Nanodiamanten gedispergeerd in waterige suspensie met Sonicatie

Nanodiamantdispersies worden efficiënt en snel geproduceerd met behulp van ultrasone dispersoren. 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 toegepast.

Nanodiamanten kunnen efficiënt en betrouwbaar worden gedispergeerd met behulp van Hielscher ultrasoontoestellen.

Hoe werkt het ultrasoon frezen en verspreiden van nanodiamanten?

Ultrasone dispersie gebruikt de nanodiamanten zelf als maalmedium. Akoestische cavitatie, opgewekt door ultrageluidsgolven met hoog vermogen, creëert vloeistofstromen met hoge snelheid. Deze vloeistofstromen versnellen de deeltjes (bv. diamanten) in de slurry, zodat de deeltjes met een snelheid tot 280 km/s botsen en uiteenvallen in minuscule deeltjes van nanogrootte. Dit maakt ultrasoon malen en dispergeren tot een gemakkelijke, goedkope en verontreinigingsvrije techniek, die nanodiamanten betrouwbaar deagglomereert tot nanodeeltjes 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. Aangezien ultrasone molens de nanodiamanten als maalmedia gebruiken, wordt verontreiniging door maalmedia, bijvoorbeeld door zirkoniumkorrels, volledig vermeden. In plaats daarvan versnellen ultrasone cavitatiekrachten de deeltjes, zodat de nanodiamanten heftig met elkaar in botsing komen 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 te spoelen met water, wat een opmerkelijk voordeel is ten opzichte van een proces met keramische korrels. Bij het traditionele malen met korrels, zoals attritors, worden onoplosbare keramische maalmedia gebruikt (bv. kogels, korrels of parels), waarvan de afgeschuurde resten de uiteindelijke dispersie verontreinigen. Het verwijderen van verontreiniging door maalmedia vereist complexe nabewerking en is zowel tijdrovend als kostbaar.

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

Voorbeeld van een protocol 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 met de hand kort gemalen 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 met een ultrasoonapparaat van het probe-type gedurende 100 minuten bij een uitgangsvermogen van 60% en een duty cycle van 50% gesoneerd. Na de sonificatie werd het monster gelijkmatig verdeeld over twee plastic Falcon-centrifugebuizen van 50 mL en gedispergeerd in gedistilleerd 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 gedistilleerd water (100 mL totaal volume) en een tweede maal gecentrifugeerd bij 12000 rpm en 25 °C gedurende 1 uur. Het heldere supernatant werd opnieuw weggegooid en de natte nanodiamantprecipitaten werden opnieuw gedispergeerd, ditmaal in 5 mL gedistilleerd water voor karakterisering. Een standaard AgNO3-test toonde volledige afwezigheid van Cl^- in met zout ondersteund ultrasoon gedeaggregeerd nanodiamant, 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 foto)
(cf. Turcheniuk et al., 2016)

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

Ultrasoneatoren met hoge prestaties voor nanodiamantdispersies

Hielscher Ultrasonics ontwerpt, produceert en distribueert hoogwaardige ultrasone maal- 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 stoffen te kunnen verwerken, moet de ultrasone dispergeerder in staat zijn om continu hoge amplitudes te produceren. Hielscher Ultrasonics’ industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren bij continue werking onder volledige belasting. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk worden gehanteerd bij een 24/7 werking. De mogelijkheid om een ultrasone dispergeerder met hoge amplitudes te laten werken en de amplitude nauwkeurig aan te passen is nodig om de ultrasone procescondities aan te passen voor de optimale formulering van hooggevulde nanostromen, met nano's versterkte polymeermengsels en nanocomposieten.
Naast de ultrasone amplitude is de druk een andere zeer belangrijke procesparameter. Onder verhoogde druk wordt de intensiteit van de ultrasone cavitatie en de bijbehorende afschuifkrachten geïntensiveerd. Hielscher's ultrasone reactoren kunnen onder druk worden gezet, waardoor intensievere sonicatieresultaten worden verkregen.
Procescontrole en gegevensregistratie zijn belangrijk voor continue processtandaardisatie en productkwaliteit. Insteekbare druk- en temperatuursensoren bedraden de ultrasone generator voor het bewaken en controleren 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 tot de automatisch geregistreerde procesgegevens kunt u eerdere sonicatieruns herzien en de procesresultaten evalueren.
Een andere gebruiksvriendelijke functie is de browser-afstandsbediening van onze digitale ultrasoon systemen. Via browserbesturing op afstand kunt u uw ultrasoonprocessor overal vandaan starten, stoppen, instellen en controleren.
Neem nu contact met ons op voor meer informatie over onze hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor malen en nano-dispersies!
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: