სანდო ნანონაწილაკების დისპერსია სამრეწველო აპლიკაციებისთვის

მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი დამუშავებას შეუძლია ეფექტური და საიმედოდ დაშალოს ნაწილაკების აგლომერატები და პირველადი ნაწილაკების დაშლაც კი. მაღალი ხარისხის დისპერსიული მუშაობის გამო, ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი გამოიყენება როგორც სასურველი მეთოდი ნანონაწილაკების ერთგვაროვანი სუსპენზიების შესაქმნელად.

სანდო ნანონაწილაკების დისპერსია ულტრაბგერითი

ბევრი ინდუსტრია მოითხოვს სუსპენზიების მომზადებას, რომლებიც დატვირთულია ნანონაწილაკებით. ნანონაწილაკები არის მყარი ნაწილაკების ზომა 100 ნმ-ზე ნაკლები. ნაწილაკების მცირე ზომის გამო, ნანონაწილაკი გამოხატავს უნიკალურ თვისებებს, როგორიცაა განსაკუთრებული სიმტკიცე, სიმტკიცე, ოპტიკური მახასიათებლები, ელასტიურობა, UV წინააღმდეგობა, გამტარობა, ელექტრული და ელექტრომაგნიტური (EM) თვისებები, ანტიკოროზიულობა, ნაკაწრების წინააღმდეგობა და სხვა არაჩვეულებრივი მახასიათებლები.
მაღალი ინტენსივობის, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერითი ქმნის ინტენსიურ აკუსტიკური კავიტაციას, რომელიც ხასიათდება ექსტრემალური პირობებით, როგორიცაა ათვლის ძალები, ძალიან მაღალი წნევის და ტემპერატურის დიფერენციაციები და ტურბულენტობა. ეს კავიტაციური ძალები აჩქარებს ნაწილაკებს, რაც იწვევს ნაწილაკთაშორის შეჯახებას და, შესაბამისად, ნაწილაკების დაშლას. შესაბამისად, მიიღება ნანოსტრუქტურული მასალები ნაწილაკების ზომის ვიწრო მრუდით და ერთგვაროვანი განაწილებით.
ულტრაბგერითი დისპერსიული მოწყობილობა შესაფერისია წყალში და ორგანულ გამხსნელებში ნებისმიერი სახის ნანომასალის დასამუშავებლად, დაბალი ან ძალიან მაღალი სიბლანტის მქონე.

ნახშირბადის ნანომილების ულტრაბგერითი დისპერსია

Ultrasonic dispersers are widely used for the purpose of dispersing carbon nanotubes (CNTs). Sonication is a reliable method to detangle and disperse single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) as well as multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). For instance, in order to produce a highly conductive thermoplastic polymer, high-purity (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs; external diameter 9.5 nm; purity 95 +%) have been ultrasonically dispersed with the Hielscher UP200S for 30min. at room temperature. The ultrasonically dispersed Nanocyl® 3100 MWCNTs at a concentration of 1% w/w in the epoxy resin showed superior conductivity of approx. 1.5 × 10-2 S /m.

ნიკელის ნანონაწილაკების ულტრაბგერითი დისპერსია

ნიკელის ნანონაწილაკები წარმატებით წარმოიქმნება ულტრაბგერითი დამხმარე ჰიდრაზინის შემცირების სინთეზის საშუალებით. ჰიდრაზინის შემცირების სინთეზის მარშრუტი საშუალებას იძლევა მოამზადოს სფერული ფორმის სუფთა მეტალის ნიკელის ნანონაწილაკი ნიკელის ქლორიდის ქიმიური შემცირებით ჰიდრაზინით. ადამის კვლევითმა ჯგუფმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი – გამოყენებით Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – შეეძლო შეენარჩუნებინა პირველადი კრისტალიტის საშუალო ზომა (7-8 ნმ) გამოყენებული ტემპერატურისგან დამოუკიდებლად, ხოლო ინტენსიური და ხანმოკლე ბგერითი პერიოდების გამოყენებამ შეიძლება შეამციროს მეორადი, აგრეგირებული ნაწილაკების სოლვოდინამიკური დიამეტრი 710 ნმ-დან 190 ნმ-მდე. ნებისმიერი სურფაქტანტი. ყველაზე მაღალი მჟავიანობა და კატალიზური აქტივობა გაზომილი იყო ნანონაწილაკებისთვის, რომლებიც მომზადებული იყო რბილი (30 ვტ გამომავალი სიმძლავრე) და უწყვეტი ულტრაბგერითი დამუშავებით. ნანონაწილაკების კატალიზური ქცევა შემოწმდა სუზუკი-მიაურას ჯვარედინი დაწყვილების რეაქციაში ხუთ ნიმუშზე, რომლებიც მომზადებული იყო როგორც ჩვეულებრივი, ასევე ულტრაბგერითი გზებით. ულტრაბგერითი მომზადებული კატალიზატორები, როგორც წესი, უკეთესად მუშაობდნენ და ყველაზე მაღალი კატალიზური აქტივობა გაზომილი იყო დაბალი სიმძლავრის (30 ვტ) უწყვეტი გაჟონვის ქვეშ მომზადებულ ნანონაწილაკებზე.
ულტრაბგერით მკურნალობას ჰქონდა გადამწყვეტი გავლენა ნანონაწილაკების აგრეგაციის ტენდენციაზე: განადგურებული კავიტაციის სიცარიელეების დეფრაგმენტაციის ზემოქმედებამ მასის ენერგიული გადაცემით შეიძლება გადალახოს განადგურებული კავიტაციის სიცარიელეების მიმზიდველი ელექტროსტატიკური მასის ენერგიული გადაცემით და გადალახოს მიმზიდველი ელექტროსტატიკური და ვან დერი. ვაალის ძალები ნაწილაკებს შორის.
(შდრ. Adám et al. 2020)

ვოლასტონიტის ნანონაწილაკების ულტრაბგერითი სინთეზი

ვოლასტონიტი არის კალციუმის ინოსილიკატური მინერალი, ქიმიური ფორმულით CaSiO3 ვოლასტონიტი ფართოდ გამოიყენება როგორც კომპონენტი ცემენტის, მინის, აგურის და ფილების წარმოებისთვის სამშენებლო ინდუსტრიაში, როგორც ნაკადი ფოლადის ჩამოსხმაში, ასევე დანამატი წარმოებისას. საღებავები და საღებავები. მაგალითად, ვოლასტონიტი უზრუნველყოფს გამაგრებას, გამკვრივებას, ზეთის დაბალ შეწოვას და სხვა გაუმჯობესებას. ვოლასტონიტის შესანიშნავი გამაძლიერებელი თვისებების მისაღებად აუცილებელია ნანომასშტაბიანი დეაგლომერაცია და ერთგვაროვანი დისპერსია.
დორდანმა და დოროდმანდმა (2021) თავიანთ კვლევებში აჩვენეს, რომ ულტრაბგერითი დისპერსია არის ძალიან მნიშვნელოვანი ფაქტორი, რომელიც მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს ვოლასტონიტის ნანონაწილაკების ზომასა და მორფოლოგიაზე. ვოლასტონიტის ნანო-დისპერსიაზე გაჟღერების წვლილის შესაფასებლად, მკვლევარმა ჯგუფმა მოახდინა ვოლასტონიტის ნანონაწილაკების სინთეზირება მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი გამოყენებით და მის გარეშე. მათი სონიკაციის ტესტებისთვის მკვლევარებმა გამოიყენეს ულტრაბგერითი პროცესორი UP200H (Hielscher Ultrasonics) 24 kHz სიხშირით 45.0 წთ. ულტრაბგერითი ნანო-დისპერსიის შედეგები ნაჩვენებია მაღალი გარჩევადობის SEM-ში ქვემოთ. SEM გამოსახულება ნათლად აჩვენებს, რომ ვოლასტონიტის ნიმუში ულტრაბგერითი დამუშავების წინ არის აგლომერირებული და აგრეგირებული; UP200H ულტრაბგერითი გაჟღერების შემდეგ ვოლასტონიტის ნაწილაკების საშუალო ზომა არის დაახლ. 10 ნმ. კვლევა აჩვენებს, რომ ულტრაბგერითი დისპერსია არის საიმედო და ეფექტური ტექნიკა ვოლასტონიტის ნანონაწილაკების სინთეზისთვის. ნანონაწილაკების საშუალო ზომის კონტროლი შესაძლებელია ულტრაბგერითი დამუშავების პარამეტრების რეგულირებით.
(შდრ. Dordane and Doroodmand, 2021)

ვოლასტონიტის ნანონაწილაკების SEM სურათები (A) ულტრაბგერითი გამოკვლევის წინ და (B) შემდეგ ულტრაბგერითი პროცესორი UP200H 45.0 წუთის განმავლობაში.
შესწავლა და სურათი: ©Dordane and Doroodmand, 2021.

