Ultrageluid voor deeltjesbehandeling: Toepassingsadviezen

Om hun eigenschappen volledig tot uitdrukking te brengen, moeten de deeltjes worden gedeagglomereerd en gelijkmatig worden verspreid, zodat de deeltjes’ oppervlak beschikbaar is. Krachtige ultrasone krachