Jaudīga ultraskaņa daļiņu apstrādei: piezīmes par lietojumu

Lai daļiņu īpašības izpaustos pilnībā, tās jādeaglomerē un vienmērīgi jādisperģē, nodrošinot to virsmas pieejamību. Spēcīgie ultraskaņas radītie spēki ir pazīstami kā uzticams disperģēšanas un malšanas līdzeklis, kas sasmalcina daļiņas līdz submikronu un nanoizmēram. Turklāt apstrāde ar ultraskaņu ļauj modificēt un funkcionalizēt daļiņas, piemēram, pārklājot nanodaļiņas ar metāla slāni.

Tālāk sniegta daļiņu un šķidrumu izlase ar attiecīgiem ieteikumiem materiāla apstrādei, lai ar ultraskaņas homogenizatoru maltu, disperģētu, deaglomerētu vai modificētu daļiņas.

Kā sagatavot pulverus un daļiņas, izmantojot jaudīgu apstrādi ar ultraskaņu.

Alfabētiskā secībā:

Aerosil

Ultraskaņas lietojums:
Silīcija dioksīda Aerosil OX50 daļiņu dispersijas Millipore ūdenī (pH 6) sagatavoja, disperģējot 5,0 g pulvera 500 mL ūdens ar augstas intensitātes ultraskaņas procesoru UP200S (200W; 24kHz). Silīcija dioksīda dispersijas sagatavoja destilēta ūdens šķīdumā (pH = 6), apstarojot ar ultraskaņu, izmantojot UP200S 15 min., pēc tam intensīvi maisot 1 h. pH regulēšanai izmantoja HCl. Cietvielu saturs dispersijās bija 0,1% (w/v).
Ieteicamā ierīce:
UP200S
Atsauce / pētnieciskais darbs:
Licea-Claverie, A.; Schwarz, S.; Steinbach, Ch.; Ponce-Vargas, S. M.; Genest, S. (2013): Dabisko un termojutīgo polimēru kombinācija smalku silīcija dioksīda dispersiju flokulācijā. International Journal of Carbohydrate Chemistry 2013.

Al₂O₃–ūdens nanošķidrumi

Ultraskaņas lietojums:
Al₂O₃–ūdens nanošķidrumus var sagatavot šādi: vispirms ar digitālajiem elektroniskajiem svariem nosveriet Al₂O₃ nanodaļiņu masu. Pēc tam pakāpeniski pievienojiet Al₂O₃ nanodaļiņas nosvērtajam destilētajam ūdenim un maisiet Al₂O₃–ūdens maisījumu. Nepārtraukti apstrādājiet maisījumu ar ultraskaņu 1h, izmantojot zondes tipa ultraskaņas ierīci UP400S (400W, 24kHz), lai iegūtu vienmērīgu nanodaļiņu dispersiju destilētā ūdenī.
Nanošķidrumus var sagatavot ar dažādām daļiņu frakcijām (0,1%, 0,5% un 1%). Nav nepieciešamas virsmaktīvās vielas vai pH izmaiņas.
Ieteicamā ierīce:
UP400S
Atsauce / pētnieciskais darbs:
Isfahani, A. H. M.; Heyhat, M. M. (2013): Eksperimentāls pētījums par nanošķidrumu plūsmu mikromodelī kā porainā vidē. International Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9/2, 2013. 77–84.

Alumīnija oksīda (Al2O3) disperģēšana ar ultraskaņu ievērojami samazina daļiņu izmēru un nodrošina vienmērīgu dispersiju.

Ar bēmītu pārklātas silīcija dioksīda daļiņas

Ultraskaņas lietojums:
Silīcija dioksīda daļiņas pārklāj ar bēmīta slāni: lai iegūtu pilnīgi tīru virsmu bez organiskām vielām, daļiņas karsē līdz 450°C. Pēc daļiņu samalšanas, lai sašķeltu aglomerātus, sagatavo ūdens suspensiju ar 6 vol% koncentrāciju (≈70 ml) un stabilizē to pie pH 9, pievienojot trīs pilienus amonija šķīduma. Pēc tam suspensiju deaglomerē, apstrādājot ar ultraskaņu, izmantojot UP200S ar 100% amplitūdu (200 W) 5 min. Pēc šķīduma uzkarsēšanas līdz temperatūrai virs 85°C pievienoja 12,5 g alumīnija sek-butoksīda. Temperatūru uztur 85–90°C robežās 90 min., un visas procedūras laikā suspensiju maisa ar magnētisko maisītāju. Pēc tam suspensiju nepārtraukti maisa, līdz tā atdziest līdz temperatūrai zem 40°C. Tad pH vērtību noregulēja līdz 3, pievienojot sālsskābi. Tūlīt pēc tam suspensiju apstrādā ar ultraskaņu ledus vannā. Pulveri mazgā, atšķaidot un pēc tam centrifugējot. Pēc supernatanta atdalīšanas daļiņas žāvē žāvēšanas skapī 120°C temperatūrā. Visbeidzot daļiņas termiski apstrādā 300°C temperatūrā 3 stundas.
Ieteicamā ierīce:
UP200S
Atsauce / pētnieciskais darbs:
Wyss, H. M. (2003): Koncentrētu daļiņu gelu mikrostruktūra un mehāniskā uzvedība. Disertācija, Šveices Federālais tehnoloģiju institūts, 2003. 71. lpp.

Kadmija(II)–tioacetamīda nanokompozīta sintēze

Ultraskaņas lietojums:
Kadmija(II)–tioacetamīda nanokompozīti tika sintezēti sonoķīmiskā ceļā gan polivinilspirta klātbūtnē, gan bez tā. Sonoķīmiskajai sintēzei (sonosintēzei) 0,532 g kadmija(II) acetāta dihidrāta (Cd(CH3COO)2.2H2O), 0,148 g tioacetamīda (TAA, CH3CSNH2) un 0,664 g kālija jodīda (KI) izšķīdināja 20mL divreiz destilēta dejonizēta ūdens. Šo šķīdumu apstrādāja ar ultraskaņu, izmantojot lieljaudas zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīci UP400S (24 kHz, 400W), istabas temperatūrā 1 h. Reakcijas maisījuma apstrādes ar ultraskaņu laikā temperatūra paaugstinājās līdz 70–80degC, kā tika noteikts ar dzelzs–konstantāna termopāri. Pēc vienas stundas izveidojās spilgti dzeltenas nogulsnes. Tās atdalīja centrifugējot (4 000 rpm, 15 min), mazgāja ar divreiz destilētu ūdeni un pēc tam ar absolūto etanolu, lai atdalītu atlikušos piemaisījumus, un visbeidzot žāvēja gaisā (iznākums: 0,915 g, 68%). Sadalīšanās temperatūra: 200°C. Polimēru nanokompozīta pagatavošanai 1,992 g polivinilspirta izšķīdināja 20 mL divreiz destilēta dejonizēta ūdens un pēc tam pievienoja iepriekš minētajam šķīdumam. Šo maisījumu apstrādāja ar ultraskaņu, izmantojot UP400S 1 h, un šajā laikā izveidojās spilgti oranžs produkts.
SEM rezultāti parādīja, ka PVA klātbūtnē daļiņu izmēri samazinājās no aptuveni 38 nm līdz 25 nm. Pēc tam mēs sintezējām heksagonālas CdS nanodaļiņas ar sfērisku morfoloģiju, termiski sadalot polimēru nanokompozītu kadmija(II)–tioacetamīdu/PVA, kas kalpoja par prekursoru. CdS nanodaļiņu izmēru mērīja gan ar XRD, gan SEM, un rezultāti savstarpēji ļoti labi saskanēja.
Ranjbar un līdzautori (2013) arī konstatēja, ka polimēru Cd(II) nanokompozīts ir piemērots prekursors kadmija sulfīda nanodaļiņu ar interesantu morfoloģiju iegūšanai. Visi rezultāti parādīja, ka ultraskaņas sintēzi var sekmīgi izmantot kā vienkāršu, efektīvu, lētu, videi draudzīgu un ļoti daudzsološu metodi nanomēroga materiālu sintēzei bez nepieciešamības nodrošināt īpašus apstākļus, piemēram, augstu temperatūru, ilgu reakcijas laiku un augstu spiedienu.
Ieteicamā ierīce:
UP400S
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013): Synthesis and Characterization of Cadmium-Thioacetamide Nanocomposites. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203–212.

CaCO₃

Ultraskaņas pielietojums:
Nanoprecipitēta CaCO₃ (NPCC) pārklāšana ar stearīnskābi, izmantojot ultraskaņu, tika veikta, lai uzlabotu tā disperģēšanos polimērā un samazinātu aglomerāciju. 2g nepārklāta nanoprecipitēta CaCO₃ (NPCC) tika apstrādāti ar ultraskaņu, izmantojot UP400S 30ml etanola. Etanolā izšķīdināja 9 wt% stearīnskābes. Pēc tam etanolu ar stearīnskābi sajauca ar ultraskaņu apstrādāto suspensiju.
Ieteicamā ierīce:
UP400S ar sonotrodi (H22D), kuras diametrs ir 22mm, un plūsmas šūnu ar dzesēšanas apvalku
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009): Effects of ultrasound in coating nano-precipitated CaCO3 with stearic acid. Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering 4/5, 2009. 807–813.

Celulozes nanokristāli

Ultraskaņas pielietojums:
No eikalipta celulozes sagatavoti celulozes nanokristāli (CNC): no eikalipta celulozes sagatavotus celulozes nanokristālus modificēja reakcijā ar metiladipoilhlorīdu, iegūstot CNCm, vai ar etiķskābes un sērskābes maisījumu, iegūstot CNCa. Šim nolūkam liofilizētus CNC, CNCm un CNCa atkārtoti disperģēja tīros šķīdinātājos (EA, THF vai DMF) ar koncentrāciju 0,1 wt%, visu nakti maisot ar magnētisko maisītāju 24 ± 1 degC temperatūrā, pēc tam 20 min. apstrādāja ar ultraskaņu, izmantojot zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīci UP100H. Apstrādi ar ultraskaņu veica ar 130 W/cm² intensitāti 24 ± 1 degC temperatūrā. Pēc tam CNC dispersijai pievienoja CAB, lai galīgā polimēra koncentrācija būtu 0,9 wt%.
Ieteicamā ierīce:
UP100H
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Blachechen, L. S.; de Mesquita, J. P.; de Paula, E. L.; Pereira, F. V.; Petri, D. F. S. (2013): Celulozes nanokristālu koloidālās stabilitātes un to disperģējamības mijiedarbība celulozes acetātbutirāta matricā. Cellulose 20/3, 2013. 1329–1342.

Ar cērija nitrātu leģēts silāns

Ultraskaņas pielietojums:
Par metāla pamatnēm izmantoja auksti velmēta oglekļa tērauda plāksnes (6,5cm 6,5cm 0,3cm; ķīmiski tīrītas un mehāniski pulētas). Pirms pārklājuma uzklāšanas plāksnes tīrīja ar acetonu, izmantojot ultraskaņu, un pēc tam 10 min. tīrīja ar sārmainu šķīdumu (0,3molL 1 NaOH šķīdumu) 60°C temperatūrā. Izmantošanai par grunti pirms pamatnes priekšapstrādes tipisku sastāvu, kas saturēja 50 daļas γ-glicidoksipropiltrimetoksisilāna (γ-GPS), atšķaidīja ar aptuveni 950 daļām metanola pie pH 4,5 (koriģēts ar etiķskābi) un ļāva silānam hidrolizēties. Ar cērija nitrāta pigmentiem leģēta silāna sagatavošanas procedūra bija tāda pati, izņemot to, ka pirms (γ-GPS) pievienošanas metanola šķīdumam pievienoja 1, 2, 3 wt% cērija nitrāta, un pēc tam šo šķīdumu maisīja ar propellera maisītāju 30 min. istabas temperatūrā ar ātrumu 1600 rpm. Pēc tam cērija nitrātu saturošās dispersijas apstrādāja ar ultraskaņu 30 min 40°C temperatūrā, izmantojot ārēju dzesēšanas vannu. Apstrādi ar ultraskaņu veica ar ultraskaņas apstrādes ierīci UIP1000hd (1000W, 20 kHz), ievadot ultraskaņas jaudu aptuveni 1 W/mL. Pamatnes priekšapstrādi veica, katru plāksni 100 sek. skalojot ar atbilstošo silāna šķīdumu. Pēc apstrādes plāksnēm ļāva žūt istabas temperatūrā 24 h, pēc tam priekšapstrādātās plāksnes pārklāja ar divkomponentu epoksīdsveķiem ar amīna cietinātāju (Epon 828, shell Co.), iegūstot 90μm biezu mitro kārtu. Ar epoksīdsveķiem pārklātajām plāksnēm ļāva cietēt 1h 115°C temperatūrā; pēc epoksīdsveķu pārklājumu sacietēšanas sausās kārtas biezums bija aptuveni 60μm.
Ieteicamā ierīce:
UIP1000hd
Atsauce / Pētnieciskais raksts:
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013): Cērija nitrātu saturošas silāna priekšapstrādes elektroķīmiskā ietekme uz ar epoksīdsveķiem pārklāta tērauda katodiskās atslāņošanās īpašībām. Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013. 2411–2420.

Māli: disperģēšana / frakcionēšana

Ultraskaņas pielietojums:
Frakcionēšana pēc daļiņu izmēra: lai atdalītu < 1 μm daļiņas no 1–2 μm daļiņām, mālu izmēra daļiņas (< 2 μm) atdalīja ultraskaņas laukā un pēc tam, izmantojot dažādus sedimentācijas ātrumus.
Mālu izmēra daļiņas (< 2 μm) atdalīja ar ultraskaņu, ievadot 300 J mL^-1 (1 min.) un izmantojot zondes tipa ultraskaņas dezintegratoru UP200S (200W, 24kHz), kas aprīkots ar sonotrodi S7 ar 7 mm diametru. Pēc apstrādes ar ultraskaņu paraugu centrifugēja 3 min. pie 110 x g (1000 rpm). Pēc tam nosēdušos fāzi (frakcionēšanas atlikumu) izmantoja frakcionēšanai pēc blīvuma, lai izolētu zema blīvuma frakcijas, savukārt iegūto virsējo šķidro fāzi (< 2 μm frakciju) pārnesa citā centrifugēšanas stobriņā un centrifugēja 10 min. pie 440 x g (2000 rpm), lai atdalītu < 1 μm frakciju (supernatantu) no 1–2 μm frakcijas (nogulsnēm). Supernatantu, kas saturēja < 1 μm frakciju, pārnesa citā centrifugēšanas stobriņā un pēc 1 mL MgSO₄ pievienošanas centrifugēja 10 min pie 1410 x g (4000 rpm), lai dekantētu atlikušo ūdeni.
Lai izvairītos no parauga pārkaršanas, procedūru atkārtoja 15 reizes.
Ieteicamā ierīce:
UP200S ar S7 vai UP200St ar S26d7
Atsauce / Pētnieciskais raksts:
Jakubowska, J. (2007): Apūdeņošanas ūdens veida ietekme uz augsnes organisko vielu (SOM) frakcijām un to mijiedarbību ar hidrofobiem savienojumiem. Disertācija, Halles–Vitenbergas Mārtiņa Lutera universitāte, 2007.

Māli: neorganisko mālu eksfoliācija

Ultraskaņas pielietojums:
Neorganiskos mālus eksfoliēja, lai pārklājuma dispersijai sagatavotu nanokompozītus uz pullulāna bāzes. Šim nolūkam noteiktu pullulāna daudzumu (4 wt%, rēķinot pēc mitrās masas) izšķīdināja ūdenī 25degC temperatūrā 1 h, viegli maisot (500 rpm). Vienlaikus mālu pulveri daudzumā no 0,2 līdz 3,0 wt% disperģēja ūdenī, intensīvi maisot (1000 rpm) 15 minūtes. Iegūto dispersiju apstrādāja ar ultraskaņu, izmantojot UP400S (jauda_max = 400 W; frekvence = 24 kHz) ultraskaņas ierīci, kas aprīkota ar titāna sonotrodi H14, uzgaļa diametrs 14 mm, amplitūda_max = 125 μm; virsmas intensitāte = 105 Wcm^-2) šādos apstākļos: 0,5 cikli un 50% amplitūda. Apstrādes ar ultraskaņu ilgums mainījās atbilstoši eksperimenta plānam. Pēc tam organiskais pullulāna šķīdums un neorganiskā dispersija tika sajaukti, viegli maisot (500 rpm) vēl 90 minūtes. Pēc sajaukšanas abu komponentu koncentrācijas atbilda neorganiskās/organiskās daļas (I/O) attiecībai no 0,05 līdz 0,75. Na⁺-MMT mālu izmēru sadalījums ūdens dispersijā pirms un pēc apstrādes ar ultraskaņu tika novērtēts ar IKO-Sizer CC-1 nanodaļiņu analizatoru.
Noteiktam māla daudzumam visefektīvākais apstrādes ar ultraskaņu laiks bija 15 minūtes, savukārt ilgāka apstrāde ar ultraskaņu palielina P’O₂ vērtību (atkārtotas agregācijas dēļ), kas atkal samazinās pie visilgākā apstrādes ar ultraskaņu laika (45 min), domājams, gan plāksnīšu, gan taktoīdu fragmentācijas dēļ.
Saskaņā ar Introzzi disertācijā izmantoto eksperimenta konfigurāciju tika aprēķināta īpatnējā izvadītā enerģija 725 Ws mL^-1 15 minūšu apstrādei, savukārt, pagarinot apstrādes ar ultraskaņu laiku līdz 45 minūtēm, īpatnējais enerģijas patēriņš bija 2060 Ws mL^-1. Tas ļautu ietaupīt diezgan lielu enerģijas daudzumu visā procesā, kas galu galā atspoguļotos galīgajās apstrādes izmaksās.
Ieteicamā ierīce:
UP400S ar sonotrodi H14
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Introzzi, L. (2012): Augstas veiktspējas biopolimēru pārklājumu izstrāde pārtikas iepakojuma lietojumiem. Disertācija, Milānas Universitāte, 2012.

Elektrovadoša tinte

Ultraskaņas pielietojums:
Elektrovadošā tinte tika sagatavota, disperģējot Cu+C un Cu+CNT daļiņas ar disperģētājiem šķīdinātāju maisījumā (publikācija IV). Disperģētāji bija trīs lielas molekulmasas disperģējošie līdzekļi – DISPERBYK-190, DISPERBYK-198 un DISPERBYK-2012 –, ko BYK Chemie GmbH paredzējis kvēpu pigmentu dispersijām uz ūdens bāzes. Kā galvenais šķīdinātājs tika izmantots dejonizēts ūdens (DIW). Kā līdzšķīdinātāji tika izmantoti etilēnglikola monometilēteris (EGME) (Sigma-Aldrich), etilēnglikola monobutilēteris (EGBE) (Merck) un n-propanols (Honeywell Riedel-de Haen).
Sajauktā suspensija tika apstrādāta ar ultraskaņu 10 minūtes ledus vannā, izmantojot UP400S ultraskaņas procesoru. Pēc tam suspensija tika atstāta nostādināšanai vienu stundu, kam sekoja dekantēšana. Pirms pārklājuma uzklāšanas ar centrifugēšanu vai drukāšanas suspensija tika apstrādāta ultraskaņas vannā 10 min.
Ieteicamā ierīce:
UP400S
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Forsman, J. (2013): Co, Ni un Cu nanodaļiņu iegūšana, reducējot ar ūdeņradi. Disertācija, VTT, Somija, 2013.

Apstrāde ar ultraskaņu ir ļoti efektīva daļiņu izmēra samazināšanai un pigmentu disperģēšanai tintes printeru tintē.

Vara ftalocianīns

Ultraskaņas pielietojums:
Metālu ftalocianīnu sadalīšana
Vara ftalocianīns (CuPc) tiek apstrādāts ar ultraskaņu ūdenī un organiskajos šķīdinātājos apkārtējās vides temperatūrā un atmosfēras spiedienā, oksidētāja kā katalizatora klātbūtnē, izmantojot 500W ultraskaņas ierīci UIP500hd ar caurplūdes kameru. Apstrādes ar ultraskaņu intensitāte: 37–59 W/cm², parauga maisījums: 5 mL parauga (100 mg/L), 50 D/D ūdens ar hloroformu un piridīnu pie 60% ultraskaņas amplitūdas. Reakcijas temperatūra: 20°C atmosfēras spiedienā.
Sadalīšanās pakāpe līdz 95% 50 min. ilgas apstrādes ar ultraskaņu laikā.
Ieteicamā ierīce:
UIP500hd

Dibutirilhitīns (DBCH)

Ultraskaņas pielietojums:
Garas polimēru makromolekulas var sašķelt, apstrādājot ar ultraskaņu. Molmasas samazināšana ar ultraskaņas palīdzību ļauj izvairīties no nevēlamām blakusreakcijām vai blakusproduktu atdalīšanas. Tiek uzskatīts, ka ultraskaņas izraisīta degradācija atšķirībā no ķīmiskas vai termiskas sadalīšanās nav nejaušs process un sašķelšanās notiek aptuveni molekulas vidū. Šā iemesla dēļ lielākas makromolekulas degradējas ātrāk.
Eksperimenti tika veikti, izmantojot ultraskaņas ģeneratoru UP200S ar sonotrodi S2. Ultraskaņas iekārtai tika iestatīta 150 W ievadītā jauda. Tika izmantoti 25 cm3 tilpuma dibutirilhitīna šķīdumi dimetilacetamīdā ar dibutirilhitīna koncentrāciju 0,3 g/100 cm3. Sonotrode (ultraskaņas zonde / rags) tika iegremdēta polimēra šķīdumā 30 mm zem virsmas līmeņa. Šķīdums tika ievietots termostatētā ūdens vannā, kurā tika uzturēta 25°C temperatūra. Katrs šķīdums tika pakļauts ultraskaņas iedarbībai iepriekš noteiktu laika intervālu. Pēc šā laika šķīdums tika atšķaidīts 3 reizes un analizēts ar izmēru izslēgšanas hromatogrāfiju.
Iesniegtie rezultāti liecina, ka jaudīgas ultraskaņas ietekmē dibutirilhitīns netiek sagrauts, bet notiek polimēra degradācija, kas tiek izprasta kā kontrolēta sonoķīmiska reakcija. Tādēļ ultraskaņu var izmantot dibutirilhitīna vidējās molmasas samazināšanai, un tas pats attiecas uz masas vidējās molmasas attiecību pret skaita vidējo molmasu. Novērotās izmaiņas pastiprinās, palielinot ultraskaņas jaudu un apstrādes ilgumu. Pētītajos apstrādes ar ultraskaņu apstākļos arī sākotnējai molmasai bija būtiska ietekme uz DBCH degradācijas pakāpi: jo lielāka sākotnējā molmasa, jo augstāka degradācijas pakāpe.
Ieteicamā ierīce:
UP200S
Atsauce / zinātniskais raksts:
Szumilewicz, J.; Pabin-Szafko, B. (2006): Dibutirilhitīna ultraskaņas degradācija. Polish Chitin Society, Monograph XI, 2006. 123–128.

Ferocēna pulveris

Ultraskaņas pielietojums:
Sonoķīmiska metode SWNCNTs iegūšanai: silīcija dioksīda pulveri (diametrs 2–5 mm) pievieno 0,01 mol% ferocēna šķīdumam p-ksilolā un pēc tam apstrādā ar ultraskaņu, izmantojot UP200S ar titāna uzgaļa zondi (sonotrodi S14). Apstrāde ar ultraskaņu tika veikta 20 min. istabas temperatūrā un atmosfēras spiedienā. Ar ultraskaņas veicinātu sintēzi uz silīcija dioksīda pulvera virsmas tika iegūtas augstas tīrības pakāpes SWCNTs.
Ieteicamā ierīce:
UP200S ar ultraskaņas zondi S14
Atsauce / zinātniskais raksts:
Srinivasan C.(2005): SKAŅAS metode viensienas oglekļa nanocaurulīšu sintēzei apkārtējās vides apstākļos. Current Science 88/ 1, 2005. 12–13.

Vieglie pelni / metakaolinīts

Ultraskaņas pielietojums:
Izskalošanas tests: 50g cietā parauga pievienoja 100mL izskalošanas šķīduma. Apstrādes ar ultraskaņu intensitāte: maks. 85 W/cm² ar UP200S 20°C ūdens vannā.
Ģeopolimerizācija: suspensiju ģeopolimerizācijas veikšanai maisīja ar UP200S ultraskaņas homogenizatoru. Apstrādes ar ultraskaņu intensitāte bija maks. 85 W/cm². Lai nodrošinātu dzesēšanu, apstrāde ar ultraskaņu tika veikta ledusūdens vannā.
Jaudīgas ultraskaņas izmantošana ģeopolimerizācijā palielina izveidoto ģeopolimēru spiedes stiprību, un, līdz noteiktam laikam pagarinot apstrādi ar ultraskaņu, stiprība pieaug. Apstrāde ar ultraskaņu veicināja metakaolinīta un vieglo pelnu šķīšanu sārmainos šķīdumos, jo gēla fāzē polikondensācijai izdalījās vairāk Al un Si.
Ieteicamā ierīce:
UP200S
Atsauce / zinātniskais raksts:
Feng, D.; Tan, H.; van Deventer, J. S. J. (2004): Ultraskaņas veicināta ģeopolimerizācija. Journal of Materials Science 39/2, 2004. 571–580

Grafēns

Ultraskaņas pielietojums:
Tīra grafēna loksnes var iegūt lielos daudzumos, kā parādīts Stengl un līdzautoru (2011) darbā, kurā tika iegūts nestehiometriska TiO₂ un grafēna nanokompozīts, termiski hidrolizējot suspensiju ar grafēna nanoloksnēm un titāna dioksīda peroksokompleksu. Tīrās grafēna nanoloksnes tika iegūtas no dabiskā grafīta, apstrādājot ar jaudīgu ultraskaņu un izmantojot 1000W ultraskaņas procesoru UIP1000hd augstspiediena ultraskaņas reaktora kamerā pie 5 barg spiediena. Iegūtās grafēna loksnes raksturo liels īpatnējais virsmas laukums un unikālas elektroniskās īpašības. Pētnieki apgalvo, ka ar ultraskaņu sagatavotā grafēna kvalitāte ir daudz augstāka nekā grafēnam, kas iegūts ar Hummera metodi, kurā grafīts tiek eksfoliēts un oksidēts. Tā kā fizikālos apstākļus ultraskaņas reaktorā var precīzi kontrolēt un pieņemot, ka grafēna kā piedevas koncentrācija mainīsies diapazonā no 1 līdz 0,001%, grafēna ražošana nepārtrauktā sistēmā komerciālā mērogā ir iespējama.
Ieteicamā ierīce:
UIP1000hd
Atsauce / zinātniskais raksts:
Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2–grafēna nanokompozīts kā augstas veiktspējas fotokatalizatori. Izdevumā: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. 25209–25218. lpp.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par grafēna ražošanu un sagatavošanu ar ultraskaņu!

Grafēna oksīds

Ultraskaņas pielietojums:
Grafēna oksīda (GO) slāņi tika sagatavoti šādi: 25mg grafēna oksīda pulvera pievienoja 200 ml dejonizēta ūdens. Maisot ieguva neviendabīgu brūnu suspensiju. Iegūtās suspensijas apstrādāja ar ultraskaņu (30 min, 1,3 × 105J), un pēc žāvēšanas (373 K temperatūrā) ieguva ar ultraskaņu apstrādātu grafēna oksīdu. FTIR spektroskopija parādīja, ka apstrāde ar ultraskaņu nemainīja grafēna oksīda funkcionālās grupas.
Ieteicamā ierīce:
UP400S
Atsauce / zinātniskais raksts:
Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): Termiskās apstrādes un apstrādes ar ultraskaņu ietekme uz grafēna oksīda nanolokšņu veidošanos. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. 1097–1102. lpp.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par grafēna eksfoliāciju un sagatavošanu ar ultraskaņu!

Matainas polimēru nanodaļiņas, ko iegūst, degradējot poli(vinilspirtu)

Ultraskaņas pielietojums:
Vienkārša vienpakāpes procedūra, kuras pamatā ir ūdenī šķīstošu polimēru sonoķīmiskā degradācija ūdens šķīdumā hidrofoba monomēra klātbūtnē, ļauj iegūt funkcionālas matainas polimēru daļiņas serumā bez atlikumvielām. Visas polimerizācijas veica 250 mL dubultsienu stikla reaktorā, kas bija aprīkots ar plūsmas atvairītājiem, temperatūras sensoru, magnētiskā maisītāja stienīti un Hielscher US200S ultraskaņas procesoru (200 W, 24 kHz), kas aprīkots ar S14 titāna sonotrodi (diametrs = 14 mm, garums = 100 mm).
Poli(vinilspirta) (PVOH) šķīdumu sagatavoja, precīzi nomērītu PVOH daudzumu šķīdinot ūdenī visu nakti 50°C temperatūrā, intensīvi maisot. Pirms polimerizācijas PVOH šķīdumu ievietoja reaktorā un temperatūru noregulēja līdz vēlamajai reakcijas temperatūrai. Caur PVOH šķīdumu un monomēru atsevišķi 1 stundu laida argonu. Nepieciešamo monomēra daudzumu pa pilieniem pievienoja PVOH šķīdumam, intensīvi maisot. Pēc tam pārtrauca argona laišanu caur šķidrumu un sāka apstrādi ar ultraskaņu, izmantojot UP200S ar 80% amplitūdu. Šeit jāatzīmē, ka argona izmantošanai ir divi mērķi: (1) skābekļa aizvadīšana un (2) tas ir nepieciešams ultraskaņas kavitācijas radīšanai. Tādēļ nepārtraukta argona plūsma principā būtu labvēlīga polimerizācijai, taču radās pārmērīga putošana; šeit izmantotā procedūra ļāva izvairīties no šīs problēmas un bija pietiekama efektīvai polimerizācijai. Periodiski ņēma paraugus, lai ar gravimetriju uzraudzītu konversiju, kā arī molekulmasas sadalījumu un/vai daļiņu izmēru sadalījumu.
Ieteicamā ierīce:
US200S
Atsauce / zinātniskais raksts:
Smeets, N. M. B.; E-Rramdani, M.; Van Hal, R. C. F.; Gomes Santana, S.; Quéléver, K.; Meuldijk, J.; Van Herk, JA. M.; Heuts, J. P. A. (2010): Vienkāršs vienpakāpes sonoķīmisks paņēmiens funkcionālu matainu polimēru nanodaļiņu iegūšanai. Soft Matter, 6, 2010. 2392–2395.

HiPco-SWCNTs

Ultraskaņas pielietojums:
HiPco-SWCNT dispersēšana ar UP400S: 5 mL flakonā 0,5 mg oksidētu HiPcoTM SWCNT (0,04 mmol oglekļa) suspendēja 2 mL dejonizēta ūdens, izmantojot ultraskaņas procesoru UP400S, lai iegūtu melnu suspensiju (0,25 mg/mL SWCNT). Šai suspensijai pievienoja 1,4 μL PDDA šķīduma (20 wt./%, molekulmasa = 100 000–200 000), un maisījumu 2 minūtes maisīja virpuļmaisītājā. Pēc papildu 5 minūšu apstrādes ar ultraskaņu ūdens vannā nanocaurulīšu suspensiju centrifugēja 10 minūtes pie 5000g. Supernatantu paņēma AFM mērījumiem un pēc tam funkcionalizēja ar siRNA.
Ieteicamā ierīce:
UP400S
Atsauce / zinātniskā publikācija:
Jung, A. (2007): Funkcionālie materiāli uz oglekļa nanocaurulīšu bāzes. Disertācija, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

Hidroksiapatīta biokeramika

Ultraskaņas pielietojums:
Nano-HAP sintēzei nelielā vārglāzē ievietoja 40 mL 0,32M Ca(NO₃)² ⋅ 4H₂O šķīduma. Pēc tam šķīduma pH noregulēja līdz 9,0 ar aptuveni 2,5 mL amonija hidroksīda. Tad šķīdumu apstrādāja ar ultraskaņas procesoru UP50H (50 W, 30 kHz), kas aprīkots ar sonotrodi MS7 (7mm ultraskaņas uzgaļa diametrs), 1 stundu ar maksimālo amplitūdu 100%. Pirmās stundas beigās pirmajam šķīdumam lēni pa pilienam pievienoja 60 mL 0,19M [KH₂PO₄] šķīduma, turpinot apstrādi ar ultraskaņu otro stundu. Maisīšanas laikā pH vērtību pārbaudīja un uzturēja 9 līmenī, savukārt Ca/P attiecību uzturēja 1,67 līmenī. Pēc tam šķīdumu filtrēja, izmantojot centrifugēšanu (~2000 g), un iegūtās baltās nogulsnes sadalīja vairākos paraugos termiskajai apstrādei. Izveidoja divus paraugu komplektus: pirmajā bija divpadsmit paraugi termiskajai apstrādei cauruļkrāsnī, bet otrajā – pieci paraugi apstrādei ar mikroviļņiem
Ieteicamā ierīce:
UP50H
Atsauce / zinātniskā publikācija:
Poinern, G. J. E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D.(2011): Termiskā un ultraskaņas ietekme uz nanometru mēroga hidroksiapatīta biokeramikas veidošanos. International Journal of Nanomedicine 6, 2011. 2083–2095.

Ar ultraskaņu sasmalcināts un disperģēts kalcija hidroksiapatīts

Neorganiskas fullerēniem līdzīgas WS₂ nanodaļiņas

Ultraskaņas pielietojums:
Apstrāde ar ultraskaņu neorganisku fullerēniem (IF) līdzīgu WS₂ nanodaļiņu elektrolītiskās nogulsnēšanas laikā niķeļa matricā ļauj iegūt vienmērīgāku un blīvāku pārklājumu. Turklāt ultraskaņas izmantošana būtiski ietekmē metāla nogulsnē iekļauto daļiņu masas procentuālo saturu. Tādējādi, izsakot wt.%, IF-WS₂ daļiņu masas procentuālais saturs niķeļa matricā palielinās no 4,5 wt.% (plēvītēs, kas iegūtas, izmantojot tikai mehānisku maisīšanu) līdz aptuveni 7 wt.% (plēvītēs, kas iegūtas, apstrādājot ar ultraskaņu ar 30 W cm^-2 ultraskaņas intensitāti).
Ni/IF-WS₂ nanokompozītu pārklājumus elektrolītiski nogulsnēja no standarta Vatsa niķelēšanas vannas, kurai pievienoja rūpnieciskas kvalitātes IF-WS₂ (neorganisko fullerēnu-WS₂) nanodaļiņas.
Eksperimentam IF-WS₂ pievienoja Vatsa niķelēšanas elektrolītiem un pirms līdzizgulsnēšanas eksperimentiem suspensijas intensīvi maisīja ar magnētisko maisītāju (300 rpm) vismaz 24 h istabas temperatūrā. Tieši pirms elektrolītiskās nogulsnēšanas procesa suspensijas 10 min. iepriekš apstrādāja ar ultraskaņu, lai novērstu aglomerāciju. Apstrādei ar ultraskaņu UP200S zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīcei ar sonotrodi S14 (14 mm uzgaļa diametrs) iestatīja 55% amplitūdu.
Līdzizgulsnēšanas eksperimentos izmantoja cilindriskas stikla šūnas ar 200 mL tilpumu. Pārklājumus nogulsnēja uz plakaniem, tirdzniecībā pieejamiem mazoglekļa tērauda (marka St37) katodiem ar laukumu 3cm². Anods bija tīra niķeļa folija (3cm²), kas bija novietota trauka sānos pretī katodam. Attālums starp anodu un katodu bija 4cm. Pamatnes attaukoja, skaloja aukstā destilētā ūdenī, aktivēja 15% HCl šķīdumā (1 min.) un atkārtoti skaloja destilētā ūdenī. Elektrolītisko līdzizgulsnēšanu veica pie nemainīga strāvas blīvuma 5,0 A dm^-2 1 h laikā, izmantojot līdzstrāvas barošanas avotu (5 A/30 V, BLAUSONIC FA-350). Lai uzturētu vienmērīgu daļiņu koncentrāciju visā šķīduma tilpumā, elektrolītiskās izgulsnēšanas procesā izmantoja divas maisīšanas metodes: mehānisku maisīšanu ar magnētisko maisītāju (ω = 300 rpm), kas atradās šūnas apakšā, un apstrādi ar ultraskaņu, izmantojot zondes tipa ultraskaņas ierīci UP200S. Ultraskaņas zondi (sonotrodi) tieši iegremdēja šķīdumā no augšas un precīzi novietoja starp darba elektrodu un palīgelektrodu tā, lai nerastos ekranēšana. Uz elektroķīmisko sistēmu virzītās ultraskaņas intensitāti mainīja, regulējot ultraskaņas amplitūdu. Šajā pētījumā nepārtrauktā režīmā svārstību amplitūdu iestatīja uz 25, 55 un 75%, kas atbilda ultraskaņas intensitātei 20, 30 un 40 W cm^-2 attiecīgi, ko mērīja ar procesoru, kas savienots ar ultraskaņas jaudas mērītāju (Hielscher Ultrasonics). Elektrolīta temperatūru uzturēja 55◦C, izmantojot termostatu. Temperatūru mērīja pirms un pēc katra eksperimenta. Ultraskaņas enerģijas izraisītais temperatūras pieaugums nepārsniedza 2–4◦C. Pēc elektrolīzes paraugus 1 min. tīrīja etanolā ar ultraskaņu, lai no virsmas noņemtu vāji adsorbētās daļiņas.
Ieteicamā ierīce:
UP200S ar ultraskaņas ragu / sonotrodi S14
Atsauce / pētnieciskais raksts:
García-Lecina, E.; García-Urrutia, I.; Díeza, J.A.; Fornell, B.; Pellicer, E.; Sort, J. (2013): Neorganisku fullerēniem līdzīgu WS2 nanodaļiņu līdzizgulsnēšana elektrolītiski izgulsnētā niķeļa matricā ultraskaņas maisīšanas ietekmē. Electrochimica Acta 114, 2013. 859–867.

Lateksa sintēze

Ultraskaņas pielietojums:
P(St-BA) lateksa sagatavošana
P(St-BA) poli(stirola-r-butilakrilāta) P(St-BA) lateksa daļiņas sintezēja ar emulsijas polimerizāciju virsmaktīvās vielas DBSA klātbūtnē. Vispirms trīskaklu kolbā 100 mL ūdens izšķīdināja 1 g DBSA un šķīduma pH vērtību noregulēja līdz 2,0. Monomēru maisījumu, kas sastāvēja no 2,80 g St un 8,40 g BA, kopā ar iniciatoru AIBN (0,168 g) ielēja DBSA šķīdumā. Eļļas–ūdens (O/W) emulsiju sagatavoja, 1 h maisot ar magnētisko maisītāju un pēc tam apstrādājot ar ultraskaņu, izmantojot UIP1000hd ar ultraskaņas ragu (zondi / sonotrodi), vēl 30 min ledus vannā. Visbeidzot polimerizāciju veica eļļas vannā 90degC temperatūrā 2 h slāpekļa atmosfērā.
Ieteicamā ierīce:
UIP1000hd
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Elastīgu elektrovadošu plēvju izgatavošana no poli(3,4-etilēndioksitiofēna)epoli(stirolsulfonskābes) (PEDOT:PSS) uz neausta auduma pamatnes. Materials Chemistry and Physics 143, 2013. 143–148.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par lateksa sonoķīmisko sintēzi!

Svina atdalīšana (izskalošana ar ultraskaņu)

Ultraskaņas pielietojums:
Svina izskalošana no piesārņotas augsnes ar ultraskaņu:
Izskalošanas eksperimentus ar ultraskaņu veica, izmantojot ultraskaņas ierīci UP400S ar titāna ultraskaņas zondi (diametrs 14mm), kas darbojas ar frekvenci 20kHz. Ultraskaņas zondi (sonotrodi) kalibrēja kalorimetriski, visiem izskalošanas eksperimentiem ar ultraskaņu iestatot ultraskaņas intensitāti 51 ± 0,4 W cm^-2 . Izskalošanas eksperimentus ar ultraskaņu termostatēja 25 ± 1°C temperatūrā, izmantojot stikla šūnu ar plakanu dibenu un apvalku. Augsnes izskalošanai, apstrādājot ar ultraskaņu, izmantoja trīs šķīdumu sistēmas (0,1L): 6 mL etiķskābes šķīduma ar koncentrāciju 0,3 mol L^-2 (pH 3,24), 3% (v/v) slāpekļskābes šķīdumu (pH 0,17) un etiķskābes/acetāta buferšķīdumu (pH 4,79), ko sagatavoja, sajaucot 60mL 0f etiķskābes ar koncentrāciju 0,3 mol L^-1 ar 19 mL 0,5 mol L^-1 NaOH. Pēc izskalošanas ar ultraskaņu paraugus filtrēja caur filtrpapīru, lai atdalītu izskalojuma šķīdumu no augsnes, pēc tam veica svina elektrolītisku izgulsnēšanu no izskalojuma šķīduma un pēc ultraskaņas lietošanas – augsnes mineralizāciju.
Ir pierādīts, ka ultraskaņa ir vērtīgs līdzeklis svina izskalošanas uzlabošanai no piesārņotas augsnes. Ultraskaņa ir arī efektīva metode gandrīz pilnīgai izskalojamā svina atdalīšanai no augsnes, tādējādi padarot augsni ievērojami mazāk bīstamu.
Ieteicamā ierīce:
UP400S ar sonotrodi H14
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007): Ultraskaņas izskalošanas un elektroķīmiskās apstrādes kombinēšana svina atdalīšanai no augsnes. Journal of New Materials for Electrochemical Systems 10, 2007. 195-199.

Nanodaļiņu suspensiju sagatavošana

Ultraskaņas pielietojums:
Nanodaļiņu suspensiju sagatavošanai izmantoja nepārklātus nTiO2 (5nm pēc transmisijas elektronu mikroskopijas (TEM) datiem) un nZnO (20nm pēc TEM datiem), kā arī ar polimēru pārklātus nTiO2 (3–4nm pēc TEM datiem) un nZnO (3–9nm pēc TEM datiem) pulverus. Nanodaļiņu kristāliskā forma nTiO2 gadījumā bija anatāzs, bet nZnO gadījumā – amorfa.
0,1 g nanodaļiņu pulvera iesvēra 250mL vārglāzē, kurā bija daži pilieni dejonizēta (DI) ūdens. Pēc tam nanodaļiņas samaisīja ar nerūsējošā tērauda lāpstiņu, vārglāzi uzpildīja ar DI ūdeni līdz 200 mL, samaisīja un tad 60 sek. apstrādāja ar ultraskaņu pie 90% amplitūdas, izmantojot Hielscher UP200S ultraskaņas procesoru, iegūstot 0,5 g/L izejas suspensiju. Visas izejas suspensijas uzglabāja ne ilgāk kā divas dienas 4°C temperatūrā.
Ieteicamā ierīce:
UP200S vai UP200St
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Petosa, A. R. (2013): Metālu oksīdu nanodaļiņu transports, nogulsnēšanās un agregācija piesātinātās granulārās porainās vidēs: ūdens ķīmiskā sastāva, kolektora virsmas un daļiņu pārklājuma nozīme. Disertācija, McGill University, Monreāla, Kvebeka, Kanāda, 2013. 111-153.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par nanodaļiņu disperģēšanu ar ultraskaņu!

Magnetīta nanodaļiņu izgulsnēšana

Ultraskaņas pielietojums:
Magnetīta (Fe₃O₄) nanodaļiņas iegūst, kopizgulsnējot dzelzs(III) hlorīda heksahidrāta un dzelzs(II) sulfāta heptahidrāta ūdens šķīdumu ar molāro attiecību Fe3+/Fe2+ = 2:1. Dzelzs šķīdumu izgulsnē attiecīgi ar koncentrētu amonija hidroksīdu un nātrija hidroksīdu. Izgulsnēšanas reakciju veic ultraskaņas iedarbībā, ievadot reaģentus caur kavitācijas zonu ultraskaņas caurplūdes reaktora kamerā. Lai izvairītos no jebkāda pH gradienta, izgulsnētājs jāiesūknē pārākumā. Magnetīta daļiņu izmēru sadalījums tika mērīts, izmantojot fotonu korelācijas spektroskopiju. Ultraskaņas izraisītā sajaukšana samazina vidējo daļiņu izmēru no 12–14 nm līdz aptuveni 5–6 nm.
Ieteicamā ierīce:
UIP1000hd ar plūsmas šūnas reaktoru
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Banert, T.; Horst, C.; Kunz, U., Peuker, U. A. (2004): Nepārtraukta izgulsnēšana ultraskaņas caurplūdes reaktorā, izmantojot dzelzs(II,III) oksīdu kā piemēru. ICVT, TU-Clausthal. Stenda referāts, kas prezentēts GVC ikgadējā sanāksmē 2004.
Banert, T.; Brenner, G.; Peuker, U. A. (2006): Nepārtrauktas darbības sonoķīmiskās izgulsnēšanas reaktora darbības parametri. Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.-27. April 2006.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par izgulsnēšanu ar ultraskaņu!

Niķeļa pulveri

Ultraskaņas pielietojums:
Ni pulveru suspensijas sagatavošana ar polielektrolītu sārmainā pH vidē (lai novērstu šķīšanu un veicinātu ar NiO bagātinātu ķīmisko formu veidošanos uz virsmas), akrila bāzes polielektrolītu un tetrametilamonija hidroksīdu (TMAH).
Ieteicamā ierīce:
UP200S
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Mora, M.; Lennikov, V.; Amaveda, H.; Angurel, L. A.; de la Fuente, G. F.; Bona, M. T.; Mayoral, C.; Andres, J. M.; Sanchez-Herencia, J. (2009): Supravadošu pārklājumu izgatavošana uz konstrukciju keramikas flīzēm. Applied Superconductivity 19/ 3, 2009. 3041-3044.

PbS – svina sulfīda nanodaļiņu sintēze

Ultraskaņas pielietojums:
Istabas temperatūrā 0,151 g svina acetāta (Pb(CH3COO)2.3H2O) un 0,03 g TAA (CH3CSNH2) pievienoja 5mL jonu šķidruma, [EMIM] [EtSO4], un 15mL divreiz destilēta ūdens 50mL vārglāzē, kuras saturu apstrādāja ar ultraskaņu, izmantojot UP200S 7 min. Ultraskaņas zondes/sonotrodes S1 galu iegremdēja tieši reakcijas šķīdumā. Iegūto tumši brūno suspensiju centrifugēja, lai atdalītu nogulsnes, un tās divas reizes mazgāja attiecīgi ar divreiz destilētu ūdeni un etanolu, lai atdalītu neizreaģējušos reaģentus. Lai izpētītu ultraskaņas ietekmi uz produktu īpašībām, sagatavoja vēl vienu salīdzinājuma paraugu, saglabājot nemainīgus reakcijas parametrus, izņemot to, ka produktu sagatavoja, nepārtraukti maisot 24 h bez apstrādes ar ultraskaņu.
PbS nanodaļiņu iegūšanai tika ierosināta ultraskaņas veicināta sintēze jonu šķidruma ūdens šķīdumā istabas temperatūrā. Šī istabas temperatūrā īstenojamā, videi nekaitīgā zaļā metode ir ātra un neprasa šablonu izmantošanu, tādējādi ievērojami saīsinot sintēzes laiku un ļaujot izvairīties no sarežģītām sintēzes procedūrām. Šādi iegūtajiem nanoklasteriem novērojama ļoti liela zilā nobīde – 3,86 eV, ko var saistīt ar ļoti mazo daļiņu izmēru un kvantu ierobežojuma efektu.
Ieteicamā ierīce:
UP200S
Atsauce/zinātniskā publikācija:
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008): Vienkārša PbS nanodaļiņu iegūšana un raksturošana istabas temperatūrā jonu šķidruma ūdens šķīdumā [EMIM][EtSO4] , izmantojot apstrādi ar ultraskaņu. Bulletin of Korean Chemical Society 29/ 1, 2008. 53–56.

Attīrītas nanocaurulītes

Ultraskaņas pielietojums:
Pēc tam attīrītās nanocaurulītes suspendēja 1,2-dihloretānā (DCE), apstrādājot ar lieljaudas ultraskaņas ierīci UP400S, 400W, 24 kHz) impulsu režīmā (ciklos), iegūstot melnu suspensiju. Pēc tam aglomerētu nanocaurulīšu kūlīšus atdalīja, centrifugējot 5 minūtes ar 5000 rpm.
Ieteicamā ierīce:
UP400S
Atsauce/zinātniskā publikācija:
Witte, P. (2008): Amfifīli fullerēni biomedicīniskiem un optoelektroniskiem pielietojumiem. Disertācija, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2008.

SAN/CNTs kompozīts

Ultraskaņas pielietojums:
CNTs disperģēšanai SAN matricā izmantoja Hielscher UIS250V ar sonotrodi apstrādei ar ultraskaņas zondi. Vispirms CNTs disperģēja 50mL destilēta ūdens, apstrādājot ar ultraskaņu aptuveni 30 min. Lai stabilizētu šķīdumu, pievienoja SDS attiecībā ~1% no šķīduma. Pēc tam iegūto CNTs ūdens dispersiju apvienoja ar polimēra suspensiju un maisīja 30 min. ar Heidolph RZR 2051 mehānisko maisītāju, tad atkārtoti apstrādāja ar ultraskaņu 30 min. Analīzei SAN dispersijas ar dažādām CNTs koncentrācijām ielēja Teflon veidnēs un žāvēja apkārtējās vides temperatūrā 3–4 dienas.
Ieteicamā ierīce:
UIS250v
Atsauce/zinātniskā publikācija:
Bitenieks, J.; Meri, R. M.; Zicans, J.; Maksimovs, R.; Vasile, C.; Musteata, V. E. (2012): Stirola–akrilāta/oglekļa nanocaurulīšu nanokompozīti: mehāniskās, termiskās un elektriskās īpašības. Izdevumā: Proceedings of the Estonian Academy of Sciences 61/ 3, 2012. 172–177.

Silīcija karbīda (SiC) nanopulveris

Ultraskaņas pielietojums:
Silīcija karbīda (SiC) nanopulveri deaglomerēja un izkliedēja krāsas šķīdumā tetrahidrofurānā, izmantojot Hielscher UP200S lieljaudas ultraskaņas procesoru, kas darbojās ar akustiskās jaudas blīvumu 80 W/cm². SiC deaglomerācija sākotnēji tika veikta tīrā šķīdinātājā ar nelielu daudzumu mazgāšanas līdzekļa, pēc tam pakāpeniski pievienojot krāsas porcijas. Viss process ilga attiecīgi 30 minūtes paraugiem, kas sagatavoti pārklāšanai ar iegremdēšanu, un 60 minūtes paraugiem, kas sagatavoti sietspiedei. Apstrādes ar ultraskaņu laikā tika nodrošināta pietiekama maisījuma dzesēšana, lai novērstu šķīdinātāja vārīšanos. Pēc apstrādes ar ultraskaņu tetrahidrofurāns tika iztvaicēts rotācijas iztvaicētājā, un maisījumam tika pievienots cietinātājs, lai iegūtu drukāšanai piemērotu viskozitāti. SiC koncentrācija iegūtajā kompozītā bija 3% masas paraugos, kas sagatavoti pārklāšanai ar iegremdēšanu. Sietspiedei tika sagatavotas divas paraugu partijas ar SiC saturu 1 – 3% masas sākotnējiem nodiluma un berzes testiem un 1,6 – 2,4% masas kompozītu īpašību precīzai pielāgošanai, pamatojoties uz nodiluma un berzes testu rezultātiem.
Ieteicamā ierīce:
UP200S
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Celichowski G.; Psarski M.; Wiśniewski M. (2009): Elastīgs dzijas spriegotājs ar nepārtrauktību neveidojošu pretnodiluma nanokompozīta rakstu. Fibres & Textiles in Eastern Europe 17/ 1, 2009. 91–96.

SWNT vienas sienas oglekļa nanocaurulītes

Ultraskaņas pielietojums:
Sonoķīmiskā sintēze: 10 mg SWNT un 30ml 2%MCB šķīduma 10 mg SWNT un 30ml 2%MCB šķīduma, UP400S apstrādes ar ultraskaņu intensitāte: 300 W/cm2, apstrādes ar ultraskaņu ilgums: 5h
Ieteicamā ierīce:
UP400S
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Koshio, A.; Yudasaka, M.; Zhang, M.; Iijima, S. (2001): Vienkāršs veids, kā panākt vienas sienas oglekļa nanocaurulīšu ķīmisku reakciju ar organiskiem materiāliem, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu. Nano Letters 1/ 7, 2001. 361–363.

Tiolētas SWCNT

Ultraskaņas pielietojums:
25 mg tiolētu SWCNT (2,1 mmol oglekļa) tika suspendēti 50 mL dejonizēta ūdens, izmantojot 400W ultraskaņas procesoru (UP400S). Pēc tam suspensija tika pievienota svaigi pagatavotam Au(NP) šķīdumam, un maisījums tika maisīts 1h. Au(NP)-SWCNT tika atdalītas ar mikrofiltrāciju (celulozes nitrāts) un rūpīgi mazgātas ar dejonizētu ūdeni. Filtrāts bija sarkanā krāsā, jo mazās Au(NP) (vidējais diametrs ≈ 13 nm) varēja efektīvi izkļūt cauri filtra membrānai (poru izmērs 0,2μm).
Ieteicamā ierīce:
UP400S
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Jung, A. (2007): Funkcionālie materiāli uz oglekļa nanocaurulīšu bāzes. Disertācija Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

TiO₂ / perlīta kompozīts

Ultraskaņas pielietojums:
TiO2 /perlīta kompozītmateriāli tika sagatavoti šādi. Sākumā 5 mL titāna izopropoksīda (TIPO), Aldrich 97%, tika izšķīdināti 40 mL etanola, Carlo Erba, un maisīti 30 min. Pēc tam tika pievienoti 5 g perlīta, un dispersija tika maisīta 60 min. Maisījums tika tālāk homogenizēts, izmantojot zondes tipa ultraskaņas ierīci UIP1000hd. Apstrādes ar ultraskaņu laikā, kas ilga 2 min., tika pievadīta kopējā enerģija 1 Wh. Visbeidzot suspensija tika atšķaidīta ar etanolu, lai iegūtu 100 mL suspensijas, un iegūtais šķidrums tika nosaukts par prekursora šķīdumu (PS). Sagatavotais PS bija gatavs apstrādei liesmas izsmidzināšanas pirolīzes sistēmā.
Ieteicamā ierīce:
UIP1000hd
Atsauce / pētnieciskais raksts:
Giannouri, M.; Kalampaliki, Th.; Todorova, N.; Giannakopoulou,T.; Boukos, N.; Petrakis, D.; Vaimakis, T.; Trapalis, C. (2013): TiO2/perlīta kompozītu vienpakāpes sintēze ar liesmas izsmidzināšanas pirolīzi un to fotokatalītiskās īpašības. International Journal of Photoenergy 2013.

Šķidrumos ievadīta jaudīga ultraskaņa rada intensīvu kavitāciju. Ekstremālā kavitācijas iedarbība rada smalku pulveru suspensijas ar daļiņu izmēriem submikronu un nanometru diapazonā. Turklāt tiek aktivēta daļiņu virsma. Mikrostrūklu un triecienviļņu iedarbība un daļiņu savstarpējās sadursmes būtiski ietekmē cietvielu ķīmisko sastāvu un fizikālo morfoloģiju, kas var krasi palielināt gan organisko polimēru, gan neorganisko cietvielu ķīmisko reaģētspēju.

“Ekstremālie apstākļi sabrūkošo burbuļu iekšienē rada ļoti reaģētspējīgas daļiņas, kuras var izmantot dažādiem mērķiem, piemēram, polimerizācijas ierosināšanai bez pievienotiem iniciatoriem. Vēl viens piemērs ir gaistošu metālorganisko prekursoru sonoķīmiskā sadalīšanās šķīdinātājos ar augstu viršanas temperatūru, kuras rezultātā rodas dažādu formu nanostrukturēti materiāli ar augstu katalītisko aktivitāti. Ar šo vispārīgo metodi var iegūt nanostrukturētus metālus, sakausējumus, karbīdus un sulfīdus, nanometru izmēra koloīdus un nanostrukturētus katalizatorus uz nesēja.”

[Suslick/ Price 1999: 323]

Literatūra/atsauces

• Suslick, K. S.; Price, G. J. (1999): Ultraskaņas pielietojumi materiālu ķīmijā. Annu. Rev. Mater. Sci. 29, 1999. 295–326.
• Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Eksfoliēts CrPS4 ar daudzsološu fotovadītspēju. Small 16. sēj., 1. numurs. January 9, 2020.
• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Molekulāro kristālu sonofragmentācija. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
• Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Termiskā un ultraskaņas ietekme uz nanometru izmēra hidroksiapatīta biokeramikas veidošanos. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.