ヒールシャー超音波技術

ナノダイヤモンドの超音波の合成

  • 、その激しいキャビテーション力、電力、超音波は、グラファイトからミクロン及びナノサイズダイヤモンドを製造するための有望な技術です。
  • マイクロおよびナノ結晶ダイヤモンドは、大気圧、室温で有機液体中の黒鉛の懸濁液を超音波処理して合成することができます。
  • 超音波は、解凝集を分散し、ナノ粒子が非常に効果的な機能化超音波は、また、合成ナノダイヤモンドの後処理のための有用なツールです。

ナノダイヤモンドの治療のための超音波

ナノダイヤモンド(別名デトネーションダイヤモンド(DND)または超分散ダイヤモンド(UDD))は、固有の特性によって区別カーボンナノ材料の特別な形態である - などのその 格子 構造、その大 表面だけでなく、ユニークな オプティカル そして 磁気 プロパティ - と卓越したアプリケーション。超分散粒子の特性は、これらの材料に特別な機能を有する新規材料の創出のための革新的な化合物を作製します。すすでのダイヤモンド粒子の大きさは約5nmです。

ナノダイヤモンドの超音波の合成

超音波処理や爆発などの強烈な力の下で、グラファイトはダイヤモンドに変換することができます。

超音波シンセナノダイヤモンド

ダイヤモンドの合成は、科学的、商業的利益に関する重要な研究分野です。微結晶およびナノ結晶ダイヤモンド粒子の合成のための一般的に使用される方法は、高圧高温(HPHT)技術です。この方法により、必要なプロセス数十気圧の何千ものの圧力と2000K以上の温度は、工業用ダイヤモンドの世界的な供給の主要部分を生成するために生成されます。ダイヤモンドに黒鉛の形質転換のために、高圧及び高温一般的に必要であり、触媒は、ダイヤモンドの収率を増加させるために使用されます。
変換のために必要なこれらの要件は、使用することにより、非常に効率的に生成することができます ハイパワー超音波 (=低周波数、高強度超音波)。

超音波キャビテーション

液体中の超音波は、ローカルに非常に極端な効果を引き起こします。高強度で液体を超音波処理する際に、液体培地中に伝播する音波は、周波数に応じてレートで、高圧(圧縮)及び低圧(希薄化)のサイクルを交互につながります。低圧サイクルの間に、高強度の超音波は、液体中に小さな真空泡又は空隙を作ります。気泡が、彼らはもはやエネルギーを吸収することはできませんこれでボリュームを達成すると、彼らは、高圧サイクル中に激しく崩壊します。この現象は、と呼ばれています キャビテーション。爆縮時には非常に高い温度(約5,000K)と圧力(約2,000atm)がローカルに達しています。キャビテーション気泡の内破はまた、最大280メートル/秒の速度の液体ジェットをもたらします。 (Suslick 1998)これは、そのマイクロ明らかであると ナノ結晶 ダイヤモンドは、超音波の場で合成することができます キャビテーション

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ナノダイヤモンドの合成のための超音波手順

事実上の、Khachatryanらの研究。 (2008)ダイヤモンド微結晶はまた、大気圧、室温で有機液体中の黒鉛の懸濁液の超音波処理によって合成することができることを示しています。キャビテーション流体として、芳香族オリゴマーの式は、その低い飽和蒸気圧と高沸点温度に選びだしてきました。この液体に、特別な純粋な黒鉛粉末 – 100〜200ミクロンの間の範囲の粒子を - 中断されています。 。Kachatryanらの実験では、固液の重量比は1:6、キャビテーション流体密度が1.1グラムcmでした-3 25°Cで。 sonoreactorにおける最大超音波強度は75-80W cmでした-2 15-16小節の音圧の振幅に対応します。
これは、約10%のグラファイト - ダイヤモンド変換を実現しています。ダイヤモンドはほとんどなかったです 単分散 、6又は9μmの±の0.5μmの範囲で非常に鋭い、うまく設計されたサイズと、立方晶と 結晶 形態と 高純度

超音波合成ダイヤモンド(SEM像):ハイパワー超音波ナノダイヤモンドを誘導するのに必要なエネルギーを提供' シンセシス

超音波合成ダイヤモンドのSEM画像:画像(a)と(b)は、サンプルのシリーズ1、(c)及び(d)サンプルシリーズ2 [Khachatryanらを示します。 2008]

コスト ミクロ及びこの方法により製造さナノダイヤモンドであると推定されています 競争の 高圧高温(HPHT)プロセスを有します。これは、ナノダイヤモンドの製造方法をさらに検討することによって最適化することができ、特にように、超音波マイクロおよびナノダイヤモンドの合成のための革新的な代替(Khachatryanら、2008)ことができます。多くのパラメータそのような振幅、圧力、温度、キャビテーション流体、及び濃度は超音波ナノダイヤモンド合成のスイートスポットを発見するために正確に検査されなければなりません。
ナノダイヤモンドを合成する際に達成された結果により、さらに超音波発生 キャビテーション このような立方晶窒化ホウ素、窒化炭素等の他の重要な化合物の合成のための可能性を提供する(Khachatryanら、2008)
また、超音波照射下での多層カーボンナノチューブ(MWCNTを)からダイヤモンドナノワイヤ及びナノロッドを作成することが可能であると思われます。ダイヤモンドナノワイヤーは、バルクダイヤモンドの一次元の類似体です。その高い弾性率、強度対重量比、及びその表面が官能化することが可能な比較的容易に、ダイヤモンドは、ナノメカニカル設計のための最適な材料であることが見出されています。 (日ら、2004)

ナノダイヤモンドの超音波分散

既に説明したように、解凝集媒体でも粒径分布は、ナノダイヤモンドのユニークな特性を悪用するための必需品です。
分散 そして 解凝集 超音波による超音波の結果であります キャビテーション。液体を超音波に曝露すると、液体中に伝播する音波は高圧と低圧のサイクルを繰り返す。これは、個々の粒子間の引力に機械的応力を加える。液体中の超音波キャビテーションは、1000km / hr(約600mph)までの高速液体ジェットを引き起こす。そのようなジェットは、粒子間の高圧で液体を押し、それらを互いに分離する。より小さい粒子は液体ジェットで加速され、高速で衝突する。これは、超音波を分散のための有効な手段とするが、 製粉 ミクロンサイズおよびサブミクロンサイズの粒子の。
例えば、ナノダイヤモンド(約4nmの平均サイズ)とポリスチレンは、特別な複合材料を得るために、シクロヘキサン中に分散させることができます。彼らの研究では、Chiparaら。 (2010)0〜25重量%の範囲でナノダイヤモンドを含む、ポリスチレンとナノダイヤモンドの複合体を調製しました。でも取得するには 分散、彼らはヒールシャーので60分間溶液を超音波処理しました UIP1000hd (出力1kW)。

ナノダイヤモンドの超音波支援機能化

各ナノサイズ粒子の全表面の官能化のために、粒子の表面は、化学反応のために利用可能でなければなりません。これは、十分に分散された粒子は、粒子表面に引きつけた分子の境界層によって囲まれているとしても、微細な分散が必要であることを意味します。ナノダイヤモンドの表面に新たな官能基を取得するには、この境界層が破損したり除去しなければなりません。境界層の破壊や除去のこのプロセスは、超音波によって行うことができます。
超音波のような様々な極端な効果を生成する液体中に導入しました キャビテーション2000K、最大千キロ/時間の液体ジェットまで、局所的に非常に高い温度。この応力により(Suslick 1998)は引力(例えば、ファンデルワールス力)は、例えば、克服することができ、機能性分子を官能化するために、粒子の表面に担持されている係数ナノダイヤモンド表面。

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

スキーム1:インサイチュ-解凝集およびナノダイヤモンドの表面官能内のグラフィック(2011リャン)

ビーズアシストソニック崩壊(BASD)処理を用いた実験は、同様にナノダイヤモンドの表面funcionalizationのための有望な結果を示しています。これにより、ビーズ(例えば、ZrO 2をビーズとして、例えばマイクロサイズのセラミックビーズ)は、超音波を適用するために使用されています キャビテーション ナノダイヤモンド粒子上力。解凝集は、ナノダイヤモンド粒子とZrO間interparticular衝突による発生します2 ビーズ。
そのようなボラン還元、アリール化又はシラン化、目的を分散させるための超音波またはBASD(ビーズアシスト音波崩壊)前処理等の化学反応のための粒子の表面のより良好な利用可能性に起因強く推奨されます。超音波により、 分散 そして 解凝集 化学反応は、はるかに完全に進行することができます。

ハイパワーは、低周波の超音波は液体媒体中に導入されると、キャビテーションが発生します。

極端な温度と圧力差と高速液体ジェット超音波caviatationをもたらします。これにより、パワー超音波アプリケーションを混合及び粉砕するための成功した処理方法です。

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文学/参考文献

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  • EL-セイ、薬物送達システムとしてのK. M .:ナノダイヤモンド:アプリケーションと将来。 J APPL PHARMサイ01/06、2011年。 PP。29-39。
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  • 化学技術のSuslick、K.S:カーク・オスマーの百科事典。第4版。 J.ワイリー & サンズ:ニューヨーク。 26、1998;頁517から541まで。

ナノダイヤモンド – 使用するとアプリケーション

ナノダイヤモンド粒子は、それらのゼータ電位に不安定です。これにより、彼らは凝集体を形成するために非常に傾向があります。ナノダイヤモンドの一般的なアプリケーションは、ツールおよびヒートシンクを切断及び研磨、研磨剤に使用することです。別の潜在的な使用は、医薬活性成分(参照Pramatarova)のための薬物担体としてナノダイヤモンドのアプリケーションです。によって 超音波、まず、ナノダイヤモンドグラファイトから合成することができ、第二に、ナノダイヤモンドは、高濃度の凝集する傾向は均一にすることができます 分散した 液体媒体中に(例えば、研磨剤を処方するために)。