Nanodiamanten gedispergeerd in waterige suspensie met Sonicatie

Nanodiamantdispersies worden efficiënt en snel geproduceerd met ultrasone dispergeerapparaten. Ultrasone deaggregatie en dispersie van nanodiamanten kan betrouwbaar worden uitgevoerd in een waterige suspensie. De ultrasone dispersietechniek maakt gebruik van zout voor pH-modificatie en is daardoor een gemakkelijke, goedkope en verontreinigingsvrije techniek die gemakkelijk op industriële schaal kan worden gebruikt.

Nanodiamanten kunnen efficiënt en betrouwbaar worden gedispergeerd met Hielscher ultrasone machines.

Hoe werkt ultrasoon frezen en dispergeren van nanodiamanten?

Ultrasone dispersie gebruikt de nanodiamanten zelf als maalmedium. Akoestische cavitatie gegenereerd door ultrageluidsgolven met een hoog vermogen creëert vloeistofstromen met hoge snelheid. Deze vloeistofstromen versnellen de deeltjes (bijv. diamanten) in de slurry zodat de deeltjes botsen met een snelheid tot 280 km/s en versplinteren in minuscule nanodeeltjes. Dit maakt ultrasoon malen en dispergeren een gemakkelijke, goedkope en verontreinigingsvrije techniek, die nanodiamanten betrouwbaar deagglomereert tot deeltjes van nanoformaat die stabiel zijn in een waterige colloïdale oplossing in een breed pH-bereik. Zout (natriumchloride) wordt gebruikt om de nanodiamanten in een waterige slurry te stabiliseren.

Ultrasoon nanodiamant frezen overtreft parelmolens

Ultrasone molens van het sonde-type zijn zeer efficiënte molens en zijn een gevestigde maaltechniek voor de grootschalige productie van nanodiamantsuspensies op industriële schaal. Omdat ultrasone molens de nanodiamanten als maalmedium gebruiken, wordt verontreiniging door maalmedia, bijvoorbeeld door zirkoniumkorrels, volledig vermeden. In plaats daarvan versnellen ultrasone cavitatiekrachten de deeltjes zodat de nanodiamanten heftig met elkaar botsen en afbreken tot uniforme nanogrootte. Deze ultrasoon geïnduceerde botsing tussen de deeltjes is een zeer efficiënte en betrouwbare methode voor de productie van uniform verdeelde nanodispersies.
De ultrasone dispersie- en desaggregatiemethode maakt gebruik van in water oplosbare, niet-giftige en niet-verontreinigende additieven zoals natriumchloride of sacharose voor pH-regeling en stabilisatie van de ultrasone dispersie. Deze kristalstructuren van natriumchloride of sacharose fungeren bovendien als maalmedia en ondersteunen zo de ultrasone maalprocedure. Wanneer het maalproces is voltooid, kunnen deze additieven gemakkelijk worden verwijderd door eenvoudigweg af te spoelen met water, wat een opmerkelijk voordeel is ten opzichte van keramische parels. Bij het traditionele malen met korrels, zoals attritoren, worden onoplosbare keramische maalmedia gebruikt (bv. kogels, korrels of parels), waarvan de afgesleten resten de uiteindelijke dispersie verontreinigen. Het verwijderen van verontreiniging veroorzaakt door maalmedia vereist complexe nabewerking en is tijdrovend en kostbaar.

Ultrasone dispergeertechnologie produceert efficiënt waterige nanodiamantsuspensies met een smalle deeltjesgrootteverdeling.
(Studie en grafiek: ©Turcheniuk et al., 2016)

Voorbeeldprotocol voor ultrasone nanodiamantdispersie

Ultrasone desaggregatie van nanodiamanten in water met behulp van zout:
Een mengsel van 10 g natriumchloride en 0,250 g nanodiamantpoeder werd kort met de hand fijngemalen met een porseleinen mortier en stamper en in een glazen flesje van 20 ml gedaan, samen met 5 ml DI-water. Het bereide monster werd gesoneerd met een ultrasone sensor gedurende 100 minuten bij 60% uitgangsvermogen en 50% duty cycle. Na de sonificatie werd het monster gelijk verdeeld over twee plastic Falcon-centrifugebuizen van 50 ml en gedispergeerd in gedestilleerd water tot een totaal volume van 100 ml (2 × 50 ml). Elk monster werd vervolgens gecentrifugeerd met een Eppendorf centrifuge 5810-R bij 4000 rpm en 25°C gedurende 10 minuten en het heldere supernatant werd weggegooid. De natte ND-precipitaten werden vervolgens opnieuw gedispergeerd in gedestilleerd water (100 ml totaal volume) en een tweede keer gecentrifugeerd bij 12000 rpm en 25 °C gedurende 1 uur. Opnieuw werd het heldere supernatant weggegooid en de natte nanodiamantprecipitaten werden opnieuw gedispergeerd, deze keer in 5 ml gedestilleerd water voor karakterisering. Een standaard AgNO3-test toonde volledige afwezigheid van Cl^- in zout-ondersteunde ultrasonisch gedeaggregeerde nanodiamanten tweemaal gewassen met gedestilleerd water zoals hierboven beschreven. Na verdamping van het water uit de monsters werd de vorming van zwarte vaste nanodiamanten "chips" waargenomen met een opbrengst van ∼200 mg of 80% van de oorspronkelijke massa van de nanodiamanten. (zie onderstaande afbeelding)
(vgl. Turcheniuk et al., 2016)

Gedroogd monster od ultrasoon gedispergeerde nanodiamanten.
(Studie en grafiek: ©Turcheniuk et al., 2016)

Ultrasoneatoren met hoge prestaties voor nanodiamond-dispersies

Hielscher Ultrasonics ontwerpt, produceert en distribueert hoogwaardige ultrasone frees- en dispergeerapparatuur voor zware toepassingen, zoals de productie van nanodiamantslurries, polijstmedia en nanocomposieten. Hielscher ultrasone apparaten worden wereldwijd gebruikt voor het dispergeren van nanomaterialen in waterige colloïdale suspensies, polymeren, harsen, coatings en andere hoogwaardige materialen.
Hielscher ultrasone dispergeerders zijn betrouwbaar en efficiënt in het verwerken van lage tot hoge viscositeiten. Afhankelijk van de toegevoerde materialen en de beoogde uiteindelijke deeltjesgrootte kan de ultrasone intensiteit nauwkeurig worden aangepast voor optimale procesresultaten.
Om viskeuze pasta's, nanomaterialen en hoge concentraties vaste stof te kunnen verwerken, moet de ultrasone dispergeermachine continu hoge amplitudes kunnen produceren. Hielscher ultrasoontechniek’ Industriële ultrasone processors kunnen zeer hoge amplitudes leveren bij continue werking onder volledige belasting. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk 24/7 worden gebruikt. De mogelijkheid om een ultrasone dispergeerapparaat met hoge amplitudes te laten werken en de amplitude nauwkeurig aan te passen is nodig om de ultrasone procesomstandigheden aan te passen voor de optimale formulering van hooggevulde nanostromen, met nano's versterkte polymeermengsels en nanocomposieten.
Naast de ultrasone amplitude is druk een andere zeer belangrijke procesparameter. Onder verhoogde druk wordt de intensiteit van de ultrasone cavitatie en de bijbehorende schuifkrachten versterkt. Hielscher's ultrasoonreactoren kunnen onder druk worden gezet om intensievere sonificatieresultaten te verkrijgen.
Procesbewaking en gegevensregistratie zijn belangrijk voor continue processtandaardisatie en productkwaliteit. Insteekbare druk- en temperatuursensoren zijn verbonden met de ultrasone generator voor het bewaken en regelen van het ultrasone dispersieproces. Alle belangrijke procesparameters zoals ultrasone energie (netto + totaal), temperatuur, druk en tijd worden automatisch geprotocolleerd en opgeslagen op een ingebouwde SD-kaart. Door toegang te krijgen tot de automatisch geregistreerde procesgegevens kunt u eerdere sonicatieruns herzien en de procesresultaten evalueren.
Een andere gebruiksvriendelijke functie is de browserafstandsbediening van onze digitale ultrasone systemen. Via browserbesturing op afstand kunt u uw ultrasone processor overal vandaan starten, stoppen, afstellen en controleren.
Neem nu contact met ons op voor meer informatie over onze hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor malen en nano-dispersies!
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines: