Krachtig ultrageluid voor de behandeling van deeltjes: toepassingsnotities

Om hun eigenschappen volledig tot uiting te laten komen, moeten deeltjes worden gedeagglomereerd en gelijkmatig worden gedispergeerd, zodat hun oppervlak beschikbaar is. Krachtige ultrasone krachten staan bekend als betrouwbare hulpmiddelen voor dispergeren en malen die deeltjes verkleinen tot submicron- en nanogrootte. Bovendien maakt sonicatie het mogelijk deeltjes te modificeren en te functionaliseren, bijvoorbeeld door nanodeeltjes van een metaallaag te voorzien.

Hieronder vindt u een selectie van deeltjes en vloeistoffen met bijbehorende aanbevelingen voor de behandeling van het materiaal om de deeltjes met een ultrasone homogenisator te malen, te dispergeren, te deagglomereren of te modificeren.

Hoe u uw poeders en deeltjes voorbereidt met krachtige sonicatie.

In alfabetische volgorde:

Aerosil

Ultrasone toepassing:
Dispersies van Silica Aerosil OX50-deeltjes in Millipore-water (pH 6) werden bereid door 5,0 g poeder in 500 mL water te dispergeren met de ultrasone processor met hoge intensiteit UP200S (200W; 24kHz). De silicadispersies werden bereid in een oplossing in gedestilleerd water (pH = 6), onder ultrasone bestraling met de UP200S gedurende 15 min., gevolgd door krachtig roeren gedurende 1 h. HCl werd gebruikt om de pH aan te passen. Het gehalte aan vaste stoffen in de dispersies was 0,1% (w/v).
Aanbevolen apparaat:
UP200S
Referentie/onderzoeksartikel:
Licea-Claverie, A.; Schwarz, S.; Steinbach, Ch.; Ponce-Vargas, S. M.; Genest, S. (2013): Combinatie van natuurlijke en thermogevoelige polymeren bij de flocculatie van fijne silicadispersies. International Journal of Carbohydrate Chemistry 2013.

Al₂O₃-waternanovloeistoffen

Ultrasone toepassing:
Al₂O₃-waternanovloeistoffen kunnen met de volgende stappen worden bereid: weeg eerst met een digitale elektronische balans de massa van de nanodeeltjes van Al₂O₃ . Voeg vervolgens aan het afgewogen gedestilleerde water geleidelijk nanodeeltjes toe van Al₂O₃ en roer het mengsel van Al₂O₃-water. Soniceer het mengsel continu gedurende 1h met het ultrasone apparaat met sonde UP400S (400W, 24kHz) om een uniforme dispersie van nanodeeltjes in gedestilleerd water te verkrijgen.
De nanovloeistoffen kunnen met verschillende fracties (0,1%, 0,5% en 1%) worden bereid. Er zijn geen oppervlakteactieve stoffen of pH-aanpassingen nodig.
Aanbevolen apparaat:
UP400S
Referentie/onderzoeksartikel:
Isfahani, A. H. M.; Heyhat, M. M. (2013): Experimenteel onderzoek naar de stroming van nanovloeistoffen in een micromodel als poreus medium. International Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9/2, 2013. 77–84.

Ultrasone dispersie van aluminiumoxide (Al2O3) resulteert in een aanzienlijke verkleining van de deeltjesgrootte en een uniforme dispersie.

Silicadeeltjes met een coating van Bohemite

Ultrasone toepassing:
Silicadeeltjes worden voorzien van een laag boehmiet: om een volkomen schoon oppervlak zonder organische stoffen te verkrijgen, worden de deeltjes tot 450°C verhit. Nadat de deeltjes zijn gemalen om de agglomeraten uiteen te breken, wordt een waterige suspensie van 6 vol% (≈70 ml) bereid en bij een pH van 9 gestabiliseerd door drie druppels ammoniumoplossing toe te voegen. De suspensie wordt vervolgens gedeagglomereerd door sonicatie met een UP200S bij een amplitude van 100% (200 W) gedurende 5 min. Nadat de oplossing tot boven 85°C was verhit, werd 12,5 g aluminium-sec-butoxide toegevoegd. De temperatuur wordt gedurende 90 min. op 85–90°C gehouden en de suspensie wordt tijdens de gehele procedure met een magneetroerder geroerd. Daarna wordt de suspensie voortdurend geroerd totdat deze tot onder 40°C is afgekoeld. Vervolgens werd de pH-waarde door toevoeging van zoutzuur op 3 ingesteld. Direct daarna wordt de suspensie in een ijsbad gesoniceerd. Het poeder wordt gewassen door verdunning en daaropvolgende centrifugatie. Na verwijdering van het supernatant worden de deeltjes in een droogoven bij 120°C gedroogd. Ten slotte worden de deeltjes gedurende 3 uur bij 300°C thermisch behandeld.
Aanbevolen apparaat:
UP200S
Referentie/onderzoeksartikel:
Wyss, H. M. (2003): Microstructuur en mechanisch gedrag van geconcentreerde deeltjesgels. Proefschrift Swiss Federal Institute of Technology 2003. p.71.

Synthese van nanocomposieten van cadmium(II)-thioacetamide

Ultrasone toepassing:
Nanocomposieten van cadmium(II)-thioacetamide werden via een sonochemische route gesynthetiseerd in aanwezigheid en afwezigheid van polyvinylalcohol. Voor de sonochemische synthese (sonosynthese) werden 0,532 g cadmium(II)acetaatdihydraat (Cd(CH3COO)2.2H2O), 0,148 g thioacetamide (TAA, CH3CSNH2) en 0,664 g kaliumjodide (KI) opgelost in 20mL dubbel gedestilleerd gedeïoniseerd water. Deze oplossing werd gesoniceerd met de krachtige sonicator met sonde UP400S (24 kHz, 400W) bij kamertemperatuur gedurende 1 h. Tijdens de sonicatie van het reactiemengsel steeg de temperatuur tot 70–80degC, gemeten met een ijzer–constantin-thermokoppel. Na één uur ontstond een heldergele neerslag. Deze werd door centrifugatie (4.000 rpm, 15 min) geïsoleerd, gewassen met dubbel gedestilleerd water en vervolgens met absolute ethanol om resterende verontreinigingen te verwijderen, en ten slotte aan de lucht gedroogd (opbrengst: 0,915 g, 68%). Ontledingspunt 200°C. Voor de bereiding van het polymere nanocomposiet werd 1,992 g polyvinylalcohol opgelost in 20 mL dubbel gedestilleerd gedeïoniseerd water en vervolgens aan de bovenstaande oplossing toegevoegd. Dit mengsel werd ultrasoon bestraald met de UP400S gedurende 1 h, waarbij een helderoranje product ontstond.
De SEM-resultaten toonden aan dat de deeltjesgrootte in aanwezigheid van PVA afnam van ongeveer 38 nm tot 25 nm. Vervolgens synthetiseerden we hexagonale CdS-nanodeeltjes met een bolvormige morfologie door thermische ontleding van het polymere nanocomposiet, met cadmium(II)-thioacetamide/PVA als precursor. De grootte van de CdS-nanodeeltjes werd zowel met XRD als met SEM gemeten en de resultaten kwamen zeer goed met elkaar overeen.
Ranjbar et al. (2013) ontdekten ook dat het polymere Cd(II)-nanocomposiet een geschikte precursor is voor de bereiding van cadmiumsulfidenanodeeltjes met interessante morfologieën. Alle resultaten lieten zien dat ultrasone synthese met succes kan worden toegepast als een eenvoudige, efficiënte, goedkope, milieuvriendelijke en zeer veelbelovende methode voor de synthese van materialen op nanoschaal, zonder dat bijzondere omstandigheden nodig zijn, zoals hoge temperatuur, lange reactietijden en hoge druk.
Aanbevolen apparaat:
UP400S
Referentie/onderzoeksartikel:
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013): Synthese en karakterisering van nanocomposieten van cadmium-thioacetamide. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203–212.

