Reliable Nanoparticle Dispersion for Industrial Applications

고출력 초음파는 효율적이고 안정적으로 입자 응집체를 분해하고 1 차 입자를 분해 할 수 있습니다. 고성능 분산 성능으로 인해 프로브 형 초음파기는 균질 한 나노 입자 현탁액을 생성하기위한 선호되는 방법으로 사용됩니다.

초음파에 의한 신뢰할 수 있는 나노 입자 분산

많은 산업 분야에서 로딩된 나노 입자인 현탁액의 준비가 필요합니다. 나노 입자는 입자 크기가 100nm 미만인 고체입니다. 미세한 입자 크기로 인해 나노 입자는 탁월한 강도, 경도, 광학 특성, 연성, UV 저항성, 전도성, 전기 및 전자기(EM) 특성, 부식 방지, 긁힘 방지 및 기타 특별한 특성과 같은 고유한 특성을 표현합니다.
고강도, 저주파 초음파는 전단력, 매우 높은 압력 및 온도 차이, 난기류와 같은 극한 조건을 특징으로 하는 강렬한 음향 캐비테이션을 생성합니다. 이러한 캐비테이션력은 입자를 가속하여 입자 간 충돌을 일으키고 결과적으로 입자가 부서집니다. 결과적으로, 좁은 입자 크기 곡선과 균일한 분포를 가진 나노 구조 물질이 얻어집니다.
초음파 분산 장비는 점도가 낮거나 매우 높은 점도로 물과 유기 용제에서 모든 종류의 나노 물질을 처리하는 데 적합합니다.

탄소 나노튜브의 초음파 분산

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.

니켈 나노 입자의 초음파 분산

니켈 나노 입자는 초음파 접합 히드라진 환원 합성을 통해 성공적으로 생산할 수 있습니다. 히드라진 환원 합성 경로를 통해 tp는 히드라진으로 염화 니켈을 화학적으로 환원하여 구형의 순수한 금속 니켈 나노 입자를 제조 할 수 있습니다. Adám의 연구 그룹은 초음파를 입증했습니다. – 를 사용하여 Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – 적용된 온도와 독립적으로 평균 1 차 결정 입자 크기 (7-8 nm)를 유지할 수 있었으며, 강렬하고 짧은 초음파 처리 기간을 사용하면 계면 활성제가없는 경우 2 차 응집 입자의 용매 역학 직경을 710nm에서 190nm로 줄일 수 있습니다. 가장 높은 산도 및 촉매 활성은 온화한(30W 출력 전력) 및 연속 초음파 처리로 제조된 나노 입자에 대해 측정되었습니다. 나노 입자의 촉매 거동은 기존 및 초음파 방식으로 준비된 5 개의 샘플에 대한 Suzuki-Miyaura 교차 커플 링 반응에서 테스트되었습니다. 초음파로 제조 된 촉매는 일반적으로 더 나은 성능을 발휘했으며, 가장 높은 촉매 활성은 저전력 (30W) 연속 초음파 처리하에 제조 된 나노 입자에 대해 측정되었습니다.
초음파 처리는 나노 입자의 응집 경향에 결정적인 영향을 미쳤습니다 : 격렬한 질량 전달과 함께 파괴 된 캐비테이션 보이드의 조각 모음 영향은 격렬한 질량 전달로 파괴 된 캐비테이션 보이드의 매력적인 정전기를 극복 할 수 있습니다 입자 사이의 매력적인 정전기 및 반 데르 발스 힘을 극복 할 수 있습니다.
(Adám et al. 2020 참조)

규회석 나노 입자의 초음파 합성

규회석은 화학식 CaSiO3 규회석을 가진 이노실리케이트 칼슘 광물로 건설 산업에서 시멘트, 유리, 벽돌 및 타일 생산의 구성 요소로 널리 사용되며 강철 주조의 플럭스 및 코팅 및 페인트 제조의 첨가제로 사용됩니다. 예를 들어, 규회석은 강화, 경화, 낮은 오일 흡수 및 기타 개선 사항을 제공합니다. 규회석의 우수한 보강 특성을 얻기 위해서는 나노 스케일의 응집제거와 균일한 분산이 필수적입니다.
Dordane과 Doroodmand (2021)는 그들의 연구에서 초음파 분산이 규회석 나노 입자의 크기와 형태에 영향을 미치는 매우 중요한 요소임을 입증했습니다. 규회석 나노 분산에 대한 초음파 처리의 기여도를 평가하기 위해 연구팀은 고출력 초음파를 적용하거나 적용하지 않고 규회석 나노 입자를 합성했습니다. 초음파 처리를 위해 연구원들은 초음파 프로세서 UP200H (Hielscher 초음파) 24분 동안 45.0kHz의 주파수로 초음파 나노 분산의 결과는 아래의 고해상도 SEM에 나와 있습니다. SEM 이미지는 초음파 처리 전의 규회석 샘플이 응집되고 응집됨을 명확하게 보여줍니다. UP200H 초음파 발생기로 초음파 처리 한 후 규회석 입자의 평균 크기는 약 10nm입니다. 이 연구는 초음파 분산이 규회석 나노 입자를 합성하는 신뢰할 수 있고 효율적인 기술임을 보여줍니다. 평균 나노 입자 크기는 초음파 처리 매개 변수를 조정하여 제어 할 수 있습니다.
(참조: Dordane and Doroodmand, 2021)

규회석 나노 입자 (A)의 SEM 이미지를 사용하여 초음파 처리 전과 (B) 초음파 프로세서 UP200H 45.0 분 동안.
연구 및 사진: ©Dordane and Doroodmand, 2021.

초음파 나노 필러 분산

초음파 처리는 액체 및 슬러리에서 나노 필러를 분산 및 응집시키는 다목적 방법입니다 (예 : 폴리머, 에폭시 수지, 경화제, 열가소성 수지 등). 따라서 음파 화는 R에서 고효율 분산 방법으로 널리 사용됩니다&D 및 산업 생산.
Zanghellini et al. (2021)은 에폭시 수지의 나노 필러에 대한 초음파 분산 기술을 조사했습니다. 그는 초음파 처리가 작고 높은 농도의 나노 필러를 고분자 매트릭스로 분산시킬 수 있음을 입증 할 수 있습니다.
다양한 제형을 비교한 결과, 0.5 wt% 산화 CNT는 모든 초음파 처리 샘플에서 최상의 결과를 보였으며, 3 개의 롤 밀 생산 샘플과 유사한 범위에서 대부분의 응집체의 크기 분포, 경화제에 대한 우수한 결합, 분산 내부의 침투 네트워크 형성, 침전에 대한 안정성 및 적절한 장기 안정성을 가리킨다. 충전제의 양이 많을수록 유사한 양호한 결과를 보였지만 더 뚜렷한 내부 네트워크와 다소 더 큰 응집체의 형성도 나타났습니다. 탄소 나노 섬유 (CNF)조차도 초음파 처리를 통해 성공적으로 분산 될 수 있습니다. 추가 용매 없이 경화제 시스템에서 나노필러의 직접 미국 분산이 성공적으로 이루어졌으며, 따라서 산업적 사용 가능성이 있는 간단하고 직접적인 분산에 적용 가능한 방법으로 볼 수 있습니다. (Zanghellini et al., 2021 참조)

프로브 형 초음파를 사용하여 경화제에 분산 된 다양한 나노 필러의 비교 : (a) 0.5 wt % 탄소 나노 섬유 (CNF); (b) 0.5 wt% CNToxid; (c) 0.5 중량% 탄소나노튜브(CNT); (d) 0.5wt% CNT 반분산.
연구 및 사진: ©Zanghellini et al., 2021

나노 입자의 초음파 분산 – 과학적으로 입증된 우수성 입증

연구는 수많은 정교한 연구에서 초음파 분산이 액체의 고농도에서도 나노 입자를 응집시키고 분포시키는 우수한 기술 중 하나임을 보여줍니다. 예를 들어, Vikash (2020)는 Hielscher 초음파 분산기 UP400S를 사용하여 점성 액체에서 고부하의 나노 실리카의 분산을 조사했습니다. 그의 연구에서 그는 "나노 입자의 안정적이고 균일 한 분산은 점성 액체에서 높은 고체 부하에서 초음파 처리 장치를 사용하여 달성 할 수 있다"는 결론에 도달합니다. [비카시, 2020]

나노 입자 분산을 위한 고성능 초음파 프로세서

Hielscher 초음파는 실험실 및 파일럿에서 전체 산업 시스템에 이르기까지 신뢰할 수있는 고성능 초음파 장비를위한 신뢰할 수있는 공급 업체입니다. Hielscher 초음파’ 이 장치는 정교한 하드웨어, 스마트 소프트웨어 및 뛰어난 사용자 친화성을 특징으로 합니다. – 독일에서 설계 및 제조되었습니다. 분산, 응집, 나노 입자 합성 및 기능화를위한 Hielscher의 견고한 초음파 기계는 최대 부하에서 24/7/365 작동 할 수 있습니다. 공정 및 생산 시설에 따라 초음파기는 배치 또는 연속 인라인 모드로 실행할 수 있습니다. 소노트로드(초음파 프로브), 부스터 혼(horn), 플로우 셀 및 반응기와 같은 다양한 액세서리를 쉽게 사용할 수 있습니다.
우리의 초음파 nano-dispersion 체계에 대한 기술 정보, 과학적인 연구, 의정서 및 인용을 더 얻기 위하여 저희에게 연락하십시오! 우리의 잘 훈련되고, 오래 경험있는 직원은 당신과 가진 당신의 nano 신청에 관하여 기쁠 것입니다!

아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.