Silīcija nanodaļiņas, piemēram, fumed silīcija dioksīds (piemēram, Aerosil), ir plaši izmantota piedeva dažādās nozarēs. Lai iegūtu pilnībā funkcionālu nanosilica ar vēlamajām materiāla īpašībām, silīcija dioksīda nanodaļiņas ir jāatdala un jāsadala kā viendispersas daļiņas. Ir pierādīts, ka ultraskaņas deagglomeration ir ļoti efektīvs un uzticams paņēmiens, lai vienmērīgi sadalītu nanosilica kā atsevišķi izkliedētas daļiņas suspensijā.

Nanosilica (nanosilica) – Raksturojums un pielietojums

Silīcija dioksīds (SiO₂), un jo īpaši silīcija nanodaļiņas (Si-NPs) ir izplatītas piedevas daudzās nozarēs. Nano izmēra silīcija dioksīda daļiņas piedāvā ļoti lielu virsmas laukumu un izsaka unikālas daļiņu īpašības, kas daudzās nozarēs tiek izmantotas dažādiem mērķiem. Piemēram, nanoizmēra SiO unikālās materiāla īpašības₂ lai pastiprinātu (nano)kompozītus, betonu un citus materiālus. Piemēri ir nanosilica bāzes pārklājumi, kas piedāvā ugunsdrošas īpašības vai stiklu, kas pārklāts ar nanosilica, kas tādējādi iegūst antireflektīvas īpašības. Celtniecības un būvniecības nozarē silīcija dioksīds (microsilica) un nanosilica tiek izmantoti kā ļoti pozzolanic materiāls, ko izmanto, lai uzlabotu betona darbspēju, kā arī mehāniskās un izturības īpašības. Salīdzinot silīcija dioksīda izgarojumus un nanosilica, nanostrukturētais SiO₂ pozzolāns ir aktīvāks agrīnā stadijā nekā silīcija dioksīda izgarojumu, jo nanosilica piedāvā ievērojami lielāku īpatnējo virsmas laukumu un smalkumu. Lielāka virsmas platība piedāvā vairāk vietu, lai reaģētu ar betonu, un īpaši veicina uzlabotu betona mikrostruktūru, darbojoties kā kodols. Gāzes caurlaidība, kas ir betona ilgmūžības rādītājs, tiek uzlabota betonā, kas ir pastiprināts ar nano-silīcija dioksīdu, salīdzinot ar betonu, kas satur tradicionālos silīcija dioksīda izgarojumus.
Biomedicīnā un dzīvības zinātnē SiO₂ nanodaļiņas tiek plaši pētītas dažādiem lietojumiem, jo nanosilica augstais virsmas laukums, lieliskā bioloģiskā saderība un noskaņojamo poru izmērs piedāvā plašu jaunu lietojumu klāstu, tostarp zāļu piegādi un eranostiku.

Diagramma parāda nano-silīcija dioksīda daļiņu izmēru sadalījumu pirms (zaļā līkne) un pēc (sarkanā līkne) ultraskaņas dispersijas.

Ultraskaņas deagglomerācija un nano-silīcija dioksīda dispersija

Ultraskaņas deagglomeration un dispersijas darba princips ir balstīts uz ultrasoniski radītas kavitācijas ietekmi, kas zinātniski pazīstama kā akustiskā kavitācija. Lielas jaudas, zemas frekvences ultraskaņas izmantošana šķidrumos vai vircas var izraisīt akustisko kavitāciju un tādējādi ekstremālus apstākļus, kas notiek lokāli kā ļoti augsts spiediens un temperatūra, un mikroplūsma ar šķidrām strūklām līdz 280m / s. Šie intensīvi fiziskie un mehāniskie ultraskaņas kavitācijas efekti izraisa eroziju daļiņu virsmā, kā arī daļiņu sašķaidīšana starpdaļiņu sadursmē. Šie intensīvie ultraskaņas / akustiskās kavitācijas spēki padara ultraskaņu par ļoti efektīvu un uzticamu metodi nano izmēra daļiņu deaglomerācijai un dispersijas procesam, piemēram, nano-silīcija dioksīds, nanocaurules un citi nano materiāli.

Ultrasoniski deaglomerēta nano-silīcija dioksīda daļiņu izmēra sadalījums (izmantojot Hielscher UP400St ultrasonicator) ūdenī pa a) 1 wt%, b) 2 wt%, c) 5 wt% un d) 10 wt% Aerosil 200 dažādos laika intervālos.
Pētījums un grafiki: Vikash 2020.

Silīcija dioksīda ultraskaņas apstrāde ar augstu cieto koncentrāciju un viskozos šķidrumos

Nanodaļiņu izkliedēšana zemā koncentrācijā jau ir sarežģīta, jo ir jāpārvar ķīmiskie savienošanas spēki, piemēram, jonu saites, kovalentās saites, ūdeņraža saites un van der Vālsa mijiedarbība. Palielinoties nanodaļiņu, piemēram, nano-silīcija dioksīda daļiņu, koncentrācijai, ievērojami palielinās arī ķīmiskā mijiedarbība starp nanodaļiņām. Tas nozīmē, ka spēcīga dispersijas tehnika ir būtiska, lai iegūtu labus, ilgtermiņa stabilus dispersijas rezultātus. Ultraskaņas izkliedētāji tiek izmantoti kā uzticama un ļoti efektīva dispersijas metode, kas viegli spēj apstrādāt vircas ar augstu viskozitātes un pat pastas ar ļoti augstu cieto koncentrāciju. Spēja apstrādāt vircas ar augstu cieto nanodaļiņu slodzi pārvērš ultrasonication par vēlamo nanomateriālu izkliedēšanas tehnoloģiju.
Hielscher rūpnieciskie ultrasonikatori var apstrādāt jūsu vircu vai pastu nepārtrauktā in-line reaktorā, ja vien to var barot ar sūkni.

Silīcija nanofluīdu ultraskaņas ražošana

(2012) sagatavoti silīcija nanofluīdi, kas sagatavoti, disperģējot silīcija nanodaļiņas destilētā ūdenī, izmantojot zondes tipa ultrasonikators UP400S. Lai ražotu stabilus silīcija dioksīda nanofluīdus ar noteiktu cietu saturu (t. i., 20%), ar zemu viskozitāti un līdzīgu šķidruma uzvedību, 5 minūtes veic augstas enerģijas apstrādi ar ultraskaņas zondi, pamatvielām (pH vērtības ir augstākas par 7) un bez sāls pievienošanas. Ultraskaņas dispersija izraisīja nanofluīdus ar zemu viskozitāti. Ultrasoniski sagatavotie nanofluīdi uzvedās kā šķidrums un tika sagatavoti ar 20% cietu slodzi ļoti īsā laikā, pateicoties labai dispersijas, kas panākta ar ultraskaņu.
"No visām pieejamajām dispersijas metodēm kā visefektīvākā ir apstiprināta dispersija ar ultraskaņas zondēm." (Modragon et al., 2012)
(2009) nonāca pie tāda paša secinājuma par Aerosil pulvera deaglomerāciju, konstatējot, ka ultraskaņas zonde ir visefektīvākā dispersijas sistēma ļoti koncentrētās enerģijas dēļ.

Ultrasonikatori silīcija nanodaļiņu deaglomerācijai un dispersijas

Ja nano-silīcija dioksīdu izmanto rūpnieciskos lietojumos, pētniecībā vai materiālzinātnē, sauso silīcija oksīda pulveri imusu iekļauj šķidrā fāzē. Nano-silīcija dispersija prasa uzticamu un efektīvu izkliedēšanas tehniku, kas izmanto pietiekami daudz enerģijas, lai deaglomerētu atsevišķas silīcija dioksīda daļiņas. Ultrasonikatori ir labi pazīstami kā spēcīgi un uzticami izkliedētāji, tāpēc tos izmanto, lai deaglomerētu un izplatītu dažādus materiālus, piemēram, silīcija dioksīdu, nanocaurules, grafēnu, minerālvielas un daudzus citus materiālus, kas viendabīgi nonāk šķidrā fāzē.

Hielscher Ultrasonics projektē, ražo un izplata augstas veiktspējas ultraskaņas izkliedētājus jebkura veida homogenizācijas un deaglomerācijas lietojumiem. Kad runa ir par nano dispersiju ražošanu, precīza ultraskaņas kontrole un uzticama nanodaļiņu suspensijas ultraskaņas apstrāde ir būtiska, lai iegūtu augstas veiktspējas produktus.
Hielscher Ultrasonics procesori dod jums pilnīgu kontroli pār visiem svarīgajām apstrādes parametriem, piemēram, enerģijas ievadi, ultraskaņas intensitāti, amplitūdu, spiedienu, temperatūru un aiztures laiku. Tādējādi jūs varat pielāgot parametrus optimizētiem apstākļiem, kas pēc tam noved pie augstas kvalitātes nano dispersijas, piemēram, nanosilica vircas.
Jebkuram tilpumam / ietilpībai: Hielscher piedāvā ultrasonikatorus un plašu piederumu portfeli. Tas ļauj konfigurēt ideālo ultraskaņas sistēmu jūsu pielietojumam un ražošanas jaudai. No maziem flakoniem, kas satur dažus mililitrus, līdz liela apjoma plūsmām tūkstošiem galonu stundā, Hielscher piedāvā piemērotu ultraskaņas risinājumu jūsu procesam.
Stabilitāti: Mūsu ultraskaņas sistēmas ir spēcīgas un uzticamas. Visi Hielscher ultrasonikatori ir būvēti 24/7/365 darbībai un prasa ļoti maz apkopes.
Lietotājdraudzīgumu: Mūsu ultraskaņas ierīču izstrādātā programmatūra ļauj iepriekš izvēlēties un saglabāt ultraskaņas iestatījumus vienkāršai un uzticamai apstrādei ar ultraskaņu. Intuitīvā izvēlne ir viegli pieejama, izmantojot digitālu krāsainu skārienjutīgo displeju. Attālinātā pārlūkprogrammas vadība ļauj darboties un uzraudzīt, izmantojot jebkuru interneta pārlūkprogrammu. Automātiskā datu ierakstīšana saglabā procesa parametrus jebkurai ultraskaņas palaišanai iebūvētā SD kartē.
Izcila energoefektivitāte: Salīdzinot ar alternatīvām dispersijas tehnoloģijām, Hielscher ultrasonikatori izceļas ar izcilu energoefektivitāti un izciliem rezultātiem daļiņu izmēra sadalījumā.

Diagramma parāda ievērojamu silīcija dioksīda ultraskaņas dispersijas priekšrocību ar Hielscher UIP1000, salīdzinot ar ultra-turrax. Ultrasonication prasa mazāk enerģijas un sasniedz krasi mazākas daļiņas izmēru silīcija dioksīdu.

Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu: