초음파 처리로 수성 현탁액에 분산 된 나노 다이아몬드

나노다이아몬드 분산액은 Hielscher 초음파 처리기를 사용하여 빠르고 효율적으로 준비할 수 있습니다. 수성 현탁액에서 초음파 탈착은 응집체의 안정적인 분해와 안정적인 콜로이드의 형성을 보장합니다. pH 조정을 위해 간단한 소금 첨가와 결합하면 이 방법은 간편하고 저렴하며 오염 물질이 없는 접근 방식을 제공합니다. 확장성과 간단한 구현으로 인해 초음파 분산은 실험실 연구뿐만 아니라 산업 규모의 나노 다이아몬드 가공에도 매우 적합합니다.

효율적이고 오염 없는 나노다이아몬드 분해

나노다이아몬드는 생물의학, 양자 기술, 마찰학 및 첨단 복합재 분야에서 점점 더 많이 응용되고 있지만, 단단한 응집체를 형성하는 고유한 경향으로 인해 성능이 제한되는 경우가 많습니다. 따라서 이산 입자의 안정적인 콜로이드를 달성하는 것은 정확한 특성 분석과 안정적인 적용을 위한 전제 조건입니다. 기존의 응집 제거 방법은 지르코니아 또는 기타 불순물을 도입하는 거친 밀링 기술에 의존하는 경우가 많아 정제가 복잡하고 생물의학적 사용이 제한됩니다. 초음파 분산은 빠르고 확장 가능하며 오염 물질이 없는 대안을 제공합니다. 수성 매질에서 음향 캐비테이션을 적용하는 프로브형 초음파 처리기는 응집체를 한 자릿수 나노다이아몬드로 효율적으로 분해합니다. 이 방법은 간단한 염분 보조 pH 변조와 결합하면 독성 부산물 없이 광범위한 pH 범위에서 안정적인 콜로이드를 생성하므로 실험실 연구와 산업 규모 생산 모두에 매우 매력적입니다.

나노 다이아몬드는 Hielscher 초음파를 사용하여 효율적이고 안정적으로 분산 될 수 있습니다.

나노 다이아몬드의 초음파 밀링 및 분산은 어떻게 작동합니까?

초음파 분산은 나노 다이아몬드 자체를 밀링 매체로 사용합니다. 고출력 초음파에 의해 생성된 음향 캐비테이션은 고속 액체 스트리밍을 생성합니다. 이러한 액체 흐름은 슬러리의 입자(예: 다이아몬드)를 가속하여 입자가 최대 280km/s의 속도로 충돌하여 미세한 나노 크기의 입자로 부서지도록 합니다. 따라서 초음파 밀링 및 분산은 쉽고 저렴하며 오염 물질이 없는 기술이며, 나노 다이아몬드를 넓은 pH 범위의 수성 콜로이드 용액에서 안정적인 나노 크기의 입자로 안정적으로 응집됩니다. 소금 (염화나트륨)은 수성 슬러리에서 나노 다이아몬드를 안정화시키는 데 사용됩니다.
 

 
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초음파 나노 다이아몬드 밀링은 비드 밀을 능가합니다.

프로브 형 초음파는 매우 효과적인 밀이며 산업 규모의 나노 다이아몬드 현탁액의 대규모 생산을위한 확립 된 밀링 기술입니다. 초음파 밀은 나노 다이아몬드를 밀링 매체로 사용하기 때문에 지르코니아 비드와 같은 밀링 매체를 통한 오염이 완전히 방지됩니다. 대신, 초음파 캐비테이션력은 입자를 가속하여 나노 다이아몬드가 서로 격렬하게 충돌하고 균일 한 나노 크기로 분해됩니다. 이 초음파로 유도된 입자 간 충돌은 균일하게 분포된 나노 분산액을 생산하기 위한 매우 효율적이고 신뢰할 수 있는 방법입니다.
초음파 분산 및 탈응집 방법은 pH 조절 및 초음파 분산의 안정화를 위해 염화나트륨 또는 자당과 같은 수용성, 무독성 및 비오염 첨가제를 사용합니다. 염화나트륨 또는 자당의 이러한 결정 구조는 추가로 밀링 매체로 작용하여 초음파 밀링 절차를 지원합니다. 밀링 공정이 완료되면 이 첨가제는 물로 간단히 헹구면 쉽게 제거할 수 있으며, 이는 세라믹 비드 공정에 비해 현저한 이점입니다. 어트리터와 같은 기존 비드 밀링은 불용성 세라믹 밀링 매체(예: 볼, 비드 또는 진주)를 사용하며, 이 매체의 마모된 잔류물이 최종 분산액을 오염시킵니다. 밀링 매체로 인한 오염물을 제거하려면 복잡한 후처리가 필요하며 시간과 비용이 많이 듭니다.

초음파 분산 기술은 좁은 입자 크기 분포를 가진 수성 나노다이아몬드 현탁액을 효과적으로 생산합니다.
(연구 및 그래픽: ©Turcheniuk et al., 2016)

초음파 나노다이아몬드 분산을 위한 예시적인 프로토콜

물에서 나노 다이아몬드의 소금 보조 초음파 분해 :
염화나트륨 10g과 나노 다이아몬드 분말 0.250g의 혼합물을 도자기 모르타르와 유봉을 사용하여 손으로 잠시 분쇄하고 5mL의 DI 물과 함께 20mL 유리 바이알에 넣었습니다. 준비된 샘플은 프로브 형 초음파기를 사용하여 60 % 출력 전력 및 50 % 듀티 사이클에서 100 분 동안 초음파 처리되었습니다. 초음파 처리 후, 샘플을 2 개의 50mL 플라스틱 Falcon 원심 분리기 튜브로 균등하게 분할하고 최대 100mL 총 부피 (2 × 50mL)의 증류수에 분산시켰다. 그런 다음 각 샘플을 Eppendorf 원심분리기 5810-R을 사용하여 4000rpm 및 25°C에서 10분 동안 원심분리하고 투명한 상층액을 버렸습니다. 그런 다음 습식 ND 침전물을 증류수(총 부피 100mL)에 재분산시키고 12000rpm 및 25°C에서 1시간 동안 두 번째로 원심분리했습니다. 다시 한 번 투명한 상층액을 버리고 습식 나노다이아몬드 침전물을 이번에는 특성 분석을 위해 5mL의 증류수에 다시 분산시켰습니다. 표준 AgNO3 분석은 Cl이 완전히 없는 것으로 나타났습니다.⁻ 를 증류수로 두 번 세척한 소금 보조 초음파 응집 나노 다이아몬드를 위에서 설명한 대로 세척합니다. 샘플에서 수분이 증발한 후 검은색 고체 나노다이아몬드가 형성됩니다. “칩” 는 초기 나노다이아몬드 질량의 ∼200mg 또는 80%의 수율로 관찰되었습니다. (아래 그림 참조)
(Turcheniuk et al., 2016 참조)

건조 된 샘플 od 초음파 분산 된 나노 다이아몬드.
(연구 및 그래픽: ©Turcheniuk et al., 2016)

나노다이아몬드 분산을 위한 고성능 초음파기

Hielscher 초음파는 나노 다이아몬드 슬러리, 연마 매체 및 나노 복합 재료 제조와 같은 중장비 응용 분야를위한 고성능 초음파 밀링 및 분산 장비를 설계, 제조 및 유통합니다. Hielscher 초음파기는 나노 물질을 수성 콜로이드 현탁액, 폴리머, 수지, 코팅 및 기타 고성능 재료로 분산시키기 위해 전 세계적으로 사용됩니다.
Hielscher 초음파 분산기는 저점도에서 고점도를 처리하는 데 신뢰할 수 있고 효율적입니다. 투입 물질과 목표 최종 입자 크기에 따라 최적의 공정 결과를 위해 초음파 강도를 정밀하게 조정할 수 있습니다.
점성 페이스트, 나노 물질 및 고형분 농도를 처리하기 위해 초음파 분산기는 지속적으로 높은 진폭을 생성 할 수 있어야합니다. Hielscher 초음파’ 산업용 초음파 프로세서는 최대 부하에서 연속 작동에서 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 실행할 수 있습니다. 높은 진폭에서 초음파 분산기를 작동하고 진폭을 정확하게 조정하는 옵션은 고도로 채워진 나노 슬러리, 나노 강화 폴리머 혼합물 및 나노 복합체의 최적 제형을 위해 초음파 공정 조건을 조정하는 데 필요합니다.
초음파 진폭 외에도 압력은 또 다른 매우 중요한 공정 매개 변수입니다. 높은 압력에서는 초음파 캐비테이션의 강도와 전단력이 강화됩니다. Hielscher의 초음파 반응기는 가압 될 수 있으므로 강화 된 초음파 처리 결과를 얻을 수 있습니다.
공정 모니터링 및 데이터 기록은 지속적인 공정 표준화 및 제품 품질에 중요합니다. 플러그형 압력 및 온도 센서는 초음파 분산 과정을 모니터링하고 제어하기 위해 초음파 발생기에 연결됩니다. 초음파 에너지 (net + total), 온도, 압력 및 시간과 같은 모든 중요한 처리 매개 변수는 자동으로 프로토콜화되어 내장 SD 카드에 저장됩니다. 자동으로 기록 된 프로세스 데이터에 액세스하여 이전 초음파 처리 실행을 수정하고 프로세스 결과를 평가할 수 있습니다.
또 다른 사용자 친화적 인 기능은 디지털 초음파 시스템의 브라우저 원격 제어입니다. 원격 브라우저 제어를 통해 어디서나 원격으로 초음파 프로세서를 시작, 중지, 조정 및 모니터링 할 수 있습니다.
밀링 및 나노 분산을 위한 고성능 초음파 균질화기에 대해 자세히 알아보려면 지금 문의하십시오!
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.