CaCO₃

Ultrasone toepassing:
Ultrasoon coaten van op nanoschaal geprecipiteerd CaCO₃ (NPCC) met stearinezuur werd uitgevoerd om de dispersie ervan in polymeer te verbeteren en agglomeratie te verminderen. 2g ongecoat, op nanoschaal geprecipiteerd CaCO₃ (NPCC) werd gesoniceerd met een UP400S in 30ml ethanol. 9 wt% stearinezuur werd opgelost in ethanol. Ethanol met staeric-zuur werd vervolgens gemengd met de gesoniceerde suspensie.
Aanbevolen apparaat:
UP400S met sonotrode (H22D) met een diameter van 22mm en een doorstroomcel met koelmantel
Referentie/onderzoeksartikel:
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009): Effecten van ultrageluid bij het coaten van op nanoschaal geprecipiteerd CaCO3 met stearinezuur. Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering 4/5, 2009. 807–813.

Cellulosenanokristallen

Ultrasone toepassing:
Cellulosenanokristallen (CNC) bereid uit eucalyptuscellulose-CNC’s: cellulosenanokristallen bereid uit eucalyptuscellulose werden gemodificeerd door een reactie met methyladipoylchloride, CNCm, of met een mengsel van azijnzuur en zwavelzuur, CNCa. Daarom werden gevriesdroogde CNC’s, CNCm en CNCa opnieuw gedispergeerd in zuivere oplosmiddelen (EA, THF of DMF) bij 0,1 wt%, door een nacht lang magnetisch te roeren bij 24 ± 1 degC, gevolgd door 20 min. sonicatie met de sonicator met sonde UP100H. De sonicatie werd uitgevoerd met een intensiteit van 130 W/cm² bij 24 ± 1 degC. Daarna werd CAB aan de CNC-dispersie toegevoegd, zodat de uiteindelijke polymeerconcentratie 0,9 wt% was.
Aanbevolen apparaat:
UP100H
Referentie/onderzoeksartikel:
Blachechen, L. S.; de Mesquita, J. P.; de Paula, E. L.; Pereira, F. V.; Petri, D. F. S. (2013): Wisselwerking tussen de colloïdale stabiliteit van cellulosenanokristallen en hun dispergeerbaarheid in een matrix van celluloseacetaatbutyraat. Cellulose 20/3, 2013. 1329–1342.

Met ceriumnitraat gedoteerd silaan

Ultrasone toepassing:
Koudgewalste koolstofstalen panelen (6,5cm 6,5cm 0,3cm; chemisch gereinigd en mechanisch gepolijst) werden als metalen substraten gebruikt. Vóór het aanbrengen van de coating werden de panelen ultrasoon gereinigd met aceton en vervolgens gedurende 10 min. bij 60°C gereinigd met een alkalische oplossing (0,3molL 1 NaOH-oplossing). Voor gebruik als primer werd voorafgaand aan de voorbehandeling van het substraat een gebruikelijke formulering met 50 delen γ-glycidoxypropyltrimethoxysilaan (γ-GPS) verdund met ongeveer 950 delen methanol, bij pH 4,5 (aangepast met azijnzuur), waarna het silaan kon hydrolyseren. De bereidingsprocedure voor gedoteerd silaan met ceriumnitraatpigmenten was hetzelfde, behalve dat 1, 2, 3 wt% ceriumnitraat vóór toevoeging van (γ-GPS) aan de methanoloplossing werd toegevoegd. Vervolgens werd deze oplossing met een propellerroerder bij 1600 rpm gedurende 30 min. bij kamertemperatuur gemengd. Daarna werden de dispersies met ceriumnitraat gedurende 30 min bij 40°C gesoniceerd met een extern koelbad. Het sonicatieproces werd uitgevoerd met de sonicator UIP1000hd (1000W, 20 kHz) met een toegevoerd ultrasoon vermogen van ongeveer 1 W/mL. De voorbehandeling van het substraat werd uitgevoerd door elk paneel gedurende 100 sec. met de desbetreffende silaanoplossing te spoelen. Na de behandeling mochten de panelen gedurende 24 h bij kamertemperatuur drogen. Vervolgens werden de voorbehandelde panelen voorzien van een tweecomponentenepoxy met amine-uitharding. (Epon 828, shell Co.) om een natte laagdikte van 90μm te verkrijgen. De panelen met epoxycoating mochten gedurende 1h bij 115°C uitharden; na het uitharden van de epoxycoatings was de droge laagdikte ongeveer 60μm.
Aanbevolen apparaat:
UIP1000hd
Referentie/onderzoeksartikel:
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013): Elektrochemische effecten van silaanvoorbehandelingen met ceriumnitraat op de eigenschappen van kathodische onthechting van staal met epoxycoating. Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013. 2411–2420.

Klei: dispersie/fractionering

Ultrasone toepassing:
Fractionering op deeltjesgrootte: om deeltjes kleiner dan 1 μm te isoleren van deeltjes van 1–2 μm, werden deeltjes met kleigrootte (kleiner dan 2 μm) gescheiden in een ultrasoon veld en door daaropvolgende toepassing van verschillende sedimentatiesnelheden.
De deeltjes met kleigrootte (kleiner dan 2 μm) werden gescheiden door sonicatie met een energietoevoer van 300 J mL^-1 (1 min.) met de ultrasone desintegrator met sonde UP200S (200W, 24kHz), uitgerust met sonotrode S7 met een diameter van 7 mm. Na de ultrasone bestraling werd het monster gedurende 3 min. gecentrifugeerd bij 110 x g (1000 rpm). De bezonken fase (fractioneringsrest) werd vervolgens gebruikt voor dichtheidsfractionering om de fracties met lage dichtheid te isoleren. De verkregen drijvende fase (fractie kleiner dan 2 μm) werd overgebracht naar een andere centrifugebuis en gedurende 10 min. gecentrifugeerd bij 440 x g (2000 rpm) om de fractie kleiner dan 1 μm (supernatant) te scheiden van de fractie van 1–2 μm (sediment). Het supernatant met de fractie kleiner dan 1 μm werd naar een andere centrifugebuis overgebracht en na toevoeging van 1 mL MgSO₄ gedurende 10 min gecentrifugeerd bij 1410 x g (4000 rpm) om het resterende water af te gieten.
Om oververhitting van het monster te voorkomen, werd de procedure 15 keer herhaald.
Aanbevolen apparaat:
UP200S met S7 of UP200St met S26d7
Referentie/onderzoeksartikel:
Jakubowska, J. (2007): Effect van het type irrigatiewater op fracties van organische stof in de bodem (SOM) en hun interacties met hydrofobe verbindingen. Proefschrift Martin-Luther University Halle-Wittenberg 2007.

Klei: exfoliatie van anorganische klei

Ultrasone toepassing:
Anorganische klei werd geëxfolieerd om nanocomposieten op basis van pullulaan voor de coatingdispersie te bereiden. Hiervoor werd een vaste hoeveelheid pullulaan (4 wt% op natte basis) gedurende 1 h bij 25degC in water opgelost onder zacht roeren (500 rpm). Tegelijkertijd werd kleipoeder, in een hoeveelheid van 0,2 tot 3,0 wt%, gedurende 15 minuten in water gedispergeerd onder krachtig roeren (1000 rpm). De resulterende dispersie werd gesoniceerd met het ultrasone apparaat UP400S (vermogen_max = 400 W; frequentie = 24 kHz), uitgerust met een titanium sonotrode H14, diameter van de tip 14 mm, amplitude_max = 125 μm; oppervlakte-intensiteit = 105 Wcm^-2) onder de volgende omstandigheden: 0,5 cycli en 50% amplitude. De duur van de ultrasone behandeling varieerde volgens de experimentele opzet. De organische pullulaanoplossing en de anorganische dispersie werden vervolgens onder zacht roeren (500 rpm) nog eens 90 minuten met elkaar gemengd. Na het mengen kwamen de concentraties van de twee componenten overeen met een anorganische/organische (I/O) verhouding van 0,05 tot 0,75. De grootteverdeling in de waterige dispersie van de kleisoort Na⁺-MMT werd vóór en na de ultrasone behandeling bepaald met een IKO-Sizer CC-1-analyser voor nanodeeltjes.
Voor een vaste hoeveelheid klei bleek de meest effectieve sonicatietijd 15 minuten te zijn, terwijl een langere ultrasone behandeling de waarde van P’O₂ verhoogt (door reaggregatie). Deze waarde neemt bij de hoogste sonicatietijd (45 min) weer af, vermoedelijk door fragmentatie van zowel plaatjes als tactoïden.
Volgens de experimentele opstelling in het proefschrift van Introzzi werd een energieafgifte per eenheid van 725 Ws mL^-1 berekend voor de behandeling van 15 minuten, terwijl een verlengde sonicatietijd van 45 minuten een energieverbruik per eenheid van 2060 Ws mL^-1 opleverde. Dit zou een vrij grote energiebesparing gedurende het gehele proces mogelijk maken, die uiteindelijk tot uiting zal komen in de uiteindelijke verwerkingskosten.
Aanbevolen apparaat:
UP400S met sonotrode H14
Referentie/onderzoeksartikel:
Introzzi, L. (2012): Ontwikkeling van biopolymeercoatings met hoge prestaties voor toepassingen in voedselverpakkingen. Proefschrift University of Milano 2012.

Geleidende inkt

Ultrasone toepassing:
De geleidende inkt werd bereid door Cu+C- en Cu+CNT-deeltjes met dispergeermiddelen in een gemengd oplosmiddel te dispergeren (Publicatie IV). De dispergeermiddelen waren drie dispergeermiddelen met een hoog molecuulgewicht, DISPERBYK-190, DISPERBYK-198 en DISPERBYK-2012, van BYK Chemie GmbH, bedoeld voor watergedragen dispersies van roetpigment. Gedeïoniseerd water (DIW) werd als hoofdoplosmiddel gebruikt. Ethyleenglycolmonomethylether (EGME) (Sigma-Aldrich), ethyleenglycolether met de groep monobuthyl (EGBE) (Merck) en n-propanol (Honeywell Riedel-de Haen) werden als co-oplosmiddelen gebruikt.
De gemengde suspensie werd gedurende 10 minuten in een ijsbad gesoniceerd met de ultrasone processor UP400S . Daarna liet men de suspensie een uur bezinken, gevolgd door afgieten. Vóór spincoating of drukken werd de suspensie gedurende 10 min. in een ultrasoon bad gesoniceerd.
Aanbevolen apparaat:
UP400S
Referentie/onderzoeksartikel:
Forsman, J. (2013): Productie van Co-, Ni- en Cu-nanodeeltjes door waterstofreductie. Proefschrift VTT Finland 2013.

Sonicatie is zeer efficiënt voor het verkleinen van deeltjes en het dispergeren van pigmenten in inkjetinkt.

Koper-phathlocyanine

Ultrasone toepassing:
Ontleding van metalloftalocyaninen
Koper-phathlocyanine (CuPc) wordt met water en organische oplosmiddelen gesoniceerd bij omgevingstemperatuur en atmosferische druk, in aanwezigheid van een oxidatiemiddel als katalysator, met de 500W-sonicator UIP500hd met doorstroomkamer. Sonicatie-intensiteit: 37–59 W/cm², monstermengsel: 5 mL monster (100 mg/L), 50 D/D-water met choloform en pyridine bij 60% van de ultrasone amplitude. Reactietemperatuur: 20°C bij atmosferische druk.
Vernietigingspercentage tot 95% binnen 50 min. sonicatie.
Aanbevolen apparaat:
UIP500hd

Dibutyrylchitine (DBCH)

Ultrasone toepassing:
Lange polymere macromoleculen kunnen door sonicatie worden afgebroken. Ultrasoon ondersteunde verlaging van de molaire massa maakt het mogelijk ongewenste nevenreacties of de scheiding van bijproducten te vermijden. Men neemt aan dat ultrasone degradatie, in tegenstelling tot chemische of thermische ontleding, een niet-willekeurig proces is, waarbij de splitsing ongeveer in het midden van het molecuul plaatsvindt. Daarom degraderen grotere macromoleculen sneller.
De experimenten werden uitgevoerd met de ultrasoongenerator UP200S uitgerust met sonotrode S2. De ultrasone instelling was een toegevoerd vermogen van 150 W. Er werden oplossingen van dibutyrylchitine in dimethylacetamide gebruikt, met een dibutyrylchitineconcentratie van 0,3 g/100 cm3 en een volume van 25 cm3. De sonotrode (ultrasone sonde/hoorn) werd 30 mm onder het oppervlak in de polymeeroplossing ondergedompeld. De oplossing werd in een thermostatisch geregeld waterbad geplaatst dat op 25°C werd gehouden. Elke oplossing werd gedurende een vooraf bepaald tijdsinterval bestraald. Na deze tijd werd de oplossing 3 keer verdund en onderworpen aan analyse met grootte-uitsluitingschromatografie.
De gepresenteerde resultaten geven aan dat dibutyrylchitine niet wordt vernietigd door krachtig ultrageluid, maar dat wel degradatie van het polymeer optreedt, die wordt opgevat als een gecontroleerde sonochemische reactie. Daarom kan ultrageluid worden gebruikt voor verlaging van de gemiddelde molaire massa van dibutyrylchitine; hetzelfde geldt voor de verhouding tussen de gewichtsgemiddelde en de aantalgemiddelde molaire massa. De waargenomen veranderingen worden versterkt door het ultrasone vermogen en de sonicatieduur te verhogen. Ook had de aanvankelijke molaire massa een significant effect op de mate van DBCH-degradatie onder de onderzochte sonicatieomstandigheden: hoe hoger de aanvankelijke molaire massa, hoe groter de mate van degradatie.
Aanbevolen apparaat:
UP200S
Referentie/onderzoeksartikel:
Szumilewicz, J.; Pabin-Szafko, B. (2006): Ultrasone degradatie van Dibuyrylchitin. Polish Chitin Society, Monograph XI, 2006. 123–128.

Ferrocine-poeder

Ultrasone toepassing:
Een sonochemische route voor de bereiding van SWNCNTs: silicapoeder (diameter 2–5 mm) wordt toegevoegd aan een oplossing van 0,01 mol% ferroceen in p-xyleen, gevolgd door sonicatie met een UP200S uitgerust met een sonde met titanium tip (sonotrode S14). De sonicatie werd gedurende 20 min. bij kamertemperatuur en atmosferische druk uitgevoerd. Met de ultrasoon ondersteunde synthese werden zeer zuivere SWCNTs op het oppervlak van silicapoeder geproduceerd.
Aanbevolen apparaat:
UP200S met ultrasone sonde S14
Referentie/onderzoeksartikel:
Srinivasan C.(2005): Een SOUND-methode voor de synthese van enkelwandige koolstofnanobuizen onder omgevingsomstandigheden. Current Science 88/ 1, 2005. 12–13.

Vliegas/metakaoliniet

Ultrasone toepassing:
Uitloogtest: 100mL uitloogoplossing werd toegevoegd aan 50g van het vaste monster. Sonicatie-intensiteit: max. 85 W/cm² met UP200S in een waterbad van 20°C.
Geopolymerisatie: de slurry werd voor geopolymerisatie gemengd met de ultrasone homogenisator UP200S . De sonicatie-intensiteit was max. 85 W/cm². Voor koeling werd de sonicatie uitgevoerd in een ijswaterbad.
De toepassing van krachtig ultrageluid voor geopolymerisatie leidt tot een hogere druksterkte van de gevormde geopolymeren en tot een toenemende sterkte bij langere sonicatie, tot een bepaalde tijd. Het oplossen van metakaoliniet en vliegas in alkalische oplossingen werd door sonicatie bevorderd, doordat meer Al en Si in de gelfase vrijkwamen voor polycondensatie.
Aanbevolen apparaat:
UP200S
Referentie/onderzoeksartikel:
Feng, D.; Tan, H.; van Deventer, J. S. J. (2004): Door ultrageluid bevorderde geopolymerisatie. Journal of Materials Science 39/2, 2004. 571–580

Grafeen

Ultrasone toepassing:
Zuivere grafeenlagen kunnen in grote hoeveelheden worden geproduceerd, zoals blijkt uit het werk van Stengl et al. (2011) tijdens de productie van een niet-stoichiometrisch nanocomposiet van TiO₂ en grafeen door thermische hydrolyse van een suspensie met grafeennanoplaten en een titaniumdioxide-peroxocomplex. De zuivere grafeennanoplaten werden uit natuurlijk grafiet geproduceerd door krachtige sonicatie met de 1000W ultrasone processor UIP1000hd in een ultrasone hogedrukreactorkamer bij 5 barg. De verkregen grafeenlagen worden gekenmerkt door een hoog specifiek oppervlak en unieke elektronische eigenschappen. De onderzoekers stellen dat de kwaliteit van het ultrasoon bereide grafeen veel hoger is dan die van grafeen verkregen met de methode van Hummer, waarbij grafiet wordt geëxfolieerd en geoxideerd. Omdat de fysieke omstandigheden in de ultrasone reactor nauwkeurig kunnen worden geregeld en omdat wordt aangenomen dat de concentratie grafeen als doteermiddel zal variëren binnen het bereik van 1 – 0,001%, is de productie van grafeen in een continu systeem op commerciële schaal mogelijk.
Aanbevolen apparaat:
UIP1000hd
Referentie/onderzoeksartikel:
Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-grafeennanocomposiet als fotokatalysatoren met hoge prestaties. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209–25218.
Klik hier om meer te lezen over de ultrasone productie en bereiding van grafeen!

Grafeenoxide

Ultrasone toepassing:
Grafeenoxidelagen (GO) werden via de volgende route bereid: 25mg grafeenoxidepoeder werd toegevoegd aan 200 ml gedeïoniseerd water. Door te roeren verkreeg men een inhomogene bruine suspensie. De resulterende suspensies werden gesoniceerd (30 min, 1,3 × 105J) en na droging (bij 373 K) werd het ultrasoon behandelde grafeenoxide verkregen. FTIR-spectroscopie liet zien dat de ultrasone behandeling de functionele groepen van grafeenoxide niet veranderde.
Aanbevolen apparaat:
UP400S
Referentie/onderzoeksartikel:
Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): Het effect van thermische en ultrasone behandeling op de vorming van grafeenoxidenanoplaten. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. pp. 1097–1102.
Klik hier om meer te lezen over ultrasone exfoliatie en bereiding van grafeen!

Harige polymeernanodeeltjes door degradatie van poly(vinylalcohol)

Ultrasone toepassing:
Een eenvoudige eenstapsprocedure, gebaseerd op de sonochemische degradatie van wateroplosbare polymeren in een waterige oplossing in aanwezigheid van een hydrofoob monomeer, leidt tot functionele harige polymeerdeeltjes in een residuvrij serum. Alle polymerisaties werden uitgevoerd in een dubbelwandige glazen reactor van 250 mL, uitgerust met keerschotten, een temperatuursensor, een magnetische roerstaaf (bar) en een ultrasone processor van Hielscher, de US200S (200 W, 24 kHz), uitgerust met een titanium sonotrode S14 (diameter = 14 mm, lengte = 100 mm).
Een oplossing van poly(vinylalcohol) (PVOH) werd bereid door een nauwkeurig afgemeten hoeveelheid PVOH een nacht lang bij 50°C onder krachtig roeren in water op te lossen. Vóór de polymerisatie werd de PVOH-oplossing in de reactor geplaatst en werd de temperatuur op de gewenste reactietemperatuur ingesteld. De PVOH-oplossing en het monomeer werden afzonderlijk gedurende 1 uur met argon doorgespoeld. De vereiste hoeveelheid monomeer werd onder krachtig roeren druppelsgewijs aan de PVOH-oplossing toegevoegd. Vervolgens werd het doorspoelen van de vloeistof met argon beëindigd en werd de sonicatie met de UP200S gestart bij een amplitude van 80%. Hierbij moet worden opgemerkt dat het gebruik van argon twee doelen dient: (1) het verwijderen van zuurstof en (2) het is vereist voor het opwekken van ultrasone cavitatie. Een continue argonstroom zou dus in principe gunstig zijn voor de polymerisatie, maar er trad overmatige schuimvorming op; de procedure die we hier volgden, voorkwam dit probleem en was voldoende voor een efficiënte polymerisatie. Periodiek werden monsters genomen om de omzetting door gravimetrie, de molecuulgewichtsverdelingen en/of de deeltjesgrootteverdelingen te volgen.
Aanbevolen apparaat:
US200S
Referentie/onderzoeksartikel:
Smeets, N. M. B.; E-Rramdani, M.; Van Hal, R. C. F.; Gomes Santana, S.; Quéléver, K.; Meuldijk, J.; Van Herk, JA. M.; Heuts, J. P. A. (2010): Een eenvoudige sonochemische eenstapsroute naar functionele harige polymeernanodeeltjes. Soft Matter, 6, 2010. 2392–2395.

HiPco-SWCNTs

Ultrasone toepassing:
Dispersie van HiPco-SWCNTs met UP400S: in een monsterflesje van 5 mL werd 0,5 mg geoxideerde HiPcoTM SWCNTs (0,04 mmol koolstof) in 2 mL gedeïoniseerd water gesuspendeerd met de ultrasone processor UP400S om een zwarte suspensie te verkrijgen (0,25 mg/mL SWCNTs). Aan deze suspensie werd 1,4 μL PDDA-oplossing (20 wt./%, molecuulgewicht = 100.000–200.000) toegevoegd en het mengsel werd gedurende 2 minuten met een vortexmixer gemengd. Na nog eens 5 minuten sonicatie in een waterbad werd de nanobuissuspensie gedurende 10 minuten bij 5000g gecentrifugeerd. Het supernatant werd genomen voor AFM-metingen en vervolgens met siRNA gefunctionaliseerd.
Aanbevolen apparaat:
UP400S
Referentie/onderzoeksartikel:
Jung, A. (2007): Functionele materialen op basis van koolstofnanobuizen. Proefschrift Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

Hydroxyapatietbiokeramiek

Ultrasone toepassing:
Voor de synthese van nano-HAP werd in een klein bekerglas 40 mL van een oplossing geplaatst met 0,32M Ca(NO₃)² ⋅ 4H₂O. De pH van de oplossing werd vervolgens met ongeveer 2,5 mL ammoniumhydroxide op 9,0 ingesteld. Daarna werd de oplossing gesoniceerd met de ultrasone processor UP50H (50 W, 30 kHz), uitgerust met sonotrode MS7 (hoorndiameter 7mm), ingesteld op de maximale amplitude van 100%, gedurende 1 uur. Aan het einde van het eerste uur werd gedurende een tweede uur ultrasone bestraling langzaam en druppelsgewijs aan de eerste oplossing 60 mL van een oplossing toegevoegd met 0,19M [KH₂PO₄]. Tijdens het mengen werd de pH-waarde gecontroleerd en op 9 gehouden, terwijl de Ca/P-verhouding op 1,67 werd gehouden. De oplossing werd vervolgens gefiltreerd door centrifugatie (~2000 g), waarna de resulterende witte neerslag werd verdeeld over een aantal monsters voor warmtebehandeling. Er werden twee monstersets gemaakt: de eerste bestond uit twaalf monsters voor thermische behandeling in een buisoven en de tweede uit vijf monsters voor microgolfbehandeling
Aanbevolen apparaat:
UP50H
Referentie/onderzoeksartikel:
Poinern, G. J. E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D.(2011): Thermische en ultrasone invloed op de vorming van hydroxyapatietbiokeramiek op nanometerschaal. International Journal of Nanomedicine 6, 2011. 2083–2095.

Ultrasoon verkleind en gedispergeerd calciumhydroxyapatiet

Anorganische, fullereenachtige nanodeeltjes van WS₂

Ultrasone toepassing:
Sonicatie tijdens de elektrolytische afzetting van anorganische, fullereenachtige (IF) nanodeeltjes van WS₂ in een nikkelmatrix leidt tot een uniformere en compactere coating. Bovendien heeft de toepassing van ultrageluid een significant effect op het gewichtspercentage van de deeltjes die in de metaalafzetting worden opgenomen. Zo stijgt het wt.% van de deeltjes van IF-WS₂ in de nikkelmatrix van 4,5 wt.% (in films die uitsluitend onder mechanisch roeren zijn gevormd) tot ongeveer 7 wt.% (in films die zijn bereid onder sonicatie bij een ultrasone intensiteit van 30 W cm^-2 ).
Nanocomposietcoatings van Ni/IF-WS₂ werden elektrolytisch afgezet vanuit een standaard Watts-nikkelbad waaraan nanodeeltjes van industriële kwaliteit waren toegevoegd van IF-WS₂ (anorganische fullerenen-WS₂).
Voor het experiment werd IF-WS₂ toegevoegd aan de Watts-nikkelelektrolyten. De suspensies werden vóór de co-afzettingsexperimenten gedurende ten minste 24 h bij kamertemperatuur intensief geroerd met een magneetroerder (300 rpm). Direct vóór het elektrolytische afzettingsproces werden de suspensies onderworpen aan een ultrasone voorbehandeling van 10 min. om agglomeratie te voorkomen. Voor de ultrasone bestraling werd de sonicator met sonde UP200S met sonotrode S14 (tipdiameter 14 mm) ingesteld op 55% amplitude.
Voor de co-afzettingsexperimenten werden cilindrische glazen cellen met een volume van 200 mL gebruikt. Coatings werden afgezet op vlakke kathoden van commercieel staal met een laag koolstofgehalte (kwaliteit St37) van 3cm². De anode was een folie van zuiver nikkel (3cm²) aan de zijkant van het vat, tegenover de kathode. De afstand tussen anode en kathode was 4cm. De substraten werden ontvet, in koud gedestilleerd water gespoeld, in een 15% HCl-oplossing geactiveerd (1 min.) en opnieuw in gedestilleerd water gespoeld. De elektrolytische co-afzetting werd uitgevoerd bij een constante stroomdichtheid van 5,0 A dm^-2 gedurende 1 h met een gelijkstroomvoeding (5 A/30 V, BLAUSONIC FA-350). Om een uniforme deeltjesconcentratie in de bulkoplossing te handhaven, werden tijdens het elektrolytische afzettingsproces twee roermethoden gebruikt: mechanisch roeren met een magneetroerder (ω = 300 rpm) op de bodem van de cel en sonicatie met het ultrasone apparaat met sonde UP200S. De ultrasone sonde (sonotrode) werd van bovenaf rechtstreeks in de oplossing ondergedompeld en nauwkeurig tussen de werk- en tegenelektrode geplaatst, zodanig dat er geen afscherming was. De intensiteit van het ultrageluid dat op het elektrochemische systeem werd gericht, werd gevarieerd door de ultrasone amplitude te regelen. In dit onderzoek werd de trillingsamplitude in een continue modus ingesteld op 25, 55 en 75%, overeenkomend met een ultrasone intensiteit van respectievelijk 20, 30 en 40 W cm^-2 , gemeten met een processor die was aangesloten op een ultrasone vermogensmeter (Hielscher Ultrasonics). De elektrolyttemperatuur werd met een thermostaat op 55◦C gehouden. De temperatuur werd vóór en na elk experiment gemeten. De temperatuurstijging door ultrasone energie bedroeg niet meer dan 2–4◦C. Na de elektrolyse werden de monsters gedurende 1 min. ultrasoon gereinigd in ethanol om los geadsorbeerde deeltjes van het oppervlak te verwijderen.
Aanbevolen apparaat:
UP200S met ultrasone hoorn/sonotrode S14
Referentie/onderzoeksartikel:
García-Lecina, E.; García-Urrutia, I.; Díeza, J.A.; Fornell, B.; Pellicer, E.; Sort, J. (2013): Co-afzetting van anorganische, fullereenachtige WS2-nanodeeltjes in een elektrolytisch afgezette nikkelmatrix onder invloed van ultrasoon roeren. Electrochimica Acta 114, 2013. 859–867.

Latexsynthese

Ultrasone toepassing:
Bereiding van P(St-BA)-latex
P(St-BA) poly(styreen-r-butylacrylaat) P(St-BA)-latexdeeltjes werden gesynthetiseerd door emulsiepolymerisatie in aanwezigheid van de oppervlakteactieve stof DBSA. Eerst werd 1 g DBSA opgelost in 100 mL water in een driehalskolf en werd de pH-waarde van de oplossing op 2,0 ingesteld. Gemengde monomeren van 2,80 g St en 8,40 g BA met de initiator AIBN (0,168 g) werden in de DBSA-oplossing gegoten. De O/W-emulsie werd bereid door gedurende 1 h magnetisch te roeren, gevolgd door sonicatie met een UIP1000hd uitgerust met een ultrasone hoorn (sonde/sonotrode), gedurende nog eens 30 min in het ijsbad. Ten slotte werd de polymerisatie gedurende 2 h bij 90degC uitgevoerd in een oliebad onder een stikstofatmosfeer.
Aanbevolen apparaat:
UIP1000hd
Referentie/onderzoeksartikel:
Fabricage van flexibele geleidende films afgeleid van poly(3,4-ethyleendioxythiofeen)epoly(styreensulfonzuur) (PEDOT:PSS) op een substraat van niet-geweven textiel. Materials Chemistry and Physics 143, 2013. 143–148.
Klik hier om meer te lezen over de sonosynthese van latex!

Loodverwijdering (sono-uitloging)

Ultrasone toepassing:
Ultrasone uitloging van lood uit verontreinigde grond:
De ultrasone uitloogexperimenten werden uitgevoerd met het ultrasone apparaat UP400S met een titanium ultrasone sonde (diameter 14mm), dat werkt bij een frequentie van 20kHz. De ultrasone sonde (sonotrode) werd calorimetrisch gekalibreerd, waarbij de ultrasone intensiteit voor alle sono-uitloogexperimenten werd ingesteld op 51 ± 0,4 W cm^-2 . De sono-uitloogexperimenten werden met een glazen cel met vlakke bodem en mantel thermostatisch op 25 ± 1°C gehouden. Drie systemen werden onder sonicatie als oplossingen voor het uitlogen van grond (0,1L) gebruikt: 6 mL van een azijnzuuroplossing van 0,3 mol L^-2 (pH 3,24), een 3% (v/v) salpeterzuuroplossing (pH 0,17) en een azijnzuur/acetaatbuffer (pH 4,79), bereid door het mengen van 60mL 0f 0,3 mol L^-1 azijnzuur met 19 mL 0,5 mol L^-1 NaOH. Na het sono-uitloogproces werden de monsters met filtreerpapier gefiltreerd om de uitloogoplossing van de grond te scheiden, gevolgd door elektrolytische afzetting van lood uit de uitloogoplossing en ontsluiting van de grond na toepassing van ultrageluid.
Ultrageluid is aantoonbaar een waardevol hulpmiddel om de uitloging van lood uit verontreinigde grond te bevorderen. Ultrageluid is ook een effectieve methode voor vrijwel volledige verwijdering van uitloogbaar lood uit grond, waardoor veel minder gevaarlijke grond ontstaat.
Aanbevolen apparaat:
UP400S met sonotrode H14
Referentie/onderzoeksartikel:
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007): Ultrasone uitloging en elektrochemische behandeling gecombineerd voor loodverwijdering uit grond. Journal of New Materials for Electrochemical Systems 10, 2007. 195–199.

Bereiding van suspensies van nanodeeltjes

Ultrasone toepassing:
Ongecoate poeders van nTiO2 (5nm volgens transmissie-elektronenmicroscopie (TEM)) en nZnO (20nm volgens TEM) en poeders van polymeergecoat nTiO2 (3–4nm volgens TEM) en nZnO (3–9nm volgens TEM) werden gebruikt om de suspensies van nanodeeltjes te bereiden. De kristallijne vorm van de NP’s was anataas voor nTiO2 en amorf voor nZnO.
0,1 g poeder van nanodeeltjes werd afgewogen in een bekerglas van 250mL met enkele druppels gedeïoniseerd (DI) water. De nanodeeltjes werden vervolgens met een roestvrijstalen spatel gemengd en het bekerglas werd met DI-water aangevuld tot 200 mL, geroerd en daarna gedurende 60 sec. bij 90% amplitude gesoniceerd met de ultrasone processor van Hielscher, de UP200S , waardoor een stocksuspensie van 0,5 g/L werd verkregen. Alle stocksuspensies werden maximaal twee dagen bij 4°C bewaard.
Aanbevolen apparaat:
UP200S of UP200St
Referentie/onderzoeksartikel:
Petosa, A. R. (2013): Transport, afzetting en aggregatie van metaaloxidenanodeeltjes in verzadigde granulaire poreuze media: de rol van waterchemie, collectoroppervlak en deeltjescoating. Proefschrift McGill University Montreal, Quebec, Canada 2013. 111–153.
Klik hier om meer te lezen over ultrasone dispersie van nanodeeltjes!

Precipitatie van magnetietnanodeeltjes

Ultrasone toepassing:
De nanodeeltjes van magnetiet (Fe₃O₄) worden geproduceerd door co-precipitatie van een waterige oplossing van ijzer(III)chloridehexahydraat en ijzer(II)sulfaatheptahydraat met een molaire verhouding van Fe3+/Fe2+ = 2:1. De ijzeroplossing wordt geprecipiteerd met respectievelijk geconcentreerd ammoniumhydroxide en natriumhydroxide. De precipitatiereactie wordt onder ultrasone bestraling uitgevoerd, waarbij de reactanten door de cavitatiezone in de ultrasone doorstroomreactorkamer worden gevoerd. Om elke pH-gradiënt te voorkomen, moet het precipitatiemiddel in overmaat worden verpompt. De deeltjesgrootteverdeling van magnetiet is gemeten met fotoncorrelatiespectroscopie. Het door ultrageluid veroorzaakte mengen verlaagt de gemiddelde deeltjesgrootte van 12–14 nm tot ongeveer 5–6 nm.
Aanbevolen apparaat:
UIP1000hd met doorstroomcelreactor
Referentie/onderzoeksartikel:
Banert, T.; Horst, C.; Kunz, U., Peuker, U. A. (2004): Continue precipitatie in een ultrasone doorstroomreactor aan de hand van ijzer(II,III)oxide. ICVT, TU-Clausthal. Poster gepresenteerd op de GVC Annual Meeting 2004.
Banert, T.; Brenner, G.; Peuker, U. A. (2006): Bedrijfsparameters van een continue sonochemische precipitatiereactor. Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.–27. april 2006.
Klik hier om meer te lezen over ultrasone precipitatie!

Nikkelpoeders

Ultrasone toepassing:
Bereiding van een suspensie van Ni-poeders met een polyelektrolyt bij basische pH (om oplossen te voorkomen en de ontwikkeling van met NiO verrijkte species aan het oppervlak te bevorderen), een polyelektrolyt op acrylbasis en tetramethylammoniumhydroxide (TMAH).
Aanbevolen apparaat:
UP200S
Referentie/onderzoeksartikel:
Mora, M.; Lennikov, V.; Amaveda, H.; Angurel, L. A.; de la Fuente, G. F.; Bona, M. T.; Mayoral, C.; Andres, J. M.; Sanchez-Herencia, J. (2009): Fabricage van supergeleidende coatings op constructieve keramische tegels. Applied Superconductivity 19/ 3, 2009. 3041–3044.

PbS – synthese van loodsulfidenanodeeltjes

Ultrasone toepassing:
Bij kamertemperatuur werden 0,151 g loodacetaat (Pb(CH3COO)2.3H2O) en 0,03 g TAA (CH3CSNH2) toegevoegd aan 5mL van de ionische vloeistof, [EMIM] [EtSO4], en 15mL dubbel gedestilleerd water in een bekerglas van 50mL, dat werd onderworpen aan ultrasone bestraling met een UP200S gedurende 7 min. De tip van de ultrasone sonde/sonotrode S1 werd rechtstreeks in de reactieoplossing ondergedompeld. De gevormde donkerbruine suspensie werd gecentrifugeerd om de neerslag af te scheiden en tweemaal met respectievelijk dubbel gedestilleerd water en ethanol gewassen om de niet-gereageerde reagentia te verwijderen. Om het effect van ultrageluid op de eigenschappen van de producten te onderzoeken, werd nog een vergelijkingsmonster bereid, waarbij de reactieparameters constant werden gehouden, behalve dat het product gedurende 24 h onder continu roeren zonder ultrasone bestraling werd bereid.
Ultrasoon ondersteunde synthese in een waterige ionische vloeistof bij kamertemperatuur werd voorgesteld voor de bereiding van PbS-nanodeeltjes. Deze milieuvriendelijke groene methode bij kamertemperatuur is snel en sjabloonvrij, waardoor de synthesetijd aanzienlijk wordt verkort en ingewikkelde syntheseprocedures worden vermeden. De aldus bereide nanoclusters vertonen een enorme blauwverschuiving van 3,86 eV, die kan worden toegeschreven aan de zeer kleine deeltjesgrootte en het effect van kwantumopsluiting.
Aanbevolen apparaat:
UP200S
Referentie/onderzoeksartikel:
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008): Eenvoudige bereiding bij kamertemperatuur en karakterisering van PbS-nanodeeltjes in een waterige [EMIM][EtSO4] ionische vloeistof met ultrasone bestraling. Bulletin of Korean Chemical Society 29/ 1, 2008. 53–56.

Gezuiverde nanobuizen

Ultrasone toepassing:
De gezuiverde nanobuizen werden vervolgens in 1,2-dichloorethaan (DCE) gesuspendeerd door sonicatie met het krachtige ultrasone apparaat UP400S, 400W, 24 kHz) in gepulseerde modus (cycli) om een zwarte suspensie te verkrijgen. Bundels van geagglomereerde nanobuizen werden vervolgens verwijderd door een centrifugatiestap van 5 minuten bij 5000 rpm.
Aanbevolen apparaat:
UP400S
Referentie/onderzoeksartikel:
Witte, P. (2008): Amfifiele fullerenen voor biomedische en opto-elektronische toepassingen. Proefschrift Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2008.

SAN/CNTs-composiet

Ultrasone toepassing:
Om CNT’s in de SAN-matrix te dispergeren, werd een Hielscher UIS250V met sonotrode voor sonicatie met een sonde gebruikt. Eerst werden CNT’s door ongeveer 30 min. sonicatie in 50mL gedestilleerd water gedispergeerd. Om de oplossing te stabiliseren, werd SDS toegevoegd in een verhouding van ~1% van de oplossing. Daarna werd de verkregen waterige dispersie van CNT’s gecombineerd met de polymeersuspensie en gedurende 30 min. gemengd met een mechanische Heidolph RZR 2051-roerder, waarna herhaaldelijk gedurende 30 min. werd gesoniceerd. Voor analyse werden SAN-dispersies met verschillende concentraties CNT’s in Teflon-vormen gegoten en gedurende 3–4 dagen bij omgevingstemperatuur gedroogd.
Aanbevolen apparaat:
UIS250v
Referentie/onderzoeksartikel:
Bitenieks, J.; Meri, R. M.; Zicans, J.; Maksimovs, R.; Vasile, C.; Musteata, V. E. (2012): Nanocomposieten van styreen–acrylaat/koolstofnanobuizen: mechanische, thermische en elektrische eigenschappen. In: Proceedings of the Estonian Academy of Sciences 61/ 3, 2012. 172–177.

Siliciumcarbide (SiC)-nanopoeder

Ultrasone toepassing:
Siliciumcarbide (SiC)-nanopoeder werd gedeagglomereerd en verdeeld in een tetrahydrofuraanoplossing van de verf met een krachtige ultrasone processor van Hielscher, de UP200S , die werkte bij een akoestische vermogensdichtheid van 80 W/cm². De SiC-deagglomeratie werd eerst uitgevoerd in zuiver oplosmiddel met wat detergent, waarna achtereenvolgens porties verf werden toegevoegd. Het gehele proces duurde respectievelijk 30 minuten en 60 minuten voor monsters die werden bereid voor dompelcoaten en zeefdrukken. Tijdens de sonicatie werd het mengsel voldoende gekoeld om koken van het oplosmiddel te voorkomen. Na de sonicatie werd tetrahydrofuraan in een rotatieverdamper verdampt en werd de verharder aan het mengsel toegevoegd om een geschikte viscositeit voor drukken te verkrijgen. De SiC-concentratie in het resulterende composiet was 3% wt in monsters die voor dompelcoaten werden bereid. Voor zeefdrukken werden twee batches monsters bereid, met een SiC-gehalte van 1 – 3% wt voor voorlopige slijtage- en wrijvingstests en 1,6 – 2,4% wt voor het nauwkeurig afstemmen van de composieten op basis van de resultaten van de slijtage- en wrijvingstests.
Aanbevolen apparaat:
UP200S
Referentie/onderzoeksartikel:
Celichowski G.; Psarski M.; Wiśniewski M. (2009): Elastische garenspanner met een niet-continu slijtagewerend nanocomposietpatroon. Fibres & Textiles in Eastern Europe 17/ 1, 2009. 91–96.

SWNT enkelwandige koolstofnanobuizen

Ultrasone toepassing:
Sonochemische synthese: 10 mg SWNT en 30ml 2%MCB-oplossing 10 mg SWNT en 30ml 2%MCB-oplossing, UP400S sonicatie-intensiteit: 300 W/cm2, sonicatieduur: 5h
Aanbevolen apparaat:
UP400S
Referentie/onderzoeksartikel:
Koshio, A.; Yudasaka, M.; Zhang, M.; Iijima, S. (2001): Een eenvoudige manier om enkelwandige koolstofnanobuizen chemisch te laten reageren met organische materialen met behulp van sonicatie. Nano Letters 1/ 7, 2001. 361–363.

Gethioleerde SWCNTs

Ultrasone toepassing:
25 mg gethioleerde SWCNTs (2,1 mmol koolstof) werd in 50 mL gedeïoniseerd water gesuspendeerd met een 400W ultrasone processor (UP400S). Vervolgens werd de suspensie aan de vers bereide Au(NP)-oplossing toegevoegd en werd het mengsel gedurende 1h geroerd. Au(NP)-SWCNTs werden door microfiltratie (cellulosenitraat) afgescheiden en grondig met gedeïoniseerd water gewassen. Het filtraat was rood, omdat de kleine Au(NP) (gemiddelde diameter ≈ 13 nm) het filtermembraan (poriegrootte 0,2μm) effectief konden passeren.
Aanbevolen apparaat:
UP400S
Referentie/onderzoeksartikel:
Jung, A. (2007): Functionele materialen op basis van koolstofnanobuizen. Proefschrift Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

TiO₂ /perlietcomposiet

Ultrasone toepassing:
De TiO2/perlietcomposietmaterialen werden als volgt bereid. Eerst werd 5 mL titaniumisopropoxide (TIPO), Aldrich 97%, opgelost in 40 mL ethanol, Carlo Erba, en gedurende 30 min. geroerd. Daarna werd 5 g perliet toegevoegd en werd de dispersie gedurende 60 min. geroerd. Het mengsel werd verder gehomogeniseerd met de sonicator met ultrasone tip UIP1000hd. Een totale energietoevoer van 1 Wh werd toegepast gedurende een sonicatietijd van 2 min. Ten slotte werd de slurry met ethanol verdund tot 100 mL suspensie en werd de verkregen vloeistof aangeduid als precursoroplossing (PS). De bereide PS was klaar om in het systeem voor vlamsproeipyrolyse te worden verwerkt.
Aanbevolen apparaat:
UIP1000hd
Referentie/onderzoeksartikel:
Giannouri, M.; Kalampaliki, Th.; Todorova, N.; Giannakopoulou,T.; Boukos, N.; Petrakis, D.; Vaimakis, T.; Trapalis, C. (2013): Eenstapssynthese van TiO2/perlietcomposieten door vlamsproeipyrolyse en hun fotokatalytische gedrag. International Journal of Photoenergy 2013.

Krachtig ultrageluid dat in vloeistoffen wordt gekoppeld, genereert intense cavitatie. De extreme cavitatie-effecten creëren slurries van fijn poeder met deeltjesgroottes in het submicron- en nanobereik. Bovendien wordt het deeltjesoppervlak geactiveerd. De impact van microjets en schokgolven en botsingen tussen deeltjes hebben aanzienlijke effecten op de chemische samenstelling en de fysieke morfologie van vaste stoffen, die de chemische reactiviteit van zowel organische polymeren als anorganische vaste stoffen drastisch kunnen verhogen.

“De extreme omstandigheden in instortende bellen produceren zeer reactieve species die voor verschillende doeleinden kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld het initiëren van polymerisatie zonder toegevoegde initiatoren. Een ander voorbeeld is de sonochemische ontleding van vluchtige organometaalprecursoren in oplosmiddelen met een hoog kookpunt, die nanogestructureerde materialen in verschillende vormen met hoge katalytische activiteiten oplevert. Nanogestructureerde metalen, legeringen, carbiden en sulfiden, colloïden op nanometerschaal en nanogestructureerde gedragen katalysatoren kunnen allemaal via deze algemene route worden bereid.”

[Suslick/ Price 1999: 323]

Literatuur/referenties

• Suslick, K. S.; Price, G. J. (1999): Toepassingen van ultrageluid in de materiaalchemie. Annu. Rev. Mater. Sci. 29, 1999. 295–326.
• Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Geëxfolieerd CrPS4 met veelbelovende fotogeleidbaarheid. Small Vol.16, nummer 1. 9 januari 2020.
• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentatie van moleculaire kristallen. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
• Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermische en ultrasone invloed op de vorming van hydroxyapatietbiokeramiek op nanometerschaal. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.