. Dengan demikian, kekuatan ultrasound adalah metode pengolahan yang sukses untuk pencampuran dan penggilingan aplikasi.

Hubungi kami / informasi lebih lanjut

Hubungi kami mengenai kebutuhan pengolahan Anda. Kami akan merekomendasikan parameter setup dan pengolahan yang paling cocok untuk proyek Anda.





Harap dicatat bahwa Kebijakan pribadi.


Literatur / Referensi

  • Chipara, A. C. et al .: Thermal sifat-sifat partikel nanodiamond tersebar di polystyrene. HESTEC 2010.
  • El-Say, K. M .: Nanodiamonds sebagai sistem pengiriman obat: Aplikasi dan calon. Dalam J Appl Pharm Sci 01/06, 2011; pp. 29-39.
  • Khachatryan, A. Kh. et al .: transformasi Graphite-to-berlian yang disebabkan oleh kavitasi ultrasonik. Dalam: Diamond & Bahan Terkait 17, 2008; pp931-936.
  • Krueger, A .: Struktur dan reaktivitas dari berlian nano. Dalam: J Mater Chem 18, 2008; pp. 1485-1492.
  • Liang, Y:. Deagglomeration dan permukaan nanodiamond dengan cara termo-kimia dan metode mechanochemical. Disertasi Julius Maximilian University Würzburg 2011th
  • Osawa, E .: monodisperse tunggal nanodiamond partikulat. Dalam: Pure Appl Chem 80/7 2008; pp. 1365-1379.
  • Pramatarova, L. et al .: Keuntungan dari Polimer Komposit dengan Detonasi Nanodiamond Partikel untuk Aplikasi Medis. Dalam: Pada Biomimetika; pp. 298-320.
  • Sun, L .; Gong, J .; Zhu, D .; Zhu, Z .; Dia, S .: Berlian Nanorods dari karbon nanotube. Dalam: Advanced Material 16/2004. pp. 1849-1853.
  • Sulick, K.S .: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 4th ed. J. Wiley & Putra: New York; 26, 1998; pp. 517-541.

Nanodiamonds – Penggunaan dan Aplikasi

Nanodiamond biji-bijian tidak stabil karena potensi zeta. Dengan demikian, mereka cenderung sangat berbentuk agregat. Aplikasi yang umum dari nanodiamonds adalah penggunaan abrasif, pemotong dan alat-alat dan heat sink. Penggunaan lain yang potensial adalah aplikasi nanodiamonds sebagai pembawa obat untuk farmasi aktif komponen (Lihat Pramatarova). Oleh ultrasonikasi, pertama nanodiamonds dapat disintesis dari grafit dan kedua, nanodiamonds yang sangat cenderung aglomerasi bisa tersebar merata ke dalam media cair (misalnya untuk formulasi polishing agen).