フュームドシリカなどのシリカナノ粒子(例えばアエロジル)は、様々な産業で広く使用されている添加剤である。所望の材料特性を有する完全に機能性のナノシリカを得るためには、シリカナノ粒子を単分散粒子として脱凝集し、分配しなければならない。超音波脱凝集は、ナノシリカを単分散粒子として懸濁液中に均一に分配する、非常に効率的で信頼性の高い技術であることが証明されています。

ナノシリカ – 特性と応用

シリカ（SiO₂)、特にシリカナノ粒子(Si-NPs)は、多くの産業で一般的な添加剤です。ナノサイズのシリカ粒子は、非常に大きな表面積を提供し、様々な用途のために多くの産業で利用されているユニークな粒子特性を表現します。例えば、ナノサイズのSiOのユニークな材料特性₂ は、(ナノ)複合材料、コンクリートおよび他の材料を補強するために適用されます。例としては、耐火性を提供するナノシリカベースのコーティング、またはそれによって反射防止特性を得るナノシリカでコーティングされたガラスである。建築・建設業界では、シリカヒューム(マイクロシリカ)とナノシリカは、加工性を高めるとともに、コンクリートの機械的・耐久性特性を高めるために使用される高いポゾラニック材料として使用されています。シリカフュームとナノシリカを比較すると、ナノ構造のSiO₂ ナノシリカは著しく大きな比表面積と繊度を提供するので、ポッツォランはシリカヒュームよりも初期段階でより活発である。より大きな表面積は、コンクリートと反応するより多くの部位を提供し、核として機能することによって改善されたコンクリート微細構造に特に貢献する。ガス透過性は、コンクリートの耐久性を示す指標であり、従来のシリカフュームを含むコンクリートと比較して、ナノシリカで補強されたコンクリートで改善されています。
生物医学と生命科学では、SiO₂ ナノ粒子は、高い表面積、優れた生体適合性、およびナノシリカの調整可能な細孔サイズから、さまざまな用途で広く調査されており、薬物送達やテラノスティクスを含む幅広い新規用途を提供しています。

グラフは、ナノシリカの粒度分布(緑色曲線)と後(赤曲線)超音波分散を示しています。

ナノシリカの超音波脱凝集と分散

超音波脱凝集および分散の働く原理は、超音波生成キャビテーションの効果に基づく, 科学的に音響キャビテーションとして知られています.液体またはスラリーに高出力の低周波超音波を適用すると、音響キャビテーションを引き起こし、それによって非常に高い圧力と温度として局所的に発生する極端な条件、および最大280m / sの液体ジェットでマイクロストリーミングを引き起こす可能性があります。超音波キャビテーションのこれらの強烈な物理的および機械的効果は、粒子表面での浸食だけでなく、粒子間衝突を介して粒子の粉砕を引き起こす。超音波/音響キャビテーションのこれらの強烈な力は、ナノシリカ、ナノチューブおよび他のナノ材料として、ナノサイズの粒子の脱凝集および分散のための非常に効率的で信頼性の高い方法を超音波処理にします。

超音波脱凝集型ナノシリカ(粒子径分布)ヒールシャーUP400St超音波処理器を使用して)水中(a)1重量%、(b)2重量%、(c)5重量%、及び(d)10重量%アエロジル200の異なる時間間隔で。
研究とグラフ:ヴィカシュ2020。

高固体濃度のシリカの超音波処理と粘性液体

イオン結合、共有結合、水素結合、ファンデルワールス相互作用などの化学結合力を克服しなければならないため、低濃度でナノ粒子を分散させることはすでに困難です。ナノ粒子の濃度の上昇に伴い、例えば、ナノシリカ粒子は、ナノ粒子間の化学的相互作用も著しく増加する。これは、良好で長期的な安定分散結果を得るためには、強力な分散技術が不可欠であることを意味する。超音波分散機は、高粘度のスラリーを処理することが容易であり、非常に高い固体濃度のペーストを簡単に処理することができる信頼性の高い、非常に有効性の高い分散方法として使用されています。ナノ粒子の高固体負荷でスラリーを処理する能力は、ナノ材料のための好ましい分散技術に超音波を回します。
ヒールシャー産業超音波装置は、それがポンプを介して供給することができる限り、連続インラインリアクターにあなたのスラリーを処理したり、ペーストすることができます。

シリカナノ流体の超音波製造

Modragonら(2012)は、シリカナノ粒子を蒸留水に分散して作製したシリカナノ流体を、 プローブ式超音波式超音波式UP400S.一定の固体含有量(すなわち、20%)を有する安定したシリカナノ流体を製造するために、低粘度で、かつ液体挙動など、5分間の超音波プローブによる高エネルギー処理で構成され、塩分添加なしの塩分(pH値が7より高い)。。超音波分散は、低粘度のナノ流体をもたらした。超音波調製されたナノ流体は液体のように振る舞い、超音波処理で達成された良好な分散のおかげで非常に短い時間内に固体負荷の20%で調製されました。
「利用可能なすべての分散方法の中で、超音波プローブによる分散が最も効果的なものとして確認されています。(モドラゴンら、2012)
Petzold et al. (2009) は、高集熱エネルギーによる超音波プローブが最も効果的な分散系であることを発見したアエロジル粉末の脱凝集について同じ結論に達した。

シリカナノ粒子の脱凝集と分散のための超音波測定器

ナノシリカが工業用途、研究または材料科学に使用される場合、乾燥シリカ粉末は液相に組み込まれなければならない。ナノシリカ分散には、信頼性の高い効果的な分散技術が必要であり、単一のシリカ粒子を脱凝集させるのに十分なエネルギーを適用します。超音波処理器は、強力で信頼性の高い分散機としてよく知られており、シリカ、ナノチューブ、グラフェン、鉱物、その他多くの材料を液相に均一に分散および分配するために使用されます。

ヒールシャー超音波設計、製造し、均質化および脱凝集アプリケーションの任意の種類のための高性能超音波分散機を配布します。ナノ分散液の製造に関しては、正確な超音波処理制御とナノ粒子懸濁液の信頼性の高い超音波処理は、高性能製品を得るために不可欠です。
ヒールシャー超音波のプロセッサは、エネルギー入力、超音波強度、振幅、圧力、温度および保持時間などの重要な処理パラメータを完全に制御します。これにより、パラメータを最適化条件に調整することができ、その後、ナノシリカスラリーなどの高品質なナノ分散液につながります。
任意のボリューム/容量: ヒールシャーは、超音波処理器とアクセサリーの幅広いポートフォリオを提供しています。これはあなたの適用および生産能力のための理想的な超音波システムの構成を可能にする。数ミリリットルを含む小さなバイアルから1時間あたり数千ガロンの大量ストリームまで、ヒールシャーはあなたのプロセスに適した超音波ソリューションを提供しています。
堅牢 性： 当社の超音波システムは、堅牢で信頼性が高いです。すべてのヒールシャー超音波処理器は、24/7/365操作のために構築され、非常に少ないメンテナンスを必要とします。
使い やす さ： 私たちの超音波デバイスの精巧なソフトウェアは、簡単で信頼性の高い超音波処理のための超音波処理の設定の事前選択と保存を可能にします。直感的なメニューは、デジタルカラーのタッチディスプレイを介して簡単にアクセスできます。リモートブラウザコントロールを使用すると、任意のインターネットブラウザを介して操作し、監視することができます。自動データ記録は、内蔵のSDカード上で実行される任意の超音波処理のプロセスパラメータを保存します。
優れたエネルギー効率: 代替分散技術と比較すると、ヒールシャー超音波処理器は、優れたエネルギー効率と粒子サイズ分布の優れた結果に優れています。

このチャートは、超ターラックスと比較した場合のヒールシャーUIP1000を用いるシリカの超音波分散の有意な利点を示しています。超音波処理は、より少ないエネルギーを必要とし、シリカの大幅に小さな粒子サイズを達成します。

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：