სილიციუმის ნანონაწილაკების ულტრაბგერითი დეაგლომერაცია

სილიციუმის ნანონაწილაკები, როგორიცაა აორთქლებული სილიციუმი (მაგ. Aerosil) ფართოდ გამოიყენება დანამატი სხვადასხვა ინდუსტრიაში. იმისათვის, რომ მივიღოთ სრულად ფუნქციონალური ნანოსილიკა სასურველი მატერიალური მახასიათებლებით, სილიციუმის ნანონაწილაკები უნდა იყოს დეაგლომერირებული და განაწილებული ერთჯერადი დისპერსიული ნაწილაკების სახით. ულტრაბგერითი დეაგლომერაცია დადასტურდა, რომ არის უაღრესად ეფექტური და საიმედო ტექნიკა ნანოსილიკის თანაბრად განაწილებისთვის სუსპენზიაში ერთ დისპერსიული ნაწილაკების სახით.

ნანოსილიკა – მახასიათებლები და აპლიკაციები

სილიციუმი (SiO₂) და განსაკუთრებით სილიციუმის ნანონაწილაკები (Si-NPs) არის გავრცელებული დანამატები მრავალ ინდუსტრიაში. ნანო ზომის სილიციუმის ნაწილაკები გვთავაზობენ ძალიან დიდ ზედაპირს და გამოხატავენ ნაწილაკების უნიკალურ მახასიათებლებს, რომლებიც გამოიყენება მრავალ ინდუსტრიაში სხვადასხვა მიზნებისათვის. მაგალითად, ნანო ზომის SiO-ს უნიკალური მატერიალური თვისებები₂ გამოიყენება (ნანო)კომპოზიტების, ბეტონის და სხვა მასალების გასამაგრებლად. მაგალითებია ნანოსილიკზე დაფუძნებული საფარი, რომელიც გთავაზობთ ცეცხლგამძლე თვისებებს ან ნანოსილიციით დაფარული მინა, რომელიც ამით იძენს ანტირეფლექსურ თვისებებს. სამშენებლო და სამშენებლო ინდუსტრიაში, სილიციუმის ორთქლი (მიკროსილიკა) და ნანოსილიკა გამოიყენება, როგორც მაღალი პოზოლანის მასალა, რომელიც გამოიყენება ბეტონის სამუშაოუნარიანობის, აგრეთვე მექანიკური და გამძლეობის თვისებების გასაუმჯობესებლად. როდესაც შევადარებთ სილიციუმის ორთქლს და ნანოსილიკას, ნანოსტრუქტურირებული SiO₂ პოზოლანი უფრო აქტიურია ადრეულ ეტაპზე, ვიდრე სილიციუმის ორთქლი, რადგან ნანოსილიკა გვთავაზობს მნიშვნელოვნად უფრო დიდ სპეციფიკურ ზედაპირს და სისუფთავეს. უფრო დიდი ზედაპირის ფართობი უფრო მეტ ადგილს გვთავაზობს ბეტონთან რეაგირებისთვის და კონკრეტულად ხელს უწყობს ბეტონის მიკროსტრუქტურის გაუმჯობესებას ბირთვის როლში მოქმედებით. გაზის გამტარიანობა, ბეტონის გამძლეობის მაჩვენებელი, გაუმჯობესებულია ბეტონში, რომელიც გამაგრებულია ნანო-სილიციუმით, ტრადიციულ სილიციუმის კვამლის შემცველ ბეტონთან შედარებით.
ბიომედიცინასა და სიცოცხლის მეცნიერებაში, SiO₂ ნანონაწილაკები ფართოდ არის გამოკვლეული სხვადასხვა გამოყენებისთვის, ვინაიდან ნანოსილიკის მაღალი ზედაპირის ფართობი, შესანიშნავი ბიოთავსებადობა და ფორების რეგულირებადი ზომა გვთავაზობს ახალი აპლიკაციების ფართო სპექტრს, წამლების მიწოდებისა და თერანოსტიკის ჩათვლით.

დიაგრამა გვიჩვენებს ნანო სილიციუმის ნაწილაკების ზომის განაწილებას ულტრაბგერითი დისპერსიამდე (მწვანე მრუდი) და (წითელი მრუდი) შემდეგ.

ნანო-სილიციუმის ულტრაბგერითი დეაგლომერაცია და დისპერსია

ულტრაბგერითი დეაგლომერაციისა და დისპერსიის მუშაობის პრინციპი დაფუძნებულია ულტრაბგერითი წარმოქმნილი კავიტაციის ეფექტებზე, მეცნიერულად ცნობილი როგორც აკუსტიკური კავიტაცია. მაღალი სიმძლავრის, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერის გამოყენებამ სითხეებში ან შლაპებში შეიძლება გამოიწვიოს აკუსტიკური კავიტაცია და, შესაბამისად, ექსტრემალური პირობები, რომლებიც ადგილობრივად წარმოიქმნება ძალიან მაღალი წნევისა და ტემპერატურის სახით, და მიკროსტრიმინგი 280 მ/წმ სიჩქარის სითხის ჭავლებით. ულტრაბგერითი კავიტაციის ეს ინტენსიური ფიზიკური და მექანიკური ზემოქმედება იწვევს ეროზიას ნაწილაკების ზედაპირზე, ასევე ნაწილაკების დაშლას ნაწილაკთა შორის შეჯახების შედეგად. ულტრაბგერითი / აკუსტიკური კავიტაციის ეს ინტენსიური ძალები აქცევს სონიკას უაღრესად ეფექტურ და საიმედო მეთოდად ნანო ზომის ნაწილაკების დეაგლომერაციისა და დისპერსიისთვის, როგორიცაა ნანო სილიციუმი, ნანომილები და სხვა ნანო მასალები.

ულტრაბგერითი დეაგლომერირებული ნანო სილიციუმის ნაწილაკების ზომის განაწილება (Hielscher UP400St ულტრაბგერითი აპარატის გამოყენებით) წყალში (a) 1 wt%, (b) 2 wt%, (c) 5 wt% და (d) 10 wt% Aerosil 200 სხვადასხვა დროის ინტერვალებით.
შესწავლა და გრაფიკები: Vikash 2020.

სილიციუმის ულტრაბგერითი დამუშავება მაღალი მყარი კონცენტრაციით და ბლანტი სითხეებით

დაბალ კონცენტრაციებში ნანონაწილაკების დაშლა უკვე რთულია, რადგან უნდა დაიძლიოს ქიმიური შემაკავშირებელი ძალები, როგორიცაა იონური ბმები, კოვალენტური ბმები, წყალბადის ბმები და ვან დერ ვაალსის ურთიერთქმედება. ნანონაწილაკების კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, მაგ., ნანო-სილიციუმის ნაწილაკები, მნიშვნელოვნად იზრდება ქიმიური ურთიერთქმედება ნანონაწილაკებს შორის. ეს ნიშნავს, რომ ძლიერი დისპერსიის ტექნიკა აუცილებელია კარგი, გრძელვადიანი სტაბილური დისპერსიის შედეგების მისაღებად. ულტრაბგერითი დისპერსერები გამოიყენება, როგორც საიმედო და მაღალეფექტური დისპერსიის მეთოდი, რომელსაც ადვილად შეუძლია დაამუშაოს მაღალი სიბლანტის მქონე ლაქები და ძალიან მაღალი მყარი კონცენტრაციის პასტებიც კი. ნანო-ნაწილაკების მაღალი მყარი დატვირთვით ნალექის დამუშავების შესაძლებლობა აქცევს ულტრაბგერითი დაშლას ნანო-მასალების სასურველ დისპერსიულ ტექნოლოგიად.
Hielscher-ის სამრეწველო ულტრაბგერითებს შეუძლიათ დაამუშავონ თქვენი ნადუღი ან პასტა უწყვეტ რეაქტორში, სანამ ის შეიძლება იკვებებოდეს ტუმბოს საშუალებით.

სილიციუმის ნანოსითხეების ულტრაბგერითი წარმოება

მოდრაგონი და სხვ. (2012) მომზადებული სილიციუმის ნანოსითხეები, რომლებიც მომზადებულია სილიციუმის ნანონაწილაკების დისპერსიით გამოხდილ წყალში, გამოყენებით ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი UP400S. გარკვეული მყარი შემცველობით (ანუ 20%), დაბალი სიბლანტის და თხევადი ქცევის მსგავსი სტაბილური სილიციუმის ნანოსთხევების წარმოებისთვის, შედგება მაღალი ენერგიის დამუშავებაში ულტრაბგერითი ზონდით 5 წუთის განმავლობაში, ძირითადი მედია (pH 7-ზე მაღალი მნიშვნელობები) და მარილის გარეშე. ულტრაბგერითი დისპერსიის შედეგად წარმოიქმნა ნანოსითხეები დაბალი სიბლანტით. ულტრაბგერითი მომზადებული ნანოსითხეები იქცეოდა როგორც თხევადი და მომზადდა 20% მყარი დატვირთვით ძალიან მოკლე დროში, კარგი დისპერსიის წყალობით, რომელიც მიღწეული იყო სონიკით.
”ყველა ხელმისაწვდომი დისპერსიის მეთოდიდან, ულტრაბგერითი ზონდებით დისპერსია დადასტურებულია, როგორც ყველაზე ეფექტური.” (Modragon et al., 2012).
პეცოლდი და სხვ. (2009) მივიდა იმავე დასკვნამდე Aerosil-ის ფხვნილის დეაგლომერაციისთვის და დაადგინა, რომ ულტრაბგერითი ზონდი არის ყველაზე ეფექტური დისპერსიული სისტემა გამოყენებული ძალზე ფოკუსირებული ენერგიის გამო.

Ultrasonicators for Deagglomeration და დისპერსიული სილიციუმის ნანონაწილაკების

როდესაც ნანო სილიციუმი გამოიყენება სამრეწველო აპლიკაციებში, კვლევებში ან მასალის მეცნიერებაში, მშრალი სილიციუმის ფხვნილი უნდა იყოს ჩართული თხევად ფაზაში. ნანო-სილიციუმის დისპერსიას სჭირდება საიმედო და ეფექტური დისპერსიის ტექნიკა, რომელიც იყენებს საკმარის ენერგიას სილიციუმის ცალკეული ნაწილაკების დეაგლომერაციისთვის. ულტრაბგერითები კარგად არის ცნობილი, როგორც ძლიერი და საიმედო დისპერსატორები, ამიტომ გამოიყენება სხვადასხვა მასალის დეაგლომერაციისა და განაწილებისთვის, როგორიცაა სილიციუმი, ნანომილები, გრაფენი, მინერალები და მრავალი სხვა მასალა ერთგვაროვან თხევად ფაზაში.

Hielscher Ultrasonics შეიმუშავებს, აწარმოებს და ავრცელებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი დისპერსერებს ნებისმიერი სახის ჰომოგენიზაციისა და დეაგლომერაციის აპლიკაციებისთვის. რაც შეეხება ნანო-დისპერსიების წარმოებას, მაღალი ხარისხის პროდუქტების მისაღებად აუცილებელია ზუსტი სონიკაციის კონტროლი და ნანონაწილაკების სუსპენზიის საიმედო ულტრაბგერითი დამუშავება.
Hielscher Ultrasonics-ის პროცესორები გაძლევთ სრულ კონტროლს დამუშავების ყველა მნიშვნელოვან პარამეტრზე, როგორიცაა ენერგიის შეყვანა, ულტრაბგერითი ინტენსივობა, ამპლიტუდა, წნევა, ტემპერატურა და შეკავების დრო. ამგვარად, თქვენ შეგიძლიათ პარამეტრების დარეგულირება ოპტიმიზებულ პირობებზე, რაც შემდგომში იწვევს მაღალი ხარისხის ნანო-დისპერსიას, როგორიცაა ნანოსილიკის ხსნარი.
ნებისმიერი მოცულობის/ტევადობისთვის: Hielscher გთავაზობთ ულტრაბგერით და აქსესუარების ფართო პორტფელს. ეს საშუალებას გაძლევთ დააკონფიგურიროთ იდეალური ულტრაბგერითი სისტემა თქვენი განაცხადისა და წარმოების შესაძლებლობებისთვის. მცირე ფლაკონებიდან, რომლებიც შეიცავს რამდენიმე მილილიტრს და დამთავრებული მაღალი მოცულობის ნაკადებით ათასობით გალონი საათში, Hielscher გთავაზობთ შესაფერის ულტრაბგერით გადაწყვეტას თქვენი პროცესისთვის.
სიმტკიცე: ჩვენი ულტრაბგერითი სისტემები ძლიერი და საიმედოა. ყველა Hielscher ულტრაბგერითი აგებულია 24/7/365 მუშაობისთვის და მოითხოვს ძალიან მცირე მოვლას.
მომხმარებლის კეთილგანწყობა: ჩვენი ულტრაბგერითი მოწყობილობების შემუშავებული პროგრამული უზრუნველყოფა საშუალებას იძლევა წინასწარ შეარჩიოთ და შეინახოთ ბგერითი პარამეტრები მარტივი და საიმედო სონიკაციისთვის. ინტუიციური მენიუ ადვილად ხელმისაწვდომია ციფრული ფერადი სენსორული დისპლეის საშუალებით. ბრაუზერის დისტანციური კონტროლი საშუალებას გაძლევთ იმუშაოთ და აკონტროლოთ ნებისმიერი ინტერნეტ ბრაუზერი. მონაცემთა ავტომატური ჩაწერა ინახავს ჩაშენებულ SD ბარათზე გაშვებული ნებისმიერი სონიკაციის პროცესის პარამეტრებს.
შესანიშნავი ენერგოეფექტურობა: ალტერნატიულ დისპერსიულ ტექნოლოგიებთან შედარებით, Hielscher ულტრაბგერითები გამოირჩევიან გამორჩეული ენერგოეფექტურობით და უმაღლესი შედეგებით ნაწილაკების ზომის განაწილებაში.

დიაგრამა გვიჩვენებს სილიციუმის დიოქსიდის ულტრაბგერითი დისპერსიის მნიშვნელოვან უპირატესობას Hielscher UIP1000-თან შედარებით ულტრა-ტურაქსთან შედარებით. ულტრაბგერითი დამუშავება მოითხოვს ნაკლებ ენერგიას და აღწევს სილიციუმის ნაწილაკების მკვეთრად მცირე ზომას.

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს: