Ultraschall-Desagglomeratioun vu Siliziumdioxid-Nanopartikelen

Siliziumdioxid-Nanopartikelen ewéi pyrogent Siliziumdioxid (z. B. Aerosil) sinn e wäit verbreeten Zousazstoff a verschiddenen Industrien. Fir voll funktiounsfäegt Nanosiliziumdioxid mat de gewënschte Materialeegenschaften ze kréien, mussen d’Siliziumdioxid-Nanopartikelen desagglomeréiert an als eenzel dispergéiert Partikele verdeelt ginn. D’Ultraschall-Desagglomeratioun huet sech als héicheffizient an zouverlässeg Technik bewisen, fir Nanosiliziumdioxid gläichméisseg als eenzel dispergéiert Partikelen an enger Suspensioun ze verdeelen.

Nanosiliziumdioxid – Eegenschaften an Uwendungen

Siliziumdioxid (SiO₂) a besonnesch Siliziumdioxid-Nanopartikelen (Si-NPs) sinn heefeg Zousazstoffer a villen Industrien. Nanoskalleg Siliziumdioxidpartikele bidden eng ganz grouss Uewerfläch a weisen eenzegaarteg Partikeleegenschaften op, déi a villen Industrien fir verschidden Zwecker genotzt ginn. Zum Beispill ginn déi eenzegaarteg Materialeegenschafte vum nanoskallege SiO₂ agesat, fir (Nano-)Kompositten, Beton an aner Materialien ze verstäerken. Beispiller si Beschichtungen op Basis vun Nanosiliziumdioxid, déi feierfest Eegenschafte bidden, oder Glas, dat mat Nanosiliziumdioxid beschicht ass an doduerch antireflektiv Eegenschafte kritt. Am Bauwiese gi Silikastëbs (Mikrosiliziumdioxid) an Nanosiliziumdioxid als héichpuzzolanescht Material benotzt, fir d’Veraarbechtbarkeet souwéi d’mechanesch Eegenschaften an d’Dauerhaftegkeet vum Beton ze verbesseren. Beim Verglach vu Silikastëbs an Nanosiliziumdioxid ass nanostrukturéiert SiO₂ als Puzzolan an der fréier Phas méi aktiv ewéi Silikastëbs, well Nanosiliziumdioxid eng däitlech méi grouss spezifesch Uewerfläch an eng méi héich Feinheet bitt. Déi méi grouss Uewerfläch bitt méi Plaze fir Reaktioune mam Beton an dréit duerch hir Wierkung als Keimbildner geziilt zu enger verbesserter Mikrostruktur vum Beton bäi. D’Gaspermeabilitéit, en Indikator fir d’Dauerhaftegkeet vum Beton, gëtt bei Beton, dee mat Nanosiliziumdioxid verstäerkt ass, am Verglach zu Beton mat traditionellem Silikastëbs verbessert.
An der Biomedizin an an de Liewenswëssenschafte gi SiO₂ Nanopartikele fir verschidden Uwendungen intensiv ënnersicht, well déi grouss Uewerfläch, déi exzellent Biokompatibilitéit an déi astellbar Poregréisst vum Nanosiliziumdioxid eng breet Palett vun neien Uwendungen erméiglechen, dorënner d’Wierkstoffliwwerung an d’Theranostik.

D’Diagramm weist d’Partikelgréissteverdeelung vum Nanosiliziumdioxid virun (gréng Kéier) an no (rout Kéier) der Ultraschall-Dispersioun.

Ultraschall-Desagglomeratioun an Dispersioun vun Nanosiliziumdioxid

D’Funktiounsprinzip vun der Ultraschall-Desagglomeratioun an -Dispersioun baséiert op den Effekter vun der duerch Ultraschall erzeugter Kavitatioun, déi wëssenschaftlech als akustesch Kavitatioun bekannt ass. Den Asaz vun héichleeschtungsstaarkem, niddregfrequentem Ultraschall a Flëssegkeeten oder Suspensioune kann akustesch Kavitatioun an doduerch extrem Bedéngungen ausléisen, déi lokal als ganz héich Drécker an Temperaturen an als Mikrostréimunge mat Flëssegkeetsstrale vu bis zu 280m/s optrieden. Dës intensiv physikalesch a mechanesch Effekter vun der Ultraschallkavitatioun verursaachen Erosioun un der Partikeluewerfläch souwéi d’Zerbrieche vu Partikelen duerch Kollisiounen tëscht de Partikelen. Dës intensiv Kräfte vun der Ultraschallkavitatioun / akustescher Kavitatioun maachen d’Ultraschallbehandlung zu enger héicheffizienter an zouverlässeger Method fir d’Desagglomeratioun an d’Dispersioun vun nanoskallege Partikelen ewéi Nanosiliziumdioxid, Nanoréiercher an aner Nanomaterialien.

Partikelgréissteverdeelung vun duerch Ultraschall desagglomeréiertem Nanosiliziumdioxid (mam Ultraschallapparat Hielscher UP400St) am Waasser mat (a) 1 wt%, (b) 2 wt%, (c) 5 wt% an (d) 10 wt% Aerosil 200 bei verschiddenen Zäitintervaller.
Etüd a Grafiken: Vikash 2020.

Ultraschallveraarbechtung vu Siliziumdioxid mat héije Feststoffkonzentratiounen an a viskose Flëssegkeeten

D’Dispergéiere vun Nanopartikelen a niddrege Konzentratiounen ass schonn eng Erausfuerderung, well chemesch Bindungskräfte wéi Ionebindungen, kovalent Bindungen, Waasserstoffbrécken a van-der-Waals-Wiesselwierkungen iwwerwonne musse ginn. Mat zouhuelender Konzentratioun vun Nanopartikelen, z. B. Nano-Siliziumdioxidpartikelen, hëlt och déi chemesch Wiesselwierkung tëscht den Nanopartikelen däitlech zou. Dat bedeit, datt eng leeschtungsstaark Dispergéierungstechnik néideg ass, fir gutt Dispergéierungsresultater ze kréien, déi laangfristeg stabil bleiwen. Ultraschalldispergéierer ginn als zouverlässeg an héichwierksam Dispergéierungsmethod agesat, mat där sech Suspensioune mat héijer Viskositéit a souguer Paste mat ganz héije Feststoffkonzentratioune liicht verschaffe loossen. D’Fäegkeet, Suspensioune mat engem héijen Undeel un Nanopartikelen ze verschaffen, mécht d’Ultraschallbehandlung zur bevorzugter Dispergéierungstechnologie fir Nanomaterialien.
Industriell Ultraschallapparater vun Hielscher kënnen Är Suspensioun oder Past an engem kontinuéierlechen Inline-Reakter verschaffen, soulaang se mat enger Pompel zougefouert ka ginn.

Hierstellung vu Siliziumdioxid-Nanoflëssegkeete mat Ultraschall

Modragon et al. (2012) hunn Siliziumdioxid-Nanoflëssegkeeten duerch d’Dispergéiere vu Siliziumdioxid-Nanopartikelen an destilléiertem Waasser mam Ultraschallapparat UP400S mat Sond hiergestallt. Fir stabil Siliziumdioxid-Nanoflëssegkeete mat engem bestëmmte Feststoffgehalt (d. h. 20%), enger niddreger Viskositéit an engem flëssegkeetsaartege Verhalen hierzestellen, besteet d’Verfaren aus enger Behandlung mat héijem Energieasaz mat enger Ultraschallsond fir 5 Minutten, a basesche Medien (pH-Wäerter iwwer 7) an ouni Zousaz vu Salz. D’Ultraschalldispergéierung huet Nanoflëssegkeete mat niddreger Viskositéit erginn. Déi mat Ultraschall hiergestallt Nanoflëssegkeeten hu sech wéi eng Flëssegkeet verhalen a goufen dank der gudder Dispergéierung duerch d’Ultraschallbehandlung bannent ganz kuerzer Zäit mat engem Feststoffundeel vun 20% hiergestallt.
„Vun alle verfügbare Dispergéierungsmethoden gouf d’Dispergéierung mat Ultraschallsonden als déi wierksaamst bestätegt.“ (Modragon et al., 2012)
Petzold et al. (2009) koume fir d’Deagglomeratioun vun Aerosil-Polver zur selwechter Schlussfolgerung an hu festgestallt, datt d’Ultraschallsond wéinst der staark fokusséierter agesater Energie dat wierksaamst Dispergéierungssystem ass.

Ultraschallapparater fir d’Deagglomeratioun an d’Dispergéierung vu Siliziumdioxid-Nanopartikelen

Wann Nano-Siliziumdioxid an industriellen Uwendungen, an der Fuerschung oder an der Materialwëssenschaft agesat gëtt, muss den dréchene Siliziumdioxidpolver an eng flësseg Phas agebruecht ginn. D’Dispergéierung vun Nano-Siliziumdioxid erfuerdert eng zouverlässeg a wierksam Dispergéierungstechnik, déi genuch Energie asetzt, fir déi eenzel Siliziumdioxidpartikelen ze deagglomeréieren. Ultraschallapparater si bekannt als leeschtungsstaark an zouverlässeg Dispergéierer a ginn dofir agesat, fir verschidde Materialie wéi Siliziumdioxid, Nanoréiercher, Graphen, Mineralien a vill aner Materialien ze deagglomeréieren an homogen an enger flësseger Phas ze verdeelen.

Hielscher Ultrasonics entwéckelt, produzéiert a verkeeft Héichleeschtungs-Ultraschalldispergéierer fir all Zort vun Homogeniséierungs- an Deagglomeratiounsuwendungen. Bei der Hierstellung vun Nanodispersioune sinn eng präzis Steierung vun der Ultraschallbehandlung an eng zouverlässeg Ultraschallbehandlung vun der Nanopartikelsuspensioun néideg, fir héichleeschtungsfäeg Produkter ze kréien.
D’Prozessere vun Hielscher Ultrasonics ginn Iech déi voll Kontroll iwwer all wichteg Veraarbechtungsparameter wéi Energieasaz, Ultraschallintensitéit, Amplitud, Drock, Temperatur a Verweilzäit. Domat kënnt Dir d’Parameteren op optiméiert Bedéngungen astellen, wat duerno zu héichwäertegen Nanodispersioune wéi Nano-Siliziumdioxidsuspensioune féiert.
Fir all Volumen / Kapazitéit: Hielscher bitt Ultraschallapparater an eng breet Palett vun Accessoiren un. Dat erméiglecht d’Konfiguratioun vum idealen Ultraschallsystem fir Är Uwendung a Produktiounskapazitéit. Vu klenge Fläschercher mat e puer Milliliter bis zu grousse Volumestréim vun Dausende Gallone pro Stonn bitt Hielscher déi passend Ultraschallléisung fir Äre Prozess.
Robustheet: Eis Ultraschallsystemer si robust an zouverlässeg. All Ultraschallapparater vun Hielscher si fir de Betrib 24/7/365 gebaut a brauchen nëmme ganz wéineg Ënnerhalt.
Benotzerfrëndlechkeet: Déi ausgeräift Software vun eisen Ultraschallapparater erméiglecht et, d’Astellunge fir d’Ultraschallbehandlung am Viraus ze wielen an ze späicheren, fir eng einfach an zouverlässeg Ultraschallbehandlung. Den intuitive Menü ass iwwer e digitalen Touchdisplay a Faarf einfach zougänglech. D’Fernsteierung iwwer de Browser erméiglecht Iech d’Bedéngung an d’Iwwerwaachung iwwer all Internetbrowser. Déi automatesch Donnéeënopzeechnung späichert d’Prozessparametere vun all Ultraschallbehandlung op enger agebauter SD-Kaart.
Exzellent Energieeffizienz: Am Verglach mat alternativen Dispersiounstechnologië stiechen d’Ultraschallapparater vun Hielscher duerch hir aussergewéinlech Energieeffizienz an iwwerleeë Resultater bei der Partikelgréissteverdeelung ervir.

D’Diagramm weist de bedeitende Virdeel vun der Ultraschalldispersioun vu Siliziumdioxid mam Hielscher UIP1000 am Verglach mat engem ultra-turrax. D’Ultraschallbehandlung brauch manner Energie an erreecht drastesch méi kleng Siliziumdioxidpartikelen.

Déi folgend Tabell gëtt Iech en Iwwerbléck iwwer déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater: