超音波処理で水性懸濁液に分散したナノダイヤモンド

ナノダイヤモンド分散液は、超音波分散機を使用して効率的かつ迅速に製造されます。ナノダイヤモンドの超音波脱凝集および分散は、水性懸濁液中で確実に行うことができる。超音波分散技術は、pH修飾のために塩を使用するため、工業規模で容易に使用できる、簡単で安価で汚染物質のない技術です。

ナノダイヤモンドは、ヒールシャー超音波装置を使用して効率的かつ確実に分散させることができる。

ナノダイヤモンドの超音波ミリングと分散はどのように機能しますか?

超音波分散液は、ナノダイヤモンド自体を粉砕媒体として使用します。高出力の超音波によって生成される音響キャビテーションにより、高速な液体の流れを作り出します。これらの液体の流れは、スラリー中の粒子(ダイヤモンドなど)を加速し、粒子が最大280km/sと衝突して微小なナノサイズの粒子に粉砕されるようにします。これにより、超音波粉砕および分散は、ナノダイヤモンドを広いpH範囲の水コロイド溶液中で安定なナノサイズの粒子に確実に解凝集する、容易で安価で汚染物質のない技術になります。塩(塩化ナトリウム)は、水性スラリー中のナノダイヤモンドを安定化するために使用されます。

超音波ナノダイヤモンドフライス盤はビーズミルを凌駕

プローブ型超音波処理器は非常に効果的なミルであり、工業規模でのナノダイヤモンド懸濁液の大規模生産のための確立された製粉技術です。超音波ミルはナノダイヤモンドをミリング媒体として利用するため、ミリング媒体による汚染、例えばジルコニアビーズからの汚染は完全に回避されます。代わりに、超音波キャビテーション力が粒子を加速し、ナノダイヤモンドが互いに激しく衝突し、均一なナノサイズに分解します。この超音波誘導粒子間衝突は、均一に分布したナノ分散液を製造するための非常に効率的で信頼性の高い方法である。
超音波分散および脱凝集法は、pH調節および超音波分散液の安定化のために、塩化ナトリウムまたはスクロースのような水溶性、非毒性、および非汚染添加剤を使用する。塩化ナトリウムまたはスクロースのこれらの結晶構造は、さらに粉砕媒体として機能し、それにより超音波粉砕手順をサポートします。フライス加工が完了すると、この添加剤は水で簡単にすすぐだけで簡単に取り除くことができ、これはプロセスセラミックビーズよりも顕著な利点です。アトリターなどの従来のビーズフライス加工では、不溶性のセラミック製粉媒体(ボール、ビーズ、真珠など)が使用されており、その研磨された残留物が最終分散液を汚染します。ミリングメディアによって引き起こされる汚染の除去には、複雑な後処理が必要であり、時間とコストがかかります。

超音波分散技術は、粒子径分布が狭い水性ナノダイヤモンド懸濁液を効果的に生成します。(研究とグラフィック:©Turcheniuk et al., 2016)

超音波ナノダイヤモンド分散のための例示的なプロトコル

水中のナノダイヤモンドの塩支援超音波脱凝集:
10gの塩化ナトリウムと0.250gのナノダイヤモンド粉末の混合物を、磁器の乳鉢と乳棒を使用して手で簡単に粉砕し、5mLのDI水とともに20mLのガラスバイアルに入れました。調製したサンプルを、プローブ型超音波装置を用いて、60%の出力電力と50%のデューティサイクルで100分間超音波処理した。超音波処理後、サンプルを2本の50mLプラスチックFalcon遠心分離管に均等に分割し、総容量100mL(2mL×50mL)までの蒸留水に分散させた。次に、各サンプルをエッペンドルフの遠心分離機5810-Rを使用して、4000rpm、25°Cで10分間遠心分離し、透明な上清を廃棄しました。次に、湿ったND沈殿物を蒸留水(総容量100 mL)に再分散させ、12000 rpm、25°Cで1時間2回遠心分離しました。再び透明な上清を廃棄し、湿ったナノダイヤモンド沈殿物を、今度は特性評価のために5 mLの蒸留水に再分散させました。標準的なAgNO3アッセイでは、Clが完全に存在しないことが示されました⁻ 塩支援超音波DEAGでは、上記のように蒸留水で2回洗浄したグレゲートナノダイヤモンド。試料から水分を蒸発させた後、黒色固体ナノダイヤモンドを形成 “フライドポテト” 約200mgまたは初期ナノダイヤモンド質量の80%の収率で観察されました。(下の写真を参照)
(cf. Turcheniuk et al., 2016)

乾燥サンプルと超音波分散ナノダイヤモンド。(研究とグラフィック:©Turcheniuk et al., 2016)

ナノダイヤモンド分散液のための高性能超音波装置

ヒールシャー超音波は、ナノダイヤモンドスラリー、研磨媒体およびナノ複合材料の製造などのヘビーデューティーアプリケーションのための高性能超音波フライス盤および分散装置を設計、製造および配布しています。ヒールシャー超音波装置は、ナノ材料を水性コロイド懸濁液、ポリマー、樹脂、コーティング、およびその他の高性能材料に分散させるために世界中で使用されています。
ヒールシャー超音波分散機は、低粘度から高粘度の処理において信頼性と効率性に優れています。投入材料と目標とする最終粒子サイズに応じて、最適なプロセス結果を得るために超音波強度を正確に調整することができます。
粘性ペースト、ナノ材料、高固体濃度を処理するためには、超音波分散機は連続的に高い振幅を生成することができなければなりません。ヒールシャー超音波’ 産業用超音波プロセッサは、全負荷状態での連続運転で非常に高い振幅を提供できます。最大200μmの振幅は、24/7操作で簡単に実行できます。高振幅で超音波分散機を操作し、振幅を正確に調整するオプションは、高充填ナノスラリー、ナノ強化ポリマー混合物およびナノ複合材料の最適な配合のための超音波プロセス条件を適応させるために必要です。
超音波振幅の他に、圧力も非常に重要なプロセスパラメータです。高圧下では、超音波キャビテーションの強度とそのせん断力が増大します。ヒールシャーの超音波反応器は、それによって強化された超音波処理結果を得ることができる。
プロセス監視とデータ記録は、継続的なプロセスの標準化と製品品質にとって重要です。プラグ可能な圧力センサーと温度センサーは、超音波分散プロセスを監視および制御するために超音波発生器に配線されます。超音波エネルギー(ネット+トータル)、温度、圧力、時間など、すべての重要な処理パラメータは自動的にプロトコル化され、内蔵SDカードに保存されます。自動的に記録されたプロセスデータにアクセスすることで、以前のソニケーション実行を修正し、プロセス結果を評価できます。
もう一つのユーザーフレンドリーな機能は、当社のデジタル超音波システムのブラウザリモコンです。リモートブラウザコントロールを介して、どこからでもリモートで超音波プロセッサを開始、停止、調整、監視できます。
ミリングおよびナノ分散用の高性能超音波ホモジナイザーの詳細については、今すぐお問い合わせください。
以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。