Uzticama nanodaļiņu dispersija rūpnieciskiem lietojumiem
Augstas jaudas ultrasonication var efektīvi un droši sadalīt daļiņu aglomerātus un pat sadalīt primārās daļiņas. Pateicoties augstas veiktspējas dispersijas veiktspējai, zondes tipa ultrasonikatori tiek izmantoti kā vēlamā metode, lai izveidotu viendabīgas nanodaļiņu suspensijas.
Uzticama nanodaļiņu dispersija ar ultrasonication
Daudzām nozarēm ir nepieciešama suspensiju sagatavošana, kas ir ielādētas nanodaļiņas. Nanodaļiņas ir cietas vielas, kuru daļiņu izmērs ir mazāks par 100nm. Pateicoties minūšu daļiņu izmēram, nanodaļiņām piemīt unikālas īpašības, piemēram, izcila izturība, cietība, optiskās īpašības, elastīgums, UV izturība, vadītspēja, elektriskās un elektromagnētiskās (EM) īpašības, pretkorozijas spēja, izturība pret skrāpējumiem un citas ārkārtas īpašības.
Augstas intensitātes, zemas frekvences ultraskaņa rada intensīvu akustisko kavitāciju, ko raksturo ekstremāli apstākļi, piemēram, bīdes spēki, ļoti augsta spiediena un temperatūras atšķirības un turbulences. Šie kavitācijas spēki paātrina daļiņas, izraisot starpdaļiņu sadursmes un līdz ar to daļiņu sagraušanu. Līdz ar to tiek iegūti nanostrukturēti materiāli ar šauru daļiņu izmēra līkni un vienmērīgu sadalījumu.
Ultraskaņas izkliedēšanas iekārtas ir piemērotas jebkura veida nanomateriālu apstrādei ūdenī un organiskos šķīdinātājos ar zemu līdz ļoti augstu viskozitāti.

Ultraskaņas izkliedētāju rūpnieciskā uzstādīšana (2x UIP1000hdT), lai apstrādātu nanodaļiņas un nanocaurulītes nepārtrauktā in-line režīmā.
- nanodaļiņas
- ultrasmalkas daļiņas
- nanocaurulītes
- nanokristāli
- nanokompozīti
- nanošķiedras
- kvantu punkti
- nanotrombocīti, nanolapas
- nanorodi, nanoviļņi
- 2D un 3D nanostruktūras
Oglekļa nanocaurules ultraskaņas dispersija
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.
Niķeļa nanodaļiņu ultraskaņas dispersija
Niķeļa nanodaļiņas var veiksmīgi ražot, izmantojot ultrasoniski assited hidrazīna samazināšanas sintēzi. Hidrazīna reducēšanas sintēzes ceļš ļauj tp sagatavot tīru metālisku niķeļa nanodaļiņu ar sfērisku formu, ķīmiski samazinot niķeļa hlorīdu ar hidrazīnu. Adám pētniecības grupa parādīja, ka ultrasonication – izmantojot pogu Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – spēja uzturēt vidējo primāro kristalīta izmēru (7–8 nm) neatkarīgi no pielietotās temperatūras, savukārt intensīvu un īsāku ultraskaņas periodu izmantošana varētu samazināt sekundāro, apkopoto daļiņu solvodinamisko diametru no 710 nm līdz 190 nm, ja nav virsmaktīvās vielas. Visaugstākais skābums un katalītiskā aktivitāte tika mērīta nanodaļiņām, kas sagatavotas ar vieglu (30 W izejas jaudu) un nepārtrauktu ultraskaņas apstrādi. Nanodaļiņu katalītiskā uzvedība tika pārbaudīta Suzuki-Miyaura šķērssavienojuma reakcijā piecos paraugos, kas sagatavoti parastajā, kā arī ultraskaņas veidā. Ultrasoniski sagatavotie katalizatori parasti darbojās labāk, un augstākā katalītiskā aktivitāte tika mērīta virs nanodaļiņām, kas sagatavotas ar mazu jaudu (30 W) nepārtrauktu ultraskaņu.
Ultraskaņas apstrādei bija izšķiroša ietekme uz nanodaļiņu agregācijas tendenci: iznīcināto kavitācijas tukšumu defragmentēšanas ietekme ar enerģisku masas pārnesi varētu pārvarēt iznīcināto kavitācijas tukšumu pievilcīgo elektrostatisko ar enerģisku masas pārnesi, lai pārvarētu pievilcīgos elektrostatiskos un van der Waals spēkus starp daļiņām.
(sal. ar Adám et al. 2020)

SonoStation – Ultraskaņas izkliedēšanas sistēma ar maisītāju, tvertni un sūkni. SonoStation ir ērts, gatavs ultraskaņas iestatīšanai vidējiem un lielākiem apjomiem
Wollastonite nanodaļiņu ultraskaņas sintēze
Wollastonite ir kalcija inosilikāta minerāls ar ķīmisko formulu CaSiO3 Wollastonite tiek plaši izmantots kā komponents cementa, stikla, ķieģeļu un flīžu ražošanai būvniecības nozarē, kā plūsma tērauda liešanā, kā arī piedeva pārklājumu un krāsu ražošanā. Piemēram, wollastonite nodrošina pastiprinājumu, sacietēšanu, zemu eļļas absorbciju un citus uzlabojumus. Lai iegūtu izcilas āmolanīta pastiprinošās īpašības, būtiska ir nanomēroga deagglomerācija un vienmērīga dispersija.
Dordane un Doroodmand (2021) savos pētījumos pierādīja, ka ultraskaņas dispersija ir ļoti svarīgs faktors, kas ievērojami samazina wollastonīta nanodaļiņu lielumu un morfoloģiju. Lai novērtētu ultraskaņas apstrādes ietekmi uz wollastonite nano-dispersiju, pētnieku komanda sintezēja wollastonite nanodaļiņas ar un bez lieljaudas ultraskaņas pielietošanas. Ultraskaņas izmēģinājumiem pētnieki izmantoja ultraskaņas procesors UP200H (Hielscher Ultrasonics) ar frekvenci 24 kHz 45,0 min. Ultraskaņas nano-dispersijas rezultāti ir parādīti zemāk esošajā augstas izšķirtspējas SEM. SEM attēls skaidri parāda, ka wollastonite paraugs pirms ultraskaņas apstrādes ir aglomerēts un apkopots; pēc ultraskaņas apstrādes ar UP200H ultrasonikatoru Wollastonite daļiņu vidējais izmērs ir aptuveni 10nm. Pētījums pierāda, ka ultraskaņas dispersija ir uzticama un efektīva metode, lai sintezētu wollastonīta nanodaļiņas. Vidējo nanodaļiņu izmēru var kontrolēt, pielāgojot ultraskaņas apstrādes parametrus.
(sk. Dordane un Doroodmand, 2021)

Wollastonite nanodaļiņu (A) SEM attēli pirms un (B) pēc ultrasonikācijas, izmantojot ultraskaņas procesors UP200H 45,0 min.
Pētījums un attēls: ©Dordane un Doroodmand, 2021. gads.
Ultraskaņas Nanofiller dispersija
Ultraskaņas apstrāde ir daudzpusīga metode, lai izkliedētu un deaglomerētu nanofillerus šķidrumos un vircās, piemēram, polimēros, epoksīdsveķos, cietinātājos, termoplastiskos utt. Tāpēc sonifikācija tiek plaši izmantota kā ļoti efektīva dispersijas metode R&D un rūpnieciskā ražošana.
(2021) pētīja ultraskaņas dispersijas tehniku nanofilleriem epoksīdsveķos. Viņš varēja pierādīt, ka ultraskaņas apstrāde spēja izkliedēt mazas un augstas nanofilleru koncentrācijas polimēra matricā.
Salīdzinot dažādus formulējumus, 0,5 masas% oksidētais CNT parādīja vislabākos rezultātus no visiem ultraskaņas paraugiem, atklājot lielāko daļu aglomerātu izmēru sadalījumu salīdzināmā diapazonā ar trim ruļļu dzirnavās ražotiem paraugiem, labu saistīšanos ar cietinātāju, perkolācijas tīkla veidošanos dispersijas iekšpusē, kas norāda uz stabilitāti pret sedimentāciju un tādējādi pareizu ilgtermiņa stabilitāti. Lielāki pildvielu daudzumi parādīja līdzīgus labus rezultātus, bet arī izteiktāku iekšējo tīklu veidošanos, kā arī nedaudz lielākus aglomerātus. Pat oglekļa nanošķiedras (CNF) var veiksmīgi izkliedēt, izmantojot ultraskaņu. Nanofilleru tieša ASV dispersija cietinātāju sistēmās bez papildu šķīdinātājiem tika veiksmīgi panākta, un tādējādi to var uzskatīt par piemērojamu metodi vienkāršai un tiešai dispersijai ar potenciālu rūpnieciskai izmantošanai. (sal. ar Zanghellini et al., 2021)

Dažādu nanofilleru salīdzinājums, kas izkliedēti cietinātājā (ultrasonication-US): (a) 0,5 masas% oglekļa nanošķiedras (CNF); b) 0,5 masas% CNToxi; c) 0,5 masas % oglekļa nanocaurulītes (CNT); d) 0,5 masas% CNT daļēji disperģēts.
(Pētījums un attēls: © Zanghellini et al., 2021)
Nanodaļiņu ultraskaņas dispersija – Zinātniski pierādīts pārākums
Pētījumi daudzos sarežģītos pētījumos liecina, ka ultraskaņas dispersija ir viena no labākajām metodēm, lai deaglomerētu un izplatītu nanodaļiņas pat augstā koncentrācijā šķidrumos. Piemēram, Vikash (2020) pētīja nano-silīcija dioksīda lielu slodžu dispersiju viskozos šķidrumos, izmantojot Hielscher ultraskaņas izkliedētāju UP400S. Savā pētījumā viņš secina, ka "stabilu un vienmērīgu nanodaļiņu dispersiju var panākt, izmantojot ultra-ultraskaņas ierīci ar augstu cieto slodzi viskozos šķidrumos." [Vikašs, 2020]
- Izkliedēt
- Deaglomerācija
- Sadalīšanās / frēzēšana
- daļiņu izmēra samazināšana
- Nanodaļiņu sintēze un nokrišņi
- Virsmas funkcionalizācija
- Daļiņu modifikācija
Augstas veiktspējas ultraskaņas procesori nanodaļiņu dispersijai
Hielscher Ultrasonics ir jūsu uzticams piegādātājs uzticamām augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtām no laboratorijas un izmēģinājuma līdz pilnām rūpnieciskām sistēmām. Hielscher Ultrasonics’ Ierīcēm ir sarežģīta aparatūra, vieda programmatūra un izcila lietotājdraudzīgums – projektēts un ražots Vācijā. Hielscher robustās ultraskaņas mašīnas dispersijai, deagglomerācijai, nanodaļiņu sintēzei un funkcionalizācijai var darbināt 24/7/365 ar pilnu slodzi. Atkarībā no jūsu procesa un jūsu ražošanas iekārtas, mūsu ultrasonikatorus var palaist partijas vai nepārtrauktā in-line režīmā. Ir viegli pieejami dažādi piederumi, piemēram, sonotrodes (ultraskaņas zondes), pastiprinātāja ragi, plūsmas šūnas un reaktori.
Sazinieties ar mums tagad, lai iegūtu vairāk tehniskās informācijas, zinātniskos pētījumus, protokolus un citātu mūsu ultraskaņas nano-dispersijas sistēmām! Mūsu labi apmācītie, ilggadējie darbinieki ar prieku apspriedīs jūsu nano pielietojumu ar jums!
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:
Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
---|---|---|
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 |
n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
n.p. | Lielāku | kopa UIP16000 |
Literatūra / Atsauces
- Adám, Adele Anna; Szabados, M.; Varga, G.; Papp, Á.; Musza, K.; Kónya, Z.; Kukovecz, Á.; Sipos, P.; Pálinkó, I. (2020): Ultrasound-Assisted Hydrazine Reduction Method for the Preparation of Nickel Nanoparticles, Physicochemical Characterization and Catalytic Application in Suzuki-Miyaura Cross-Coupling Reaction. Nanomaterials 10(4), 2020.
- Siti Hajar Othman, Suraya Abdul Rashid, Tinia Idaty Mohd Ghazi, Norhafizah Abdullah (2012): Dispersion and Stabilization of Photocatalytic TiO2 Nanoparticles in Aqueous Suspension for Coatings Applications. Journal of Nanomaterials, Vol. 2012.
- Vikash, Vimal Kumar (2020): Ultrasonic-assisted de-agglomeration and power draw characterization of silica nanoparticles. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 65, 2020.
- Zanghellini,B.; Knaack,P.; Schörpf, S.; Semlitsch, K.-H.; Lichtenegger, H.C.; Praher, B.; Omastova, M.; Rennhofer, H. (2021): Solvent-Free Ultrasonic Dispersion of Nanofillers in Epoxy Matrix. Polymers 2021, 13, 308.
- Jeevanandam J., Barhoum A., Chan Y.S., Dufresne A., Danquah M.K. (2918): Review on nanoparticles and nanostructured materials: history, sources, toxicity and regulations. Beilstein Journal of Nanotechnology Vol. 9, 2018. 1050-1074.
- Guadagno, Liberata; Raimondo, Marialuigia; Lafdi, Khalid; Fierro, Annalisa; Rosolia, Salvatore; and Nobile, Maria Rossella (2014): Influence of Nanofiller Morphology on the Viscoelastic Properties of CNF/Epoxy Resins. Chemical and Materials Engineering Faculty Publications 9, 2014.
Fakti, kurus ir vērts zināt
Kas ir nanostrukturēti materiāli?
Nanostruktūra tiek definēta, ja vismaz viena sistēmas dimensija ir mazāka par 100nm. Citiem vārdiem sakot, nanostruktūra ir struktūra, ko raksturo tā vidējais lielums starp mikroskopisko un molekulāro mērogu. Lai pareizi aprakstītu diferencētas nanostruktūras, ir jānošķir nanomērogā esošo objekta tilpuma dimensiju skaits.
Zemāk varat atrast dažus svarīgus terminus, kas atspoguļo nanostrukturētu materiālu īpašās īpašības:
Nanomērogs: aptuveni 1 līdz 100 nm izmēru diapazons.
Nanomateriāls: materiāls ar jebkādām iekšējām vai ārējām struktūrām nanomēroga dimensijā. Termini nanodaļiņas un ultrasmalkās daļiņas (UFP) bieži tiek lietoti kā sinonīmi, lai gan ultrasmalkām daļiņām var būt daļiņu izmērs, kas sasniedz mikrometru diapazonu.
Nanoobjekts: materiāls, kam piemīt viena vai vairākas perifēras nanomēroga dimensijas.
Nanodaļiņas: nanoobjekts ar trim ārējām nanomēroga dimensijām
Nanošķiedra: ja nanomateriālā ir divi līdzīgi ārējie nanomēroga izmēri un trešā lielākā dimensija, to sauc par nanošķiedru.
Nanokompozīts: daudzfāzu struktūra ar vismaz vienu fāzi nanomēroga dimensijā.
Nanostruktūra: savstarpēji saistītu sastāvdaļu sastāvs nanomēroga reģionā.
Nanostrukturēti materiāli: materiāli, kas satur iekšējo vai virsmas nanostruktūru.
(sk. Jeevanandam et al., 2018)

Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no Lab līdz rūpnieciskais izmērs.