粒子線治療のためのパワー超音波：アプリケーションノート

その特性を完全に表現するためには、粒子を脱凝集させ、均一に分散させなければならない。’ 表面が利用できる。強力な超音波は、サブミクロンやナノサイズまで粒子を分散・粉砕する信頼性の高いツールとして知られています。さらに、超音波処理では、ナノ粒子を金属層でコーティングするなど、粒子の改質や機能化が可能です。

超音波ホモジナイザーを使って、粒子を粉砕、分散、脱凝集、改質するために、どのように材料を処理すればよいか、粒子と液体のセレクションと関連する推奨事項をご覧ください。

強力な超音波処理で粉末や粒子を調製する方法。

アルファベット順

アエロジル

超音波アプリケーション：
ミリポア水（pH 6）中のSilica Aerosil OX50粒子の分散液は、5.0 gの粉末を500 mLの水に分散させることにより調製した。 UP200S (200W；24kHz）。シリカ分散液は、蒸留水溶液（pH = 6）中で、超音波照射下で調製した。 UP200S pH調整には塩酸を使用した。分散液中の固形分は0.1%(w/v)であった。
デバイスの推奨：
UP200S
参考文献／研究論文：
Licea-Claverie, A; Schwarz, S.; Steinbach, Ch.; Ponce-Vargas, S. M.; Genest, S. (2013)：微細シリカ分散液の凝集における天然ポリマーと感温性ポリマーの組み合わせ。International Journal of Carbohydrate Chemistry 2013.

アル₂O₃-水ナノ流体

超音波アプリケーション：
アル₂O₃-水のナノ流体は、以下の手順で調製することができる：まず、Al₂O₃ ナノ粒子をデジタル電子天秤で測定した。次にAl₂O₃ ナノ粒子を秤量した蒸留水に徐々に入れ、攪拌する。₂O₃-水の混合物。超音波プローブ型装置で混合物を1時間連続的に超音波処理する。 UP400S (400W、24kHz）で蒸留水中にナノ粒子を均一に分散させた。
ナノ流体はさまざまな分率（0.1%、0.5%、1%）で調製できる。界面活性剤やpHの変更は必要ない。
デバイスの推奨：
UP400S
参考文献／研究論文：
Isfahani, A. H. M.; Heyhat, M. M. (2013)：Nanofluids Flow of a Micromodel as Porous Medium.International Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9/2, 2013.77-84.

酸化アルミニウム(Al2O3)の超音波分散は、粒子径の大幅な縮小と均一な分散をもたらす。

ボヘマイト被覆シリカ粒子

超音波アプリケーション：
シリカ粒子はベーマイト層でコーティングされている：有機物を含まない完全に清浄な表面を得るために、粒子を450℃に加熱する。粒子を粉砕して凝集を解いた後、6vol%の水性懸濁液（約70ml）を調製し、3滴のアンモニウム溶液を加えてpHを9に安定化させる。この懸濁液は、次に超音波で凝集を除去する。 UP200S の振幅で5分間加熱した。溶液を85℃以上に加熱した後、12.5gのアルミニウムsec-ブトキシドを添加した。温度は85～90℃に90分間保たれ、懸濁液はその間マグネチックスターラーで撹拌される。その後、懸濁液を40℃以下に冷却するまで撹拌を続ける。その後、塩酸を加えてpHを3に調整した。その後すぐに、懸濁液を氷浴中で超音波処理する。粉末は希釈とその後の遠心分離によって洗浄される。上清を除去した後、粒子を120℃の乾燥オーブンで乾燥させる。最後に、粒子を300℃で3時間熱処理する。
デバイスの推奨：
UP200S
参考文献／研究論文：
Wyss, H. M. (2003)：濃縮粒子ゲルの微細構造と機械的挙動.Dissertation Swiss Federal Institute of Technology 2003.

カドミウム(II)-チオアセトアミドナノコンポジットの合成

超音波アプリケーション：
カドミウム(II)-チオアセトアミドナノコンポジットは、ポリビニルアルコールの存在下および非存在下において、超音波化学的経路で合成された。超音波合成では、0.532gの酢酸カドミウム（II）二水和物（Cd（CH3COO）2.2H2O）、0.148gのチオアセトアミド（TAA、CH3CSNH2）、および0.664gのヨウ化カリウム（KI）を20mLの二重蒸留脱イオン水に溶解した。この溶液を高出力プローブ型超音波発生器で超音波処理した。 UP400S (反応混合物を超音波処理している間に、鉄コンスタンチン熱電対で測定したところ、温度は70-80℃まで上昇した。1時間後、明るい黄色の沈殿物が形成された。遠心分離（4,000rpm、15分）により単離し、残留不純物を除去するために二重蒸留水、次いで絶対エタノールで洗浄し、最後に空気中で乾燥させた（収量：0.915g、68%）。Dec. p.200℃。高分子ナノコンポジットの調製 ポリビニルアルコール1.992gを二重蒸留脱イオン水20mLに溶解し、上記溶液に添加した。この混合物に超音波を照射した。 UP400S 明るいオレンジ色の生成物が形成されたとき、1時間。
SEM観察の結果、PVA存在下では粒子径が約38 nmから25 nmに減少することが示された。次に、カドミウム(II)-チオアセトアミド/PVAを前駆体とする高分子ナノ複合体の熱分解から、球状の形態を持つ六方晶CdSナノ粒子を合成した。CdSナノ粒子のサイズは、XRDとSEMの両方で測定され、結果は互いに非常によく一致した。
Ranjbarら(2013)も、高分子Cd(II)ナノコンポジットが、興味深い形態を持つ硫化カドミウムナノ粒子の調製に適した前駆体であることを見出した。すべての結果から、超音波合成は、高温、長時間の反応、高圧などの特別な条件を必要とせず、シンプルで効率的、低コスト、環境に優しく、ナノスケール材料の合成に非常に有望な方法としてうまく採用できることが明らかになった。
デバイスの推奨：
UP400S
参考文献／研究論文：
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013)：Cadmium-Thioacetamide Nanocomposites.Int.J. Nanosci.Nanotechnol.9/4, 2013.203-212.

CaCO₃

超音波アプリケーション：
ナノ沈殿CaCOの超音波コーティング₃ (NPCC)のポリマー中への分散性を向上させ、凝集を低減させるために、ステアリン酸を用いて行った。2gの未コーティングのナノ沈殿CaCO₃ (NPCC）で超音波処理した。 UP400S を30mlのエタノールに溶かした。9wt%のステアリン酸をエタノールに溶解した。ステアリン酸入りエタノールを超音波処理した懸濁液と混合した。
デバイスの推奨：
UP400S 直径22mmのソノトロード(H22D)、冷却ジャケット付きフローセル
参考文献／研究論文：
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009)：ナノ沈殿CaCO3をステアリン酸でコーティングする際の超音波の効果。Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering 4/5, 2009.807-813.

セルロースナノ結晶

超音波アプリケーション：
ユーカリセルロースCNCから調製したセルロースナノクリスタル（CNC）：ユーカリセルロースから調製したセルロースナノクリスタルは、メチルアジポイルクロリド（CNCm）、または酢酸と硫酸の混合物（CNCa）との反応により修飾した。そこで、凍結乾燥したCNC、CNCmおよびCNCaを0.1 wt%の純溶媒（EA、THFまたはDMF）に再分散させ、24±1℃で一晩磁気攪拌した後、プローブ型超音波発生装置を用いて20分間超音波処理を行った。 UP100H.ソニケーションは130W/cmで行った。² 強度を24±1℃で測定した。その後、最終ポリマー濃度が0.9 wt%となるように、CNC分散液にCABを添加した。
デバイスの推奨：
UP100H
参考文献／研究論文：
Blachechen, L. S.; de Mesquita, J. P.; de Paula, E. L.; Pereira, F. V.; Petri, D. F. S. (2013)：セルロースナノ結晶のコロイド安定性とセルロースアセテートブチレートマトリックス中の分散性の相互作用。Cellulose 20/3, 2013.1329-1342.

硝酸セリウムドープシラン

超音波アプリケーション：
金属基材として冷間圧延炭素鋼パネル（6.5cm 6.5cm 0.3cm；化学洗浄および機械研磨）を使用した。塗装に先立ち、パネルはアセトンで超音波洗浄され、その後60℃のアルカリ溶液（0.3molL 1 NaOH溶液）で10分間洗浄された。プライマーとして使用する場合、基材の前処理に先立ち、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（γ-GPS）50部を含む典型的な製剤をメタノール約950部で希釈し、pH4.5（酢酸で調整）でシランの加水分解を行った。硝酸セリウム顔料ドープシランの調製手順は、（γ-GPS）添加前のメタノール溶液に硝酸セリウムを1、2、3wt％添加し、この溶液をプロペラ攪拌機で1600rpm、室温で30分間攪拌した以外は同じである。その後、硝酸セリウム含有分散液を外部冷却水槽を用いて40℃で30分間超音波処理した。超音波処理は、超音波処理装置 UIP1000hd (1000W、20kHz)で、入口超音波パワーは約1W/mLであった。基板の前処理は、各パネルを適切なシラン溶液で100秒間リンスすることで行った。処理後、パネルを室温で24時間乾燥させ、前処理したパネルを2液アミン硬化型エポキシでコーティングした。(Epon 828, shell Co.)で90μmのウェット膜厚になるようにコーティングした。エポキシコーティングされたパネルは、エポキシコーティングの硬化後、115℃で1時間硬化させた；乾燥膜厚は約60μmであった。
デバイスの推奨：
UIP1000hd
参考文献／研究論文：
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013)：エポキシ塗装鋼板のカソード離脱特性に及ぼす硝酸セリウム含有シラン前処理の電気化学的効果。Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013.2411-2420.

粘土分散・分画

超音波アプリケーション：
粒度分画：を分離する。 < 1～2μmの粒子から1μmの粒子、粘土サイズの粒子(< 2μm)が、超音波場とそれに続く異なる沈降速度の適用によって分離された。
粘土サイズの粒子(< 2 μm)を、300 J mLのエネルギー入力で超音波処理することにより分離した。^-1 (プローブ型超音波崩壊機を使用（1分間 UP200S (200W、24kHz)に直径7 mmのソノトロードS7を取り付けた。超音波照射後、試料を110 x g（1000 rpm）で3分間遠心した。次に、沈降相（分画レスト）を密度分画に用いて軽比重画分を分離し、得られた浮遊相(< 2μm画分）を別の遠心分離チューブに移し、440 x g（2000 rpm）で10分間遠心分離して分離した。 < 1-2μm画分（沈殿物）から1μm画分（上清）を分離。を含む上清。 < 1μm画分を別の遠心チューブに移し、1mLのMgSO₄ 1410 x g (4000 rpm)で10分間遠心し、残りの水をデカントした。
試料の過熱を避けるため、この手順を15回繰り返した。
デバイスの推奨：
UP200S S7または UP200St S26d7と
参考文献／研究論文：
Jakubowska, J. (2007)：灌漑水の種類が土壌有機物（SOM）分画および疎水性化合物との相互作用に及ぼす影響。Dissertation Martin-Luther University Halle-Wittenberg 2007.

粘土無機粘土の剥離

超音波アプリケーション：
無機粘土を剥離してプルランベースのナノコンポジットを調製し、コーティング分散液とした。そこで、一定量のプルラン（ウェットベース4 wt%）を水に溶解し、25℃で緩やかな攪拌（500 rpm）下に1時間放置した。同時に、0.2～3.0wt%の粘土粉末を、激しい攪拌（1000rpm）下で15分間水に分散させた。得られた分散液は、超音波分散機で超音波処理した。 UP400S (パワー_マックス = チタン製ソノトロードH14（先端部直径14mm、振幅＝24kHz）を装備した超音波装置。_マックス = 表面強度＝105Wcm^-2)を以下の条件で行った：0.5サイクル、振幅50%。超音波処理の時間は実験計画に従って変化させた。その後、有機プルラン溶液と無機分散液を緩やかな攪拌下（500rpm）でさらに90分間混合した。混合後、2つの成分の濃度は、0.05から0.75の範囲の無機/有機（I/O）比に対応した。水分散液中のNa⁺-超音波処理前後のMMT粘土を、IKO-Sizer CC-1ナノ粒子分析装置を用いて評価した。
一定量の粘土の場合、最も効果的な超音波処理時間は15分であることがわかった。₂ この値は（再凝集のため）、超音波処理時間が最も長くなると（45分）再び減少するが、これはおそらく血小板とタクトイドの両方が断片化したためであろう。
イントロッツィの論文で採用された実験セットアップによると、エネルギー単位出力は725Ws mLである。^-1 の単位エネルギー消費量は2060 Ws mLであった。^-1.これにより、全工程を通じてかなりのエネルギーを節約することができ、最終的には処理コストに反映されることになる。
デバイスの推奨：
UP400S ソノトロードH14付き
参考文献／研究論文：
Introzzi, L. (2012)：食品包装用高性能バイオポリマーコーティングの開発。2012年ミラノ大学学位論文。

導電性インク

超音波アプリケーション：
導電性インクは、Cu+CおよびCu+CNT粒子を混合溶媒中で分散剤とともに分散させることにより調製した（刊行物IV）。分散剤は、BYK Chemie GmbH社の水性カーボンブラック顔料分散用の3種類の高分子量分散剤、DISPERBYK-190、DISPERBYK-198、およびDISPERBYK-2012を使用した。主溶媒として脱イオン水（DIW）を使用した。エチレングリコールモノメチルエーテル（EGME）（Sigma-Aldrich）、エチレングリコールモノブチルエーテル（EGBE）（Merck）、およびn-プロパノール（Honeywell Riedel-de Haen）を共溶媒として使用した。
を用いて氷浴中で10分間超音波処理した。 UP400S 超音波プロセッサーにかけた。その後、懸濁液を1時間静置し、デカンテーションを行った。スピンコートまたは印刷の前に、懸濁液を超音波槽で10分間超音波処理した。
デバイスの推奨：
UP400S
参考文献／研究論文：
Forsman, J. (2013)：水素還元によるCo、Ni、Cuナノ粒子の製造。学位論文 VTT Finland 2013.

超音波処理は、インクジェットインク中の顔料の粒径を小さくし、分散させるのに非常に効果的である。

銅ファスロシアニン

超音波アプリケーション：
金属フタロシアニンの分解
銅ファスロシアニン(CuPc)は、触媒として酸化剤の存在下、常温・常圧で水および有機溶媒とともに500W超音波処理装置を用いて超音波処理される。 UIP500hd フロースルーチャンバー付きソニケーション強度37-59 W/cm²サンプル混合物：試料5 mL (100 mg/L)、50 D/Dの水にチョロホルムとピリジンを加え、超音波振幅60%で測定。反応温度：20℃、大気圧。
超音波処理50分以内の破壊率は最大95%。
デバイスの推奨：
UIP500hd

ジブチリルチン（DBCH）

超音波アプリケーション：
長い高分子マクロ分子は超音波処理によって破壊することができる。超音波アシストによるモル質量減少により、望ましくない副反応や副生成物の分離を避けることができる。超音波分解は、化学分解や熱分解とは異なり、分子のほぼ中心で切断が起こる非ランダムなプロセスであると考えられている。このため、より大きな高分子はより速く分解される。
実験は超音波発生装置を用いて行われた。 UP200S ソノトロードS2を装備。超音波の出力は150Wであった。ジメチルアセトアミド中のジブチリ ルキチンの溶液（前者の濃度は0.3g/100cm3、体積は25cm3）を使用した。ソノトロード（超音波プローブ／ホーン）は、ポリマー溶液に表面から30 mmの高さまで浸漬した。溶液は25℃に保たれた恒温水槽に入れた。各溶液を所定の時間間隔で照射した。この後、溶液を3倍に希釈し、サイズ排除クロマトグラフィー分析に供した。
発表された結果は、ジブチリルチンはパワー超音波による破壊を受けないが、ポリマーの分解があることを示しており、これは制御された超音波化学反応として理解される。したがって、超音波はジブチリルシチンの平均モル質量の減少に利用でき、重量平均モル質量と数平均モル質量の比にも同じことが当てはまる。観察された変化は、超音波出力と超音波照射時間を増加させることで強まった。また、超音波処理条件下でのDBCH分解の程度には、開始モル質量が大きく影響した。
デバイスの推奨：
UP200S
参考文献／研究論文：
Szumilewicz, J.; Pabin-Szafko, B. (2006)：Dibuyrylchitin の超音波分解。ポーランド・キチン協会, モノグラフ XI, 2006.123-128.

フェロシン粉末

超音波アプリケーション：
SWNCNTを調製するための超音波化学的ルート：シリカ粉末（直径2-5 mm）をp-キシレン中の0.01 mol%フェロセンの溶液に添加し、次いで超音波を照射する。 UP200S チタンチッププローブ（ソノトロードS14）を装備。超音波処理は室温、大気圧で 20 分間行った。超音波アシスト合成により、シリカ粉末表面に高純度の SWCNT が生成した。
デバイスの推奨：
UP200S 超音波プローブS14付き
参考文献／研究論文：
Srinivasan C.(2005)：SOUND 法による単層カーボンナノチューブの常温合成。Current Science 88/ 1, 2005.12-13.

フライアッシュ／メタカオリナイト

超音波アプリケーション：
浸出試験：固形試料50gに浸出液100mLを加えた。超音波照射強度：最大85W/cm² と UP200S を20℃の水浴中で行った。
ジオ重合：スラリーを UP200S 地中重合用超音波ホモジナイザー。超音波照射強度は最大で85 W/cm².冷却のため、氷水浴中で超音波処理を行った。
ジオポリマー化にパワー超音波を適用すると、形成されたジオポリマーの圧縮強度が増加し、一定時間まで超音波照射を続けると強度が増加した。メタカオリナイトとフライアッシュのアルカリ水溶液への溶解は、超音波処理によってより多くのAlとSiがゲル相に放出され、重縮合が促進された。
デバイスの推奨：
UP200S
参考文献／研究論文：
Feng, D.; Tan, H.; van Deventer, J. S. J. (2004)：超音波による地中重合。Journal of Materials Science 39/2, 2004.571-580

グラフェン

超音波アプリケーション：
純粋なグラフェンシートは大量生産が可能であることは、非化学量論的TiO₂ グラフェンナノシートとチタニアペルオキソ錯体の懸濁液を熱加水分解することにより、グラフェンナノコンポジットを作製した。純粋なグラフェンナノシートは、1000Wの超音波処理装置を用いて天然グラファイトから製造した。 UIP1000hd を5bargの高圧超音波リアクターチャンバー内で合成した。得られたグラフェンシートは、高い比表面積とユニークな電子特性が特徴である。研究者らは、超音波で作製したグラフェンの品質は、グラファイトを剥離して酸化させるハマーの方法よりもはるかに高いと主張している。超音波リアクター内の物理的条件は精密に制御でき、ドーパントとしてのグラフェン濃度は1～0.001％の範囲で変化すると仮定すれば、連続システムによる商業規模のグラフェン製造が可能になる。
デバイスの推奨：
UIP1000hd
参考文献／研究論文：
Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011)：高性能光触媒としての酸化チタン-グラフェンナノコンポジット。In：Journal of Physical Chemistry C 115/2011.
グラフェンの超音波生成と調製についての詳細はこちらをご覧ください！

酸化グラフェン

超音波アプリケーション：
酸化グラフェン（GO）層は以下の方法で調製した：25mgの酸化グラフェン粉末を200mlの脱イオン水に加えた。攪拌して不均一な茶色の懸濁液を得た。得られた懸濁液を超音波処理し（30分、1.3×105J）、乾燥後（373K）、超音波処理した酸化グラフェンを生成した。FTIR分光分析の結果、超音波処理によって酸化グラフェンの官能基が変化することはなかった。
デバイスの推奨：
UP400S
参考文献／研究論文：
Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010)：The Effect of Thermal and Ultrasonic Treatment on the Formation of Graphene-oxide Nanosheets.Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010.
超音波グラフェン剥離と調製についての詳細はこちらをご覧ください！

ポリビニルアルコールの分解によるヘアリーポリマーナノ粒子

超音波アプリケーション：
疎水性モノマーの存在下、水溶性ポリマーを水溶液中で超音波分解するシンプルなワンステップ手順により、残留物のない血清中で機能的な毛状ポリマー粒子が得られる。重合はすべて、バッフル、温度センサー、マグネチックスターラーバー、Hielscherを備えた250mLの二重壁ガラスリアクターで行った。 US200S S14チタン製ソノトロード（直径＝14 mm、長さ＝100 mm）を装着した超音波プロセッサー（200 W、24 kHz）。
ポリビニルアルコール（PVOH）溶液は、正確な量のPVOHを水に溶解し、激しく攪拌しながら50℃で一晩かけて調製した。重合に先立ち、PVOH溶液を反応器内に入れ、温度を所望の反応温度に調整した。PVOH溶液とモノマーを別々にアルゴンで1時間パージした。必要量のモノマーを、激しく攪拌しながらPVOH溶液に滴下した。その後、アルゴンパージを液から除去し、UP200Sによる超音波処理を振幅80％で開始した。アルゴンの使用には、（1）酸素の除去、（2）超音波キャビテーションの発生という2つの目的がある。従って、アルゴンを連続的に流すことは、原理的には重合に有益であるが、過度の発泡が発生した。今回我々が行った手順は、この問題を回避し、効率的な重合に十分であった。サンプルは定期的に抜き取り、重量測定、分子量分布、粒度分布によって転化率をモニターした。
デバイスの推奨：
US200S
参考文献／研究論文：
Smeets, N. M. B.; E-Rramdani, M.; Van Hal, R. C. F.; Gomes Santana, S.; Quéléver, K.; Meuldijk, J.; Van Herk, JA.M.; Heuts, J. P. A. (2010)：機能性ヘアリーポリマーナノ粒子へのシンプルなワンステップ超音波化学ルート。Soft Matter, 6, 2010.2392-2395.

ハイプコSWCNTs

超音波アプリケーション：
UP400S による HiPco SWCNT の分散：5 mL バイアル中 0.5 mg の酸化 HiPco SWCNT（0.04 mmol カーボン）を 2 mL の脱イオン水に超音波プロセッサーで懸濁した。 UP400S を加え、黒色の懸濁液（0.25 mg/mL SWCNTs）を得た。この懸濁液に、1.4 μLのPDDA溶液（20 wt./%、分子量= 100,000-200,000）を加え、2分間ボルテックス混合した。ウォーターバスで5分間超音波処理を行った後、ナノチューブ懸濁液を5000gで10分間遠心分離した。上清をAFM測定用に採取し、その後siRNAで機能化した。
デバイスの推奨：
UP400S
参考文献／研究論文：
Jung, A. (2007)：カーボンナノチューブに基づく機能性材料。Dissertation Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

ハイドロキシアパタイト・バイオセラミック

超音波アプリケーション：
ナノHAPの合成には、0.32MのCa(NO)の40mL溶液を用いた。₃)² ⋅ 4H₂Oを小さなビーカーに入れた。その後、約2.5mLの水酸化アンモニウムで溶液のpHを9.0に調整した。この溶液を超音波プロセッサーで超音波処理した。 UP50H (50W、30kHz）にソノト ロードMS7（ホーン径7mm）を取り付け、最大振幅を100%に設定して1時間行った。最初の1時間の終わりに、0.19M [KH₂プライベートオファーリング₄その後、2時間目の超音波照射を行いながら、最初の溶液にゆっくりと滴下した。混合プロセス中、pH値はチェックされ9に維持され、Ca/P比は1.67に維持された。その後、溶液を遠心分離（～2000g）で濾過し、得られた白色沈殿物を熱処理用の複数のサンプルに分けた。最初のサンプルは、管状炉での熱処理用の12個のサンプルで構成され、2番目のサンプルは、マイクロ波処理用の5個のサンプルで構成された。
デバイスの推奨：
UP50H
参考文献／研究論文：
Poinern, G. J. E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D.(2011)：ナノメータースケールのハイドロキシアパタイトバイオセラミックの形成における熱と超音波の影響。International Journal of Nanomedicine 6, 2011.2083-2095.

超音波で還元分散されたカルシウム-ヒドロキシアパタイト

無機フラーレン様WS₂ ナノ粒子

超音波アプリケーション：
無機フラーレン(IF)様WSの電着過程における超音波処理₂ ニッケルマトリックス中のナノ粒子は、より均一でコンパクトなコーティングを実現する。さらに、超音波の印加は、金属析出物中に取り込まれた粒子の重量割合に大きな影響を与える。したがって、IF-WS₂ ニッケルマトリックス中の粒子は、4.5 wt.%（機械的攪拌のみで成長させた膜）から約7 wt.%（30 W cmの超音波処理で調製した膜）まで増加した。^-2 超音波強度の）。
Ni/IF-WS₂ ナノコンポジットコーティングは、標準的なニッケルワットバスから電解析出した。₂ (無機フラーレン-WS₂)ナノ粒子を添加した。
実験では、IF-WS₂ をニッケルワット電解液に添加し、共析実験に先立ち、懸濁液を室温で少なくとも24時間、マグネチックスターラー（300 rpm）を用いて集中的に撹拌した。電着プロセスの直前に、凝集を避けるために懸濁液を10分間の超音波前処理にかけた。超音波照射には UP200S ソノトロードS14（先端直径14mm）を備えたプローブ型超音波発生装置を振幅55％に調整した。
共析実験には、容積200mLの円筒形ガラスセルを使用した。コーティングは3cmの平らな市販軟鋼（グレードSt37）カソード上に蒸着した。².陽極は純ニッケル箔（3cm²)を容器の側面に配置し、カソードと対面させた。陽極と陰極の距離は4cmであった。基板を脱脂し、冷たい蒸留水ですすぎ、15%塩酸水溶液で活性化し（1分間）、再び蒸留水ですすいだ。電着は5.0 A dmの一定電流密度で行った。^-2 直流電源（5 A/30 V、BLAUSONIC FA-350）を用いて1時間行った。バルク溶液中の粒子濃度を均一に保つため、電着プロセス中に2つの撹拌方法を用いた：セル底部に設置したマグネチックスターラー（ω = 300 rpm）による機械的撹拌、およびプローブ型超音波装置による超音波照射。 UP200S.超音波プローブ（ソノトロード）は、上方から直接溶液に浸し、遮蔽物がないように作用電極と対電極の間に正確に配置した。電気化学系に照射される超音波の強度は、超音波の振幅を制御することで変化させた。この研究では、振動振幅を連続モードで25、55、75％に調整し、20、30、40W cmの超音波強度に対応させた。^-2 それぞれ、超音波パワーメーター（Hielscher Ultrasonics社製）に接続したプロセッサーで測定した。電解液温度はサーモスタットを用いて55℃に維持した。温度は各実験の前後に測定した。超音波エネルギーによる温度上昇は2～4◦Cを超えなかった。電解後、サンプルをエタノール中で1分間超音波洗浄し、表面から緩く吸着した粒子を除去した。
デバイスの推奨：
UP200S 超音波ホーン/ソノトロードS14付き
参考文献／研究論文：
García-Lecina, E.; García-Urutia, I.; Díeza, J.A.; Fornell, B.; Pellicer, E.; Sort, J. (2013)：超音波攪拌の影響下における電着ニッケルマトリックス中の無機フラーレン様WS2ナノ粒子の共析。Electrochimica Acta 114, 2013.859-867.

ラテックス合成

超音波アプリケーション：
P(St-BA)ラテックスの調製
P(St-BA)ポリ(スチレン-r-ブチルアクリレート)P(St-BA)ラテックス粒子を界面活性剤DBSAの存在下で乳化重合により合成した。まず1gのDBSAを100mLの三口フラスコ中の水に溶解し、溶液のpH値を2.0に調整した。2.80gのStと8.40gのBAの混合モノマーと開始剤AIBN（0.168g）をDBSA溶液に注いだ。O/Wエマルションは、磁気攪拌を1時間行い、次いで超音波処理により調製した。 UIP1000hd 超音波ホーン（プローブ／ソノトロード）を装備した氷浴中でさらに30分間重合を行った。最後に、窒素雰囲気下、オイルバス中90℃で2時間重合を行った。
デバイスの推奨：
UIP1000hd
参考文献／研究論文：
ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)エポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT:PSS)を不織布基材に用いたフレキシブル導電膜の作製。Materials Chemistry and Physics 143, 2013.143-148.
ラテックスの音波合成についての詳細はこちらをご覧ください！

鉛除去（ソノリーチング）

超音波アプリケーション：
汚染土壌からの鉛の超音波溶出：
超音波浸出実験は、超音波装置を用いて行った。 UP400S 周波数20kHzのチタン製超音波プローブ（直径14mm）で測定した。超音波プローブ（ソノトロード）は熱量校正され、超音波強度は51±0.4W cmに設定された。^-2 すべてのソノリーチング実験に使用した。音波浸出実験は、平底ジャケット付きガラスセルを用いて25±1℃で恒温化した。土壌浸出溶液（0.1L）には、超音波浸出実験用に3つのシステムを使用した：6 mL の 0.3 mol L^-2 酢酸溶液(pH 3.24)、3%(v/v)硝酸溶液(pH 0.17)、および酢酸/酢酸緩衝液(pH 4.79)0.3molLを60mL混合して調製した。^-1 酢酸に19 mL 0.5 mol Lを加える。^-1 NaOH。音波浸出工程の後、試料をろ紙でろ過して浸出液と土壌を分離し、浸出液の鉛電着と超音波印加後の土壌の消化を行った。
超音波は、汚染土壌からの鉛の溶出を促進する貴重なツールであることが証明されている。超音波はまた、土壌から溶出する鉛をほぼ完全に除去する効果的な方法であり、その結果、土壌の有害性が大幅に低下する。
デバイスの推奨：
UP400S ソノトロードH14付き
参考文献／研究論文：
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007)：Ultrasound Leaching and Electrochemical Treatment Combined for Lead Removal Soil.Journal of New Materials for Electrochemical Systems 10, 2007.195-199.

ナノ粒子懸濁液の調製

超音波アプリケーション：
ナノ粒子懸濁液の調製には、裸のnTiO2（透過型電子顕微鏡（TEM）で5nm）とnZnO（TEMで20nm）、およびポリマーでコーティングしたnTiO2（TEMで3-4nm）とnZnO（TEMで3-9nm）の粉末を用いた。ナノ粒子の結晶形は、nTiO2がアナターゼ、nZnOがアモルファスであった。
01gのナノ粒子粉末を、数滴の脱イオン（DI）水を入れた250mLビーカーに秤量した。次に、ナノ粒子をステンレス製スパチュラで混合し、ビーカーを純水で200mLまで満たし、攪拌した後、Hielscher'sで90%の振幅で60秒間超音波処理した。 UP200S g/Lのストック懸濁液を得た。すべてのストック懸濁液は、4℃で最大2日間保存した。
デバイスの推奨：
UP200S または UP200St
参考文献／研究論文：
Petosa, A. R. (2013)：飽和粒状多孔質媒体における金属酸化物ナノ粒子の輸送、沈着および凝集：水化学、コレクター表面および粒子コーティングの役割。Dissertation McGill University Montreal, Quebec, Canada 2013.111-153.
ナノ粒子の超音波分散について詳しくはこちらをご覧ください！

マグネタイト・ナノ粒子析出

超音波アプリケーション：
マグネタイト（Fe₃O₄)ナノ粒子は、塩化鉄(III)六水和物と硫酸鉄(II)七水和物の水溶液を、Fe3+/Fe2+=2:1のモル比で共沈させることにより製造される。この鉄溶液をそれぞれ濃水酸化アンモニウムと濃水酸化ナトリウムで沈殿させる。析出反応は超音波照射下で行われ、反応物は超音波フロースルー反応チャンバー内のキャビテーションゾーンを通して供給される。pH勾配を避けるため、沈殿剤は過剰に送液する必要がある。マグネタイトの粒度分布は光子相関分光法を用いて測定された。超音波誘導混合により、平均粒径は12-14 nmから約5-6 nmに減少した。
デバイスの推奨：
UIP1000hd フローセルリアクター付き
参考文献／研究論文：
Banert, T.; Horst, C.; Kunz, U., Peuker, U. A. (2004)：Eisen-(II,III) Oxidを例とした超微量フッ素化合物の継続的変化(Kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen-(II,III) Oxid.ICVT, TU-Clausthal.GVC Annual Meeting 2004にてポスター発表。
Banert, T.; Brenner, G.; Peuker, U. A. (2006)：連続超音波化学沈殿リアクターの運転パラメーター。Proc. 5.WCPT, Orlando Fl., 23.-27.April 2006.
超音波沈殿についての詳細はこちらをご覧ください！

ニッケル粉

超音波アプリケーション：
塩基性pHの高分子電解質（溶解を防ぎ、表面でのNiO濃縮種の発生を促進する）、アクリル系高分子電解質、水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH）を用いたNi粉末の懸濁液の調製。
デバイスの推奨：
UP200S
参考文献／研究論文：
Mora, M.; Lennikov, V.; Amaveda, H.; Angurel, L. A.; de la Fuente, G. F.; Bona, M. T.; Mayoral, C.; Andres, J. M.; Sanchez-Herencia, J. (2009)：構造セラミックタイル上の超電導コーティングの作製.Applied Superconductivity 19/ 3, 2009.3041-3044.

PBS – 硫化鉛ナノ粒子の合成

超音波アプリケーション：
室温で、0.151gの酢酸鉛(Pb(CH3COO)2.3H2O)と0.03gのTAA(CH3CSNH2)を、イオン液体である[EMIM][EtSO4]5mLと二重蒸留水15mLに加え、50mLビーカー中で超音波照射した。 UP200S を7分間行った。超音波プローブ/ソノトロード S1 の先端を反応液に直接浸した。生成した暗褐色の懸濁液を遠心分離して沈殿物を取り出し、二重蒸留水とエタノールでそれぞれ2回洗浄して未反応の試薬を除去した。生成物の特性に対する超音波の影響を調べるため、超音波照射の助けを借りずに24時間攪拌を続けて生成物を調製する以外は反応パラメーターを一定に保ち、もう1つの比較サンプルを調製した。
PbSナノ粒子の調製のために、室温のイオン液体中での超音波アシスト合成を提案した。この室温で環境に優しいグリーンな方法は、迅速かつテンプレートフリーであり、合成時間を著しく短縮し、複雑な合成手順を回避することができる。調製したナノクラスターは3.86eVという非常に大きなブルーシフトを示したが、これは粒子サイズが非常に小さいことと量子閉じ込め効果に起因すると考えられる。
デバイスの推奨：
UP200S
参考文献／研究論文：
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008)：超音波照射を用いた[EMIM][EtSO4]イオン液体中におけるPbSナノ粒子の簡便な室温調製と特性評価。Bulletin of Korean Chemical Society 29/ 1, 2008.53-56.

精製ナノチューブ

超音波アプリケーション：
精製したナノチューブを1,2-ジクロロエタン（DCE）に懸濁し、高出力超音波装置で超音波処理した。 UP400S400W、24kHz）をパルスモード（サイクル）で行い、黒色の懸濁液を得た。その後、凝集したナノチューブの束を5000rpmで5分間遠心分離して除去した。
デバイスの推奨：
UP400S
参考文献／研究論文：
Witte, P. (2008)：Amphiphilic Fullerenes For Biomedical and Optoelectronical Applications.Dissertation Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2008.

SAN/CNT複合材料

超音波アプリケーション：
SANマトリックス中にCNTを分散させるために、プローブ型超音波処理用のソノトロードを備えたHielscher UIS250Vを使用した。まず、CNTを50mLの蒸留水に約30分間超音波処理して分散させた。溶液を安定化させるため、SDSを溶液に対して1%の割合で添加した。その後、得られたCNT水分散液をポリマー懸濁液と合わせ、Heidolph RZR 2051メカニカルアジテーターを用いて30分間混合し、30分間超音波処理を繰り返した。分析のために、異なる濃度のCNTを含むSAN分散液をテフロンフォームにキャストし、周囲温度で3～4日間乾燥させた。
デバイスの推奨：
UIS250v
参考文献／研究論文：
Bitenieks, J.; Meri, R. M.; Zicans, J.; Maksimovs, R.; Vasile, C.; Musteata, V. E. (2012)：Styrene-acrylate/carbon nanotube nanocomposites: mechanical, thermal, and electrical properties.In：Proceedings of the Estonian Academy of Sciences 61/ 3, 2012.172-177.

炭化ケイ素（SiC）ナノパウダー

超音波アプリケーション：
炭化ケイ素（SiC）ナノパウダーを脱凝集させ、Hielscherを使用して塗料のテトラヒドロフラン溶液に分散させた。 UP200S 80W/cmの音響パワー密度で動作するハイパワー超音波プロセッサ².SiCの脱凝集は、最初に純溶剤中で洗浄剤とともに行われ、その後、塗料の一部が加えられた。ディップコーティング用とシルクスクリーン印刷用のサンプルの場合、全工程にそれぞれ30分と60分を要した。溶剤の沸騰を避けるため、超音波処理中に混合物を十分に冷却した。超音波処理の後、ロータリーエバポレーターでテトラヒドロフランを蒸発させ、印刷に適した粘度になるように硬化剤を添加した。得られた複合材料中のSiC濃度は、ディップコーティング用に調製したサンプルでは3%wt%であった。シルクスクリーン印刷用には、SiC含有量が1 – 摩耗と摩擦の予備試験には3%重量、1.6%重量を使用した。 – 2.4%wtで、摩耗と摩擦の試験結果に基づいて複合材料を微調整した。
デバイスの推奨：
UP200S
参考文献／研究論文：
Celichowski G.; Psarski M.; Wiśniewski M. (2009)：Celichowski G; Psarski M; Wiśiewski M (2009): Noncontinuous Antiwear Nanocomposite Pattern を用いた弾性ヤーンテンショナー。繊維 & 東欧のテキスタイル 17/ 1, 2009.91-96.

SWNT 単層カーボンナノチューブ

超音波アプリケーション：
ソノケミカル合成：10mgのSWNTと30mlの2％MCB溶液 10mgのSWNTと30mlの2％MCB溶液、UP400S ソニケーション強度：300 W/cm2、超音波照射時間5h
デバイスの推奨：
UP400S
参考文献／研究論文：
小塩 昭夫; 湯田坂 正夫; 張 正博; 飯島 聡 (2001)：単層カーボンナノチューブと有機材料を超音波で化学反応させる簡便な方法.Nano Letters 1/ 7, 2001.361-363.

チオール化SWCNT

超音波アプリケーション：
25 mg のチオール化 SWCNT（2.1 mmol カーボン）を 50 mL の脱イオン水に懸濁した。UP400S).その後、この懸濁液を調製したばかりのAu(NP)溶液に加え、混合物を1時間撹拌した。Au(NP)-SWCNTを精密ろ過（硝酸セルロース）で抽出し、脱イオン水で十分に洗浄した。小さなAu(NP)(平均直径≈13 nm)がフィルター膜(孔径0.2μm)を効果的に通過するため、濾液は赤色に着色した。
デバイスの推奨：
UP400S
参考文献／研究論文：
Jung, A. (2007)：カーボンナノチューブに基づく機能性材料。Dissertation Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

酸化チタン₂ / パーライト複合材

超音波アプリケーション：
TiO2 /パーライト複合材料の調製は以下の手順で行った。最初に、5 mLのチタンイソプロポキシド（TIPO）（Aldrich 97%）を40 mLのエタノール（Carlo Erba）に溶解し、30分間撹拌した。次に5gのパーライトを加え、分散液を60分間撹拌した。混合物を超音波チップソニケーターを用いてさらにホモジナイズした。 UIP1000hd.合計1Whのエネルギー投入で、2分間の超音波処理を行った。最後に、スラリーをエタノールで希釈して100 mLの懸濁液とし、得られた液体を前駆体溶液(PS)とした。調製したPSは、火炎噴霧熱分解システムで処理する準備ができた。
デバイスの推奨：
UIP1000hd
参考文献／研究論文：
Giannouri, M.; Kalampaliki, Th.; Todorova, N.; Giannakopoulou,T.; Boukos, N.; Petrakis, D.; Vaimakis, T.; Trapalis, C. (2013)：(2013):火炎噴霧熱分解によるTiO2/パーライト複合体の一段階合成とその光触媒挙動.International Journal of Photoenergy 2013.

強力な超音波を液体に照射すると、強力なキャビテーションが発生します。極度のキャビテーション効果により、サブミクロンからナノレベルの粒子径を持つ微粉末スラリーが生成されます。さらに、粒子表面積が活性化されます。マイクロジェットと衝撃波の衝撃と粒子間衝突は、固体の化学組成と物理的形態に大きな影響を与え、有機ポリマーと無機固体の化学反応性を劇的に高めることができます。

“崩壊する気泡内の極限状態は、例えば重合開始剤を添加せずに重合を開始するなど、様々な目的に利用できる高反応性化学種を生成する。別の例として、高沸点溶媒中での揮発性有機金属前駆体の超音波分解は、高い触媒活性を持つ様々な形態のナノ構造材料を生成する。ナノ構造の金属、合金、炭化物、硫化物、ナノメートルコロイド、ナノ構造担持触媒はすべて、この一般的なルートで調製できる。”

[サスリック／プライス 1999: 323］。

文献／参考文献

• Suslick, K. S.; Price, G. J. (1999)：材料化学への超音波の応用。Annu.Rev. Mater.Sci. 29, 1999.295-326.
• Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020)： 有望な光伝導性を有する剥離CrPS4.小 Vol.16, Issue1.2020年1月9日
• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011)： 分子結晶のソノフラグメンテーション.J. Am.Chem.Soc. 2011, 133, 37, 14530-14533.
• Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011)： ナノメータースケールのハイドロキシアパタイトバイオセラミックの形成における熱と超音波の影響.Int J Nanomedicine.2011; 6: 2083-2095.