ულტრაბგერითი ნანოშემავსებლის დისპერსია

Sonication არის მრავალმხრივი მეთოდი ნანოშემავსებლების დაშლისა და დეაგლომერაციისთვის სითხეებსა და ხსნარებში, მაგ. პოლიმერები, ეპოქსიდური ფისები, გამაგრებლები, თერმოპლასტიკები და ა.შ. ამიტომ, სონფიკაცია ფართოდ გამოიყენება, როგორც მაღალეფექტური დისპერსიის მეთოდი&D და სამრეწველო წარმოება.
ზანღელინი და სხვ. (2021) გამოიკვლია ნანოშემავსებლების ულტრაბგერითი დისპერსიის ტექნიკა ეპოქსიდურ ფისში. მან შეძლო იმის დემონსტრირება, რომ სონიკინგს შეეძლო ნანოშემავსებლების მცირე და მაღალი კონცენტრაციების დაშლა პოლიმერულ მატრიცაში.
სხვადასხვა ფორმულირებების შედარებისას, 0,5 wt% დაჟანგული CNT აჩვენა საუკეთესო შედეგები ყველა სონიკირებულ ნიმუშზე, გამოავლინა აგლომერატების უმეტესობის ზომის განაწილება შესადარებელ დიაპაზონში რულეტის წისქვილზე წარმოებული სამი ნიმუშის მიხედვით, კარგი შეკვრა გამაგრილებელთან, წარმოქმნა. პერკოლაციის ქსელი დისპერსიის შიგნით, რომელიც მიუთითებს სტაბილურობისკენ დანალექების წინააღმდეგ და, შესაბამისად, სათანადო გრძელვადიან სტაბილურობაზე. შემავსებლის უფრო მაღალმა რაოდენობამ აჩვენა მსგავსი კარგი შედეგები, მაგრამ ასევე უფრო გამოხატული შიდა ქსელების ფორმირება, ისევე როგორც გარკვეულწილად უფრო დიდი აგლომერატები. ნახშირბადის ნანობოჭკოებიც კი (CNF) შეიძლება წარმატებით დაიშალა გაჟღერების გზით. ნანოშემავსებლების პირდაპირი აშშ დისპერსია გამაგრების სისტემებში დამატებითი გამხსნელების გარეშე წარმატებით იქნა მიღწეული და, ამრიგად, შეიძლება ჩაითვალოს გამოსაყენებელ მეთოდად მარტივი და პირდაპირი დისპერსიისთვის სამრეწველო გამოყენების პოტენციალით. (შდრ. Zanghellini et al., 2021)
 

სხვადასხვა ნანოშემავსებლების შედარება გამამაგრებელში დაფანტული (ულტრაბგერითი-აშშ): (ა) 0.5 wt% ნახშირბადის ნანობოჭკოვანი (CNF); (ბ) 0,5 wt% CNToxi; (გ) 0,5 wt% ნახშირბადის ნანომილაკი (CNT); (დ) 0,5 wt% CNT ნახევრად დისპერსირებული.
(შესწავლა და სურათი: © Zanghellini et al., 2021)

ნანონაწილაკების ულტრაბგერითი დისპერსია – მეცნიერულად დადასტურებული უპირატესობისთვის

მრავალრიცხოვან დახვეწილ კვლევებში ჩატარებულმა კვლევებმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი დისპერსია არის ერთ-ერთი საუკეთესო ტექნიკა ნანონაწილაკების დეაგლომერაციისა და განაწილებისთვის, თუნდაც მაღალი კონცენტრაციის მქონე სითხეებში. მაგალითად, ვიკაშმა (2020) გამოიკვლია ნანო-სილიციუმის მაღალი დატვირთვის დისპერსია ბლანტი სითხეებში Hielscher ულტრაბგერითი დისპერსერის UP400S გამოყენებით. თავის კვლევაში ის მიდის დასკვნამდე, რომ „ნანონაწილაკების სტაბილური და ერთგვაროვანი დისპერსიის მიღწევა შესაძლებელია ულტრაბგერითი აპარატის გამოყენებით ბლანტი სითხეებში მაღალი მყარი დატვირთვით“. [ვიკაში, 2020]

მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი პროცესორები ნანონაწილაკების დისპერსიისთვის

Hielscher Ultrasonics არის თქვენი სანდო მიმწოდებელი საიმედო მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი აღჭურვილობისთვის, ლაბორატორიიდან და პილოტიდან სრულ ინდუსტრიულ სისტემებამდე. Hielscher ულტრაბგერითი’ მოწყობილობებს აქვთ დახვეწილი აპარატურა, ჭკვიანი პროგრამული უზრუნველყოფა და გამორჩეული მომხმარებლისადმი კეთილგანწყობა – შექმნილია და დამზადებულია გერმანიაში. Hielscher-ის მძლავრი ულტრაბგერითი მანქანები დისპერსიის, დეაგლომერაციის, ნანონაწილაკების სინთეზისა და ფუნქციონალიზაციისთვის შეიძლება მუშაობდეს 24/7/365 სრული დატვირთვით. თქვენი პროცესიდან და თქვენი წარმოების დაწესებულებიდან გამომდინარე, ჩვენი ულტრაბგერითი შეიძლება მუშაობდეს ჯგუფურად ან უწყვეტ რეჟიმში. ხელმისაწვდომია სხვადასხვა აქსესუარები, როგორიცაა sonotrodes (ულტრაბგერითი ზონდები), გამაძლიერებელი რქები, ნაკადის უჯრედები და რეაქტორები.
დაგვიკავშირდით ახლა, რომ მიიღოთ მეტი ტექნიკური ინფორმაცია, სამეცნიერო კვლევები, პროტოკოლები და ციტატა ჩვენი ულტრაბგერითი ნანო-დისპერსიული სისტემებისთვის! ჩვენი კარგად გაწვრთნილი, დიდი ხნის გამოცდილების მქონე პერსონალი სიამოვნებით განიხილავს თქვენთან ერთად თქვენს ნანო აპლიკაციას!

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს: