Monoslāņa amorfā oglekļa (MAC) ultraskaņas dispersija šķidrumos
Vienslāņa amorfais ogleklis (MAC) ir jauns nanomateriāls uz oglekļa bāzes ar izcilu mehānisko izturību, elastību un vadītspēju. Tās integrācija šķidrās matricās ir ļoti svarīga lietojumiem augstas veiktspējas kompozītmateriālos, enerģijas uzglabāšanā, pārklājumos un elektroniskos materiālos. Tomēr vienveidīgas un stabilas MAC izkliedes sasniegšana rada problēmas, pateicoties tā spēcīgajai van der Waals mijiedarbībai un tendencei apkopoties. Ultraskaņas dispersija, izmantojot Hielscher zondes tipa sonikatorus, nodrošina mērogojamu un ļoti efektīvu risinājumu MAC klasteru sadalīšanai un viendabīgas izplatīšanas nodrošināšanai šķidrās fāzēs.
MAC dispersijas izaicinājumi
Pateicoties īpaši plānajai struktūrai un augstajai virsmas enerģijai, MAC dabiski apvienojas daudzslāņu skursteņos, kad tos ievada šķidrā vidē. Parastās sajaukšanas vai bīdes metodes bieži nespēj efektīvi izkliedēt MAC, kā rezultātā:
- Slikta viendabīgums kompozītmateriālos
- Samazinātas mehāniskās īpašības aglomerācijas dēļ
- Ierobežota procesa mērogojamība
Ultraskaņas kavitācija piedāvā nekaitīgu, efektīvu un mērogojamu tehniku, lai sasniegtu izkliedētu, viena slāņa MAC dažādos šķīdinātājos, polimēru matricās un reaktīvos preparātos.
Ultraskaņas dispersija: mehānisms un priekšrocības
Zondes tipa ultrasonikatori rada intensīvu akustisko kavitāciju šķidrumos, kas izraisa lokalizētus augstus bīdes spēkus, mikrostrūklu un trieciena viļņus. Šie ekstremālie apstākļi efektīvi atdala MAC agregātus, atdala un vienmērīgi sadala nanoloksnes. Ultraskaņas dispersijas galvenās priekšrocības ir:
- Efektīva pīlings: Pārvērš daudzslāņu MAC monoslāņos
- Augsta stabilitāte: Novērš atkārtotu agregāciju, optimizējot virsmaktīvo vielu un šķīdinātāju mijiedarbību
- Procesa mērogojamība: Piemērots laboratorijas mēroga pētījumiem, eksperimentālai ražošanai un pilna mēroga rūpnieciskai ražošanai
- Kontrolēta apstrāde: Regulējami parametri (amplitūda, laiks, spiediens, temperatūra) ļauj optimizēt konkrētiem lietojumiem
Hielscher zondes tipa sonikatori: mērogojami risinājumi MAC dispersijai
Hielscher Ultrasonics nodrošina vismodernākos ultraskaņas procesorus, kas atbilst visiem MAC dispersijas līmeņiem, sākot no maziem laboratorijas paraugiem līdz liela mēroga rūpnieciskiem inline procesiem. To modulārās un pielāgojamās sistēmas piedāvā nepārspējamu precizitāti un efektivitāti.
Ultrasonicator UP400St oglekļa nanodaļiņu viendabīgai dispersijai
Laboratorijas mēroga MAC dispersija
Pētniecībai un attīstībai Hielscher sonikatoru modeļi UP200Ht (200W) un UP400St (400W) nodrošina precīzu dispersijas parametru kontroli. Šīs ultraskaņas ierīces ļauj:
- Nelielu partiju apstrāde ātrai priekšizpētei
- Parametru optimizācija, lai noteiktu ideālo amplitūdu un apstrādes ilgumu
- Reproducējamība preparāta pilnveidošanai
Eksperimentālā un vidēja apjoma ražošana
Izmēģinājuma mēroga vai nelielas rūpnieciskas ražošanas gadījumā UIP1000hdT (1kW) un UIP2000hdT (2kW) piedāvā uzlabotu jaudu, vienlaikus saglabājot precīzu kontroli pār dispersijas kvalitāti. To funkcijas ietver:
- Nepārtraukta apstrāde lielākai caurlaidspējai
- Plūsmas šūnu reaktori, lai iespējotu inline dispersiju
- Spiedošas plūsmas šūnas ļauj apstrādāt paaugstinātā spiedienā
Rūpnieciska mēroga inline dispersija
Liela apjoma MAC dispersijai Hielscher UIP4000hdT, UIP6000hdT un UIP16000hdT sērija (4kW–16kW uz vienību) veicina nepārtrauktu inline dispersiju, nodrošinot efektivitāti un reproducējamību rūpnieciskā līmenī. Ieguvumi ietver:
- Augsta apstrādes jauda: Paredzēts liela mēroga kompozītmateriālu un pārklājumu ražošanai
- Mērogojams moduļu dizains: Paralēli var darbināt vairākas vienības
- Procesu automatizācija: Integrācija ar sensoriem un vadības sistēmām reāllaika uzraudzībai
Kā panākt optimālu vienslāņa amorfā oglekļa izkliedi?
Lai sasniegtu visaugstāko dispersijas kvalitāti, ir jāoptimizē galvenie apstrādes parametri:
Ultraskaņas dispersija, izmantojot Hielscher zondes tipa sonikatorus, ir pierādīta, mērogojama un ļoti efektīva metode monoslāņu amorfā oglekļa apstrādei šķidrumos. Neatkarīgi no tā, vai tas ir nelielā laboratorijas mērogā vai pilnā rūpnieciskā ražošanā, Hielscher ultraskaņas apstrādātāji nodrošina viendabīgas, stabilas dispersijas, atraisot visu monoslāņa amorfā oglekļa (MAC) potenciālu nākamās paaudzes augstas veiktspējas kompozītmateriāliem, vadošiem pārklājumiem un nanomateriāliem uzlabotiem produktiem.
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 0.5 līdz 1,5 ml | n.p. | VialTweeter |
| 1 līdz 500 ml | 10 līdz 200 ml/min | UP100H |
| 10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 līdz 150L | 3 līdz 15L/min | UIP6000hdT |
| n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000hdT |
| n.p. | Lielāku | kopa UIP16000hdT |
- augsta efektivitāte
- vismodernākās tehnoloģijas
- uzticamība & Stabilitāti
- regulējama, precīza procesa vadība
- Partijas & Iekļautās
- jebkuram sējumam
- inteliģenta programmatūra
- viedās funkcijas (piemēram, programmējamas, datu protokolēšana, tālvadības pults);
- viegli un droši lietojams
- zema apkope
- CIP (tīrā vietā)
Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Kvalitāte ražots Vācijā
Hielscher ultrasonikatori ir labi pazīstami ar saviem augstākajiem kvalitātes un dizaina standartiem. Robustums un viegla darbība ļauj vienmērīgi integrēt mūsu ultrasonikatorus rūpnieciskajās iekārtās. Hielscher ultrasonikatori viegli apstrādā neapstrādātus apstākļus un prasīgu vidi.
Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums un īpašu uzsvaru liek uz augstas veiktspējas ultrasonikatoriem, kas piedāvā vismodernākās tehnoloģijas un lietotājdraudzīgumu. Protams, Hielscher ultrasonikatori atbilst CE prasībām un atbilst UL, CSA un RoHs prasībām.
Rūpnieciskais sonikators UIP16000hdT nanodispersijām ar augstu caurlaidspēju
Literatūra / Atsauces
- SOP – Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
Biežāk uzdotie jautājumi
Kas ir monoslāņu amorfs ogleklis?
Vienslāņa amorfais ogleklis (MAC) ir viena atoma bieza, nekristāliska oglekļa forma, ko parasti sintezē, izmantojot ķīmisko tvaiku nogulsnēšanu (CVD) vai citas plānas plēves nogulsnēšanas metodes. Atšķirībā no grafēna, kam ir labi sakārtots sešstūra režģis, MAC trūkst liela attāluma atomu kārtības, kam atomu mērogā ir nesakārtota, bet vienota struktūra.
Kas ir amorfs ogleklis?
Amorfs ogleklis (a-C) ir nekristālisks oglekļa alotrops, kam raksturīgs liela attāluma periodiskas atomu kārtības trūkums. Tas satur sp² (grafīta) un sp³ (dimantveida) hibridizētu oglekļa atomu maisījumu, kura īpašības mainās atkarībā no nogulsnēšanas metodes un ūdeņraža satura. Varianti ietver hidrogenētu amorfu oglekli (a-C:H), tetraedrisku amorfu oglekli (ta-C) un dimantam līdzīgu oglekli (DLC).
Vai vienslāņu amorfais ogleklis ir pieejams vairumā?
Nē, monoslāņa amorfs ogleklis nav pieejams vairumā tā divdimensiju rakstura dēļ. Tas tiek sintezēts kā ultrathin plēve uz substrātiem, un to nevar ražot lielos, brīvi stāvošos lielākos daudzumos, piemēram, grafītā vai dimantā.
Kāda ir atšķirība starp amorfu oglekli un kristālisku oglekli?
Galvenā atšķirība ir atomu izkārtojumā. Kristāliskajam ogleklim (piemēram, grafītam, dimantam) ir labi definēts periodisks režģis, savukārt amorfajam ogleklim trūkst liela attāluma secības. Šī strukturālā atšķirība ietekmē elektroniskās, mehāniskās un optiskās īpašības - kristāliskajām formām piemīt anizotropija un atšķirīgas joslu struktūras, savukārt amorfajam ogleklim ir izotropiskas īpašības un mainīga elektriskā vadītspēja.
Kādas ir oglekļa formas?
Ogleklis pastāv vairākos alotropos, tostarp:
- Kristāliskās formas: dimants, grafīts, grafēns, oglekļa nanocaurulītes (CNT), fullerēni (piemēram, C₆₀).
- Amorfas formas: kokogles, kvēpi, ogleklis, stiklots ogleklis, dimantam līdzīgs ogleklis (DLC), monoslāņu amorfs ogleklis (MAC).
- Hibrīdās nanostruktūras: nanodiamondi, oglekļa sīpoli, oglekļa aerogēli un kompozīti, piemēram, nanokarbona-metāla hibrīdi.
Katrai formai piemīt atšķirīgas fizikāli ķīmiskās īpašības, kas attiecas uz lietojumiem materiālu zinātnē, elektronikā un enerģijas uzglabāšanā.
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no Lab līdz rūpnieciskais izmērs.