Silīcija dioksīda nanodaļiņu ultraskaņas deagglomerācija

Silīcija dioksīda nanodaļiņas, piemēram, kūpināts silīcija dioksīds (piemēram, Aerosil), ir plaši izmantota piedeva dažādās nozarēs. Lai iegūtu pilnībā funkcionālu nanosilīcija dioksīdu ar vēlamajām materiāla īpašībām, silīcija dioksīda nanodaļiņām jābūt deaglomerētām un sadalītām kā vienas disperģētas daļiņas. Ir pierādīts, ka ultraskaņas deagglomerācija ir ļoti efektīva un uzticama metode, lai vienmērīgi sadalītu nanosiloksīdu kā vienas disperģētas daļiņas suspensijā.

Nanosildioksīds – Raksturojums un pielietojumi

Silīcija dioksīds (SiO₂) un jo īpaši silīcija dioksīda nanodaļiņas (Si-NPs) ir izplatītas piedevas daudzās nozarēs. Nano izmēra silīcija dioksīda daļiņas piedāvā ļoti lielu virsmas laukumu un izsaka unikālas daļiņu īpašības, kuras daudzās nozarēs tiek izmantotas dažādiem mērķiem. Piemēram, nanoizmēra SiO unikālās materiāla īpašības₂ tiek izmantoti, lai pastiprinātu (nano)kompozītus, betonu un citus materiālus. Kā piemērus var minēt pārklājumus uz nanosilica bāzes, kam piemīt ugunsdrošas īpašības, vai stiklu, kas pārklāts ar nanosildioksīdu, kas tādējādi iegūst pretatstarojošas īpašības. Celtniecības un celtniecības nozarē silīcija dioksīda izgarojumi (microsilica) un nanosilica tiek izmantoti kā ļoti pucolāns materiāls, ko izmanto, lai uzlabotu betona apstrādājamību, kā arī mehāniskās un izturības īpašības. Salīdzinot silīcija dioksīda izgarojumus un nanosilīcija dioksīdu, nanostrukturētais SiO₂ Pucolāns agrīnā stadijā ir aktīvāks nekā silīcija dioksīda izgarojumi, jo nanosiloksīda piedāvā ievērojami lielāku īpatnējo virsmas laukumu un smalkumu. Lielāks virsmas laukums piedāvā vairāk vietu, kur reaģēt ar betonu, un īpaši veicina uzlabotu betona mikrostruktūru, darbojoties kā kodols. Gāzes caurlaidība, betona izturības rādītājs, tiek uzlabota betonā, kas ir pastiprināts ar nanosilīcija dioksīdu, salīdzinot ar betonu, kas satur tradicionālos silīcija dioksīda dūmus.
Biomedicīnā un zinātnē par dzīvību SiO₂ Nanodaļiņas tiek plaši pētītas dažādiem lietojumiem, jo nanosilica lielais virsmas laukums, lieliskā bioloģiskā saderība un regulējamo poru izmērs piedāvā plašu jaunu lietojumu klāstu, tostarp zāļu piegādi un teranostiku.

Diagrammā parādīts nano-silīcija dioksīda daļiņu izmēra sadalījums pirms (zaļā līkne) un pēc (sarkanā līkne) ultraskaņas dispersija.

Ultraskaņas deagglomerācija un nano-silīcija dioksīda dispersija

Ultraskaņas deagglomerācijas un dispersijas darba princips ir balstīts uz ultrasoniski ģenerētas kavitācijas ietekmi, kas zinātniski pazīstama kā akustiskā kavitācija. Lieljaudas, zemas frekvences ultraskaņas pielietošana šķidrumos vai vircās var izraisīt akustisku kavitāciju un līdz ar to ekstremālus apstākļus, kas lokāli notiek kā ļoti augsts spiediens un temperatūra, un mikrostraumēšanu ar šķidruma strūklu līdz 280m? s. Šīs intensīvās ultraskaņas kavitācijas fiziskās un mehāniskās sekas izraisa eroziju daļiņu virsmā, kā arī daļiņu sagraušanu, izmantojot starpdaļiņu sadursmi. Šie intensīvie ultraskaņas? akustiskās kavitācijas spēki padara ultraskaņu par ļoti efektīvu un uzticamu metodi nano izmēra daļiņu deagglomerācijai un dispersijai kā nano-silīcija dioksīds, nanocaurules un citi nano materiāli.

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

Silīcija dioksīda ultraskaņas apstrāde ar augstu cieto koncentrāciju un viskozos šķidrumos

Nanodaļiņu izkliedēšana zemās koncentrācijās jau ir izaicinājums, jo ir jāpārvar ķīmiskie saistīšanas spēki, piemēram, jonu saites, kovalentās saites, ūdeņraža saites un van der Vāla mijiedarbība. Palielinoties nanodaļiņu, piemēram, nanosilīcija 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 viskozitāti un pat pastas ar ļoti augstu cieto koncentrāciju. Spēja apstrādāt vircas ar lielu cieto nanodaļiņu slodzi pārvērš ultrasonication par vēlamo nanomateriālu izkliedēšanas tehnoloģiju.
Hielscher rūpnieciskie ultrasonikatori var apstrādāt jūsu vircu vai ielīmēt nepārtrauktā in-line reaktorā, ja vien to var barot ar sūkni.

Silīcija dioksīda nanofluīdu ultraskaņas ražošana

(2012) sagatavoja silīcija dioksīda nanofluīdus, kas sagatavoti, izkliedējot silīcija dioksīda 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, sastāv no augstas enerģijas apstrādes ar ultraskaņas zondi 5 minūtes, pamata barotnēm (pH vērtības 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% cietās slodzes ļoti īsā laikā, pateicoties labajai dispersijai, kas panākta ar ultraskaņu.
“Of all the dispersion methods available, dispersion with ultrasonic probes has been confirmed as the most effective one.” (Modragon et al., 2012)
(2009) nonāca pie tāda paša secinājuma par Aerosil pulvera deagglomerāciju, konstatējot, ka ultraskaņas zonde ir visefektīvākā dispersijas sistēma, pateicoties ļoti fokusētajai enerģijai.

Ultrasonikatori silīcija dioksīda nanodaļiņu deagglomerācijai un dispersijai

Ja nanosilīcija dioksīdu izmanto rūpnieciskiem lietojumiem, pētniecībai vai materiālzinātnei, sausais silīcija dioksīda pulveris ir jāiekļauj šķidrā fāzē. Nanosilīcija dioksīda dispersijai nepieciešama uzticama un efektīva izkliedēšanas tehnika, kas izmanto pietiekami daudz enerģijas, lai deaglomerētu atsevišķas silīcija dioksīda daļiņas. Ultrasonikatori ir labi pazīstami kā spēcīgi un uzticami disperģētāji, tāpēc tos izmanto, lai deaglomerētu un izplatītu dažādus materiālus, piemēram, silīcija dioksīdu, nanocaurules, grafēnu, minerālus un daudzus citus materiālus viendabīgi šķidrā fāzē.

Hielscher Ultrasonics projektē, ražo un izplata augstas veiktspējas ultraskaņas izkliedētājus jebkura veida homogenizācijas un deagglomerācijas 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’ processors give you full control over all important processing parameters such as energy input, ultrasonic intensity, amplitude, pressure, temperature and retention time. Thereby, you can adjust the parameters to optimized conditions, which leads subsequently to high-quality nano-dispersion such as nanosilica slurries.
Jebkuram tilpumam? ietilpībai: Hielscher piedāvā ultrasonikatorus un plašu piederumu portfeli. Tas ļauj konfigurēt ideālu ultraskaņas sistēmu jūsu lietojumam un ražošanas jaudai. No maziem flakoniem, kas satur dažus mililitrus, līdz liela tilpuma plūsmām tūkstošiem galonu stundā, Hielscher piedāvā piemērotu ultraskaņas risinājumu jūsu procesam.
Stabilitāti: Mūsu ultraskaņas sistēmas ir izturīgas un uzticamas. Visi Hielscher ultrasonikatori ir būvēti 24/7/365 darbībai un prasa ļoti nelielu apkopi.
Lietotājdraudzīgums: Mūsu ultraskaņas ierīču izstrādātā programmatūra ļauj iepriekš izvēlēties un saglabāt ultraskaņas iestatījumus vienkāršai un uzticamai ultraskaņas apstrādei. Intuitīvā izvēlne ir viegli pieejama, izmantojot digitālu krāsainu skārienekrānu. Attālā pārlūka vadība ļauj darboties un uzraudzīt, izmantojot jebkuru interneta pārlūkprogrammu. Automātiska datu ierakstīšana saglabā procesa parametrus jebkurai ultraskaņas apstrādei, kas tiek veikta ar iebūvētu SD karti.
Lieliska energoefektivitāte: Salīdzinot ar alternatīvām dispersijas tehnoloģijām, Hielscher ultrasonikatori izceļas ar izcilu energoefektivitāti un izciliem rezultātiem daļiņu izmēra sadalījumā.

Diagramma parāda silīcija dioksīda ultraskaņas dispersijas būtisko priekšrocību ar Hielscher UIP1000, salīdzinot ar ultra-turrax. Ultrasonication prasa mazāk enerģijas un sasniedz krasi mazākas daļiņas, kas ir silīcija dioksīda izmērs.

Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu: