Zouverlässeg Dispersioun vun Nanopartikele fir industriell Uwendungen

Ultraschallbehandlung mat héijer Leeschtung ka Partikelagglomerater effizient an zouverlässeg opbriechen a souguer Primärpartikelen zersetzen. Wéinst hirer héijer Dispersiounsleeschtung ginn Ultraschallapparater mat Sond als bevorzugt Method agesat, fir homogen Nanopartikelsuspensiounen hierzestellen.

Zouverlässeg Dispersioun vun Nanopartikelen duerch Ultraschallbehandlung

Vill Industriezweiger erfuerderen d’Hierstellung vu Suspensiounen, déi mat Nanopartikele beluede sinn. Nanopartikele si Feststoffer mat enger Partikelgréisst vu manner wéi 100nm. Wéinst hirer immens klenger Partikelgréisst weisen Nanopartikelen eenzegaarteg Eegenschafte wéi aussergewéinlech Festegkeet, Häert, optesch Eegenschaften, Duktilitéit, UV-Beständegkeet, Leetfäegkeet, elektresch an elektromagnéitesch (EM) Eegenschaften, Korrosiounsbeständegkeet, Krazbeständegkeet an aner aussergewéinlech Charakteristiken.
Ultraschall mat héijer Intensitéit an niddreger Frequenz erzeugt intensiv akustesch Kavitatioun, déi duerch extrem Bedéngunge wéi Schéierkräften, ganz héich Drock- an Temperaturënnerscheeder an Turbulenze charakteriséiert ass. Dës Kavitatiounskräfte beschleunegen d’Partikelen a féieren doduerch zu Kollisiounen tëscht de Partikelen an domat zu hirem Zerbriechen. Doduerch entstinn nanostrukturéiert Materialie mat enger enker Partikelgréisstekéier an enger gläichméisseger Verdeelung.
Ultraschalldispergéiergeräter si gëeegent, fir all Zort vun Nanomaterialien a Waasser an an organesche Léisungsmëttele mat niddrege bis ganz héije Viskositéiten ze behandelen.

Ultraschalldispersioun vu Kuelestoffnanoréier

Ultraschalldispergéiergeräter gi breet agesat, fir Kuelestoffnanoréier (CNTs) ze dispergéieren. Ultraschallbehandlung ass eng zouverlässeg Method, fir souwuel eenwänneg Kuelestoffnanoréier (SWCNTs) wéi och méiwänneg Kuelestoffnanoréier (MWCNTs) ze entflechten an ze dispergéieren. Fir zum Beispill en thermoplastesche Polymer mat héijer Leetfäegkeet hierzestellen, gouf héichrenge (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs; baussenzegen Duerchmiesser 9,5 nm; Rengheet 95 +%) mam Hielscher UP200S fir 30min. bei Raumtemperatur mat Ultraschall dispergéiert. Déi mat Ultraschall dispergéiert Nanocyl® 3100 MWCNTs hunn am Epoxyharz bei enger Konzentratioun vun 1% w/w eng iwwerleeë Leetfäegkeet vun ongeféier 1,5 × 10-2 S /m gewisen.

Ultraschalldispersioun vun Néckelnanopartikelen

Néckelnanopartikele kënnen erfollegräich duerch eng ultraschallënnerstëtzte Synthes duerch Hydrazinreduktioun hiergestallt ginn. De Syntheswee iwwer d’Hydrazinreduktioun erméiglecht et, reng metallesch Néckelnanopartikele mat kugelfërmeger Gestalt duerch d’chemesch Reduktioun vun Néckelchlorid mat Hydrazin hierzestellen. D’Fuerschungsgrupp vum Adám huet gewisen, datt d’Ultraschallbehandlung – mam Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – eng duerchschnëttlech Primärkristallitgréisst (7–8 nm) onofhängeg vun der ugewannter Temperatur erhale konnt, wärend intensiv a méi kuerz Ultraschallbehandlungsperioden d’solvodynamesch Duerchmiesser vun de sekundären, aggregéierte Partikelen ouni d’Präsenz vun engem Tensid vu 710 nm op 190 nm reduzéiere konnten. Déi héchst Aciditéit a katalytesch Aktivitéit goufe bei den Nanopartikele gemooss, déi duerch eng mëll (30 W Ausgangsleeschtung) a kontinuéierlech Ultraschallbehandlung hiergestallt goufen. Dat katalytescht Verhale vun den Nanopartikele gouf an enger Suzuki-Miyaura-Kräizkopplungsreaktioun u fënnef Prouwe getest, déi souwuel op konventionell Aart a Weis wéi och mat Ultraschall hiergestallt goufen. Déi mat Ultraschall hiergestallte Katalysatoren hu meeschtens besser Resultater geliwwert, an déi héchst katalytesch Aktivitéit gouf bei den Nanopartikele gemooss, déi ënner kontinuéierlecher Ultraschallbehandlung mat niddreger Leeschtung (30 W) hiergestallt goufen.
D’Ultraschallbehandlung hat entscheedend Auswierkungen op d’Aggregatiounstendenz vun den Nanopartikelen: den defragmentéierenden Afloss vun de kollabéierte Kavitatiounshuelraim zesumme mam intensive Massentransport konnt déi attraktiv elektrostatesch Kräften an d’Van-der-Waals-Kräften tëscht de Partikelen iwwerwannen.
(vgl. Adám et al. 2020)

Ultraschallsynthes vu Wollastonit-Nanopartikelen

Wollastonit ass e Kalziuminosilikat-Mineral mat der cheemescher Formel CaSiO3. Wollastonit gëtt an der Bauindustrie breet als Bestanddeel fir d’Produktioun vun Zement, Glas, Zillen a Plättercher agesat, als Flossmëttel beim Stolgosse souwéi als Zousaz bei der Hierstellung vu Beschichtungen a Faarwen. Zum Beispill suergt Wollastonit fir Verstäerkung, Häertung, eng niddreg Uelegabsorptioun an aner Verbesserungen. Fir exzellent verstäerkend Eegenschafte vu Wollastonit z’erreechen, sinn eng Deagglomeratioun am Nanomoossstaf an eng gläichméisseg Dispersioun essentiell.
Dordane an Doroodmand (2021) hunn an hire Studie gewisen, datt d’Ultraschalldispersioun e ganz wichtege Faktor ass, deen d’Gréisst an d’Morphologie vu Wollastonit-Nanopartikelen däitlech beaflosst. Fir de Bäitrag vun der Ultraschallbehandlung zur Nanodispersioun vu Wollastonit ze evaluéieren, huet d’Fuerschungsekipp Wollastonit-Nanopartikele mat an ouni den Asaz vun Héichleeschtungsultraschall synthetiséiert. Fir hir Ultraschallversich hunn d’Fuerscher den Ultraschallprozessor UP200H (Hielscher Ultrasonics) mat enger Frequenz vu 24 kHz fir 45,0 min. benotzt. D’Resultater vun der Ultraschallnanodispersioun sinn am héichopléisende SEM-Bild hei drënner gewisen. D’SEM-Bild weist kloer, datt d’Wollastonitprouf virun der Ultraschallbehandlung agglomeréiert an aggregéiert ass; no der Behandlung mam Ultraschallapparat UP200H läit déi duerchschnëttlech Gréisst vun de Wollastonitpartikele bei ongeféier 10nm. D’Studie weist, datt d’Ultraschalldispersioun eng zouverlässeg an effizient Technik ass, fir Wollastonit-Nanopartikelen ze synthetiséieren. Déi duerchschnëttlech Nanopartikelgréisst ka kontrolléiert ginn, andeems d’Parameter vun der Ultraschallbehandlung ugepasst ginn.
(vgl. Dordane an Doroodmand, 2021)

SEM-Biller vun de Wollastonit-Nanopartikelen (A) virun an (B) no der Ultraschallbehandlung mam Ultraschallprozessor UP200H fir 45,0 min.
Studie a Bild: ©Dordane an Doroodmand, 2021.

Ultraschalldispersioun vun Nanofëllstoffer

D’Ultraschallbehandlung ass eng villsäiteg Method, fir Nano-Fëllstoffer a Flëssegkeeten a Schlämmen ze dispergéieren an ze desagglomeréieren, z. B. a Polymeren, Epoxyharzer, Häerter, Thermoplasten asw. Dofir gëtt d’Ultraschallbehandlung an der Fuerschung an Entwécklung an an der industrieller Produktioun breet als héicheffizient Dispergéierungsmethod agesat.
Zanghellini et al. (2021) hunn d’Ultraschall-Dispergéierungstechnik fir Nano-Fëllstoffer an Epoxyharz ënnersicht. Dobäi konnt nogewise ginn, datt mat enger Ultraschallbehandlung souwuel niddreg wéi och héich Konzentratioune vun Nano-Fëllstoffer an enger Polymermatrix dispergéiert konnte ginn.
Beim Verglach vu verschiddene Formuléierungen hunn déi 0,5 wt% oxidéiert CNT déi bescht Resultater vun allen ultraschallbehandelte Prouwe gewisen: Gréissteverdeelunge vun de meeschten Agglomerater an engem Beräich, dee mat deem vu Prouwen aus engem Dräiwalzewierk vergläichbar war, eng gutt Bindung un den Häerter an d’Bildung vun engem Perkolatiounsnetzwierk bannent der Dispersioun, wat op Stabilitéit géint Sedimentatioun an domat op eng gutt Laangzäitstabilitéit hindeit. Méi héich Fëllstoffquantitéiten hunn änlech gutt Resultater gewisen, awer och d’Bildung vu méi ausgepräägten interne Netzwierker an e bësse méi groussen Agglomerater. Och Kuelestoffnanofaseren (CNF) konnten duerch Ultraschallbehandlung erfollegräich dispergéiert ginn. Déi direkt US-Dispergéierung vun Nano-Fëllstoffer an den Häertersystemer ouni zousätzlech Léisungsmëttel ass erfollegräich gelongen a kann domat als uwennbar Method fir eng einfach an direkt Dispergéierung mat Potenzial fir den industriellen Asaz ugesi ginn. (vgl. Zanghellini et al., 2021)
 

Verglach vu verschiddenen Nano-Fëllstoffer, déi an engem Häerter dispergéiert goufen (Ultraschallbehandlung–US): (a) 0,5 wt% Kuelestoffnanofaser (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% Kuelestoffnanoréierchen (CNT); (d) 0,5 wt% deelweis dispergéiert CNT.
(Etüd a Bild: © Zanghellini et al., 2021)

Ultraschall-Dispergéierung vun Nanopartikelen – wëssenschaftlech nogewise Superioritéit

D’Fuerschung weist a ville raffinéierten Etüden, datt d’Ultraschall-Dispergéierung eng vun den iwwerleeënen Techniken ass, fir Nanopartikelen och bei héijer Konzentratioun a Flëssegkeeten ze desagglomeréieren an ze verdeelen. Zum Beispill huet de Vikash (2020) d’Dispergéierung vun héije Quantitéite vun Nano-Siliziumdioxid a viskose Flëssegkeete mam Hielscher Ultraschall-Dispergéierapparat UP400S ënnersicht. A senger Etüd kënnt hien zur Konklusioun, datt „déi stabil a gläichméisseg Dispergéierung vun Nanopartikelen a viskose Flëssegkeete bei héijem Feststoffgehalt mat engem Ultraschallapparat erreecht ka ginn.“ [Vikash, 2020]

Héichleeschtungs-Ultraschallprozessoren fir d’Dispergéierung vun Nanopartikelen

Hielscher Ultrasonics ass Äre vertrauenswürdege Liwwerant fir zouverlässeg Héichleeschtungs-Ultraschallausrüstung, vu Labo- a Pilotanlagen bis zu vollindustrielle Systemer. D’Apparater vun Hielscher Ultrasonics zeechne sech duerch raffinéiert Hardware, intelligent Software an aussergewéinlech Benotzerfrëndlechkeet aus – an Däitschland entwéckelt a fabrizéiert. Déi robust Ultraschallmaschinne vun Hielscher fir Dispergéierung, Desagglomeratioun, Nanopartikelsynthes a Funktionaliséierung kënne 24/7/365 ënner Volllaascht bedriwwe ginn. Jee no Ärem Prozess an Ärer Produktiounsanlag kënnen eis Ultraschallapparater am Chargebetrib oder am kontinuéierlechen Inline-Betrib bedriwwe ginn. Verschidden Accessoirë wéi Sonotroden (Ultraschallsonden), Amplitudeverstäerker, Duerchflosszellen a Reaktere si liicht disponibel.
Kontaktéiert eis elo, fir weider technesch Informatiounen, wëssenschaftlech Etüden, Protokoller an eng Offer fir eis Ultraschall-Nanodispergéierungssystemer ze kréien! Eis gutt ausgebilt Mataarbechter mat laangjäreger Erfarung diskutéiere gär Är Nanoapplikatioun mat Iech!

Déi follgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater: