産業用アプリケーション向けの信頼性の高いナノ粒子分散

高出力超音波は、効率的かつ確実に粒子凝集体を分解し、一次粒子を崩壊させることができます。高性能の分散性能により、プローブ型超音波処理器は、均質なナノ粒子懸濁液を作製する好ましい方法として使用されます。

超音波による信頼性の高いナノ粒子分散

多くの産業は、ナノ粒子をロードした懸濁液の調製を必要とします。ナノ粒子は、粒径が100nm未満の固体である。ナノ粒子は、微細な粒子径により、優れた強度、硬度、光学特性、延性、紫外線耐性、導電性、電気・電磁(EM)特性、耐掻傷性、その他の異常な特性を表現します。
高強度、低周波超音波は、せん断力、非常に高い圧力と温度差、および乱流などの極端な条件によって特徴付けられる強烈な音響キャビテーションを作成します。これらのキャビテーション力は粒子を加速させ、粒子間衝突を引き起こし、その結果、粒子の粉砕を引き起こす。その結果、狭い粒度曲線と均一な分布を有するナノ構造材料が得られる。
超音波分散装置は、非常に高い粘度に低い水や有機溶剤でナノ材料の任意の種類を扱うために適しています。

カーボンナノチューブの超音波分散

超音波分散機は、カーボンナノチューブ(CNT)を分散させる目的で広く使用されています。超音波処理は、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)だけでなく、多層カーボンナノチューブ(MWCNT)を解きほとり、分散させる信頼性の高い方法です。例えば、高導電性熱可塑性ポリマーを製造するために、高純度(>95%)ナノシル®3100(MWCNTs;外径9.5nm;純度95+%)を室温で30分間、ヒールシャーUP200Sと超音波で分散している。超音波分散ナノシル®3100 MWCNSはエポキシ樹脂中で1%w/wの濃度で、約1.5×10-2S/mの優れた導電率を示した。

ニッケルナノ粒子の超音波分散

ニッケルナノ粒子は、超音波アサイトドヒドラジン還元合成を介して正常に生成することができます。ヒドラジン還元合成経路により、水和酵素による塩化ニッケルの化学的還元により、球状の形状を有する純粋な金属ニッケルナノ粒子をtp調製することができます。アダムの研究グループは、超音波処理を実証しました – を使用して、 ヒールシャー UP200HT (200W, 26kHz) – 適用された温度から独立して平均一次結晶子サイズ(7-8 nm)を維持することができたが、一方、強烈で短い超音波処理期間の使用は、界面活性剤がない場合に710 nmから190nmに2次凝集粒子のソルボダイナミック径を減少させることができた。最も高い酸性度および触媒活性を、軽度(30W出力パワー)および連続超音波処理によって調製されたナノ粒子について測定した。ナノ粒子の触媒挙動は、従来の5つのサンプルと超音波の方法で調製されたスズキ・宮浦クロスカップリング反応で試験した。超音波調製された触媒は通常より良く行われ、かつ最も高い触媒活性を低電力(30W)連続超音波処理下で調製したナノ粒子上で測定した。
超音波処理は、ナノ粒子の凝集傾向に重要な影響を及ぼした:激しい大量移送による破壊されたキャビテーション空隙のデフラグの影響は、粒子間の魅力的な静電およびファンデルワールス力を克服することができ、破壊されたキャビテーション空隙の魅力的な静電気を克服することができる。
(2020年アトムら)

ウォラストナイトナノ粒子の超音波合成

ウォラストナイトは、化学式CaSiO3ウォラストナイトを含むカルシウムイノケイ酸鉱物であり、鉄の鋳造におけるフラックスとして、また塗料や塗料の製造に流束として、建設業界でセメント、ガラス、レンガ、タイルの製造のための成分として広く使用されています。例えば、ウォラストナイトは補強、硬化、低吸油、およびその他の改善を提供します。ウォラストナイトの優れた補強特性を得るためには、ナノスケール脱凝集と均一分散が不可欠である。
ドーダンとDoroodmand(2021)は、超音波分散がウォラストナイトナノ粒子のサイズと形態を大幅にインフリウエンスする非常に重要な要因であることを研究で実証しました。ウラストナイトナノ分散に対する超音波処理の寄与を評価するために、研究チームは高出力超音波の適用の有無にかかわらずウォラストナイトナノ粒子を合成した。彼らの超音波処理試験のために、研究者は 超音波プロセッサUP200H(ヒールシャー超音波) 45.0 分の周波数は 24 kHz です。超音波ナノ分散の結果は、以下の高解像度SEMに示されている。SEM画像は、超音波処理前のウォラストナイトサンプルが凝集して凝集していることを明確に示しています。UP200H超音波処理の後、ウォラストナイト粒子の平均サイズは約10nmです。この研究は、超音波分散がウォラストナイトナノ粒子を合成するための信頼性の高い効率的な技術であることを実証している。平均ナノ粒子サイズは、超音波処理パラメータを調整することによって制御することができる。
(2021年、ドーダンとドーランド)

ウォラストナイトナノ粒子(A)前および(B)超音波後のSEM画像を使用して 超音波プロセッサUP200H 45.0分の間。
研究と絵:©ドルフダンとドロードムランド、2021。

超音波ナノフィラー分散

超音波処理は、ポリマー、エポキシ樹脂、硬化剤、熱可塑性樹脂などの液体およびスラリーにナノフィラーを分散させ、脱凝集する汎用性の高い方法です。従って、共生はRにおける高効率分散法として広く用いられている&Dおよび工業生産。
Zanghelliniら(2021)は、エポキシ樹脂中のナノフィラーの超音波分散技術を調査した。彼は、超音波処理が小さくて高濃度のナノフィラーをポリマーマトリックスに分散させることができたことを実証することができた。
様々な製剤を比較すると、0.5重量%酸化されたCNTは、すべての超音波処理されたサンプルの最良の結果を示し、3つのロールミル製造サンプルに匹敵する範囲の凝集体の大部分のサイズ分布を明らかにし、硬化剤への良好な結合、分散内のパーコレーションネットワークの形成、沈め込みに対する安定性、したがって適切な長期的安定性を示した。より高い充填量は、同様の良好な結果を示したが、また、より顕著な内部ネットワークの形成だけでなく、やや大きな凝集体を示した。カーボンナノファイバー(CNF)でさえ、超音波処理を介して正常に分散することができます。追加の溶剤を使用しない硬化剤系におけるナノフィラーの直接の米国分散が成功し、産業用の可能性を持つ単純でまっすぐな分散に適用可能な方法と見なすことができます。(cf. ザンゲリーニら, 2021)

プローブ型超音波を用いて硬化剤に分散した異なるナノフィラーの比較:(a)0.5重量%カーボンナノファイバー(CNF);(b) 0.5重量% CNトキシド;(c) 0.5重量%カーボンナノチューブ(CNT);(d) 0.5重量%CNT半分散。
研究と絵: ©ザンゲリーニら, 2021

ナノ粒子の超音波分散 – 優越性を科学的に証明

研究は、超音波分散が脱凝集し、液体中の高濃度でもナノ粒子を分配するための優れた技術の一つであることを数多くの洗練された研究で示しています。例えば、Vikash(2020)は、ヒールシャー超音波分散機UP400Sを用いて、粘性液体中の高負荷のナノシリカの分散を調査した。彼の研究では、「ナノ粒子の安定した均一な分散は、粘性液体中の高固体負荷で超超音波処理装置を使用して達成することができる」という結論に達する。[ヴィカシュ、2020]

ナノ粒子分散用高性能超音波プロセッサ

ヒールシャー超音波は、ラボやパイロットから完全工業システムに信頼性の高い高性能超音波装置のための信頼できるサプライヤーです。ヒールシャー超音波’ デバイスは、洗練されたハードウェア、スマートソフトウェアと優れたユーザーフレンドリーを備えています – ドイツで設計され、製造されています。分散、脱凝集、ナノ粒子合成および機能化のためのヒールシャーの堅牢な超音波機械は、全負荷の下で24/7/365を操作することができます。あなたのプロセスとあなたの生産設備に応じて、当社の超音波装置は、バッチまたは連続インラインモードで実行することができます。ソノトロード(超音波プローブ)、ブースターホーン、フローセル、リアクトルなどの様々なアクセサリーが容易に入手可能です。
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下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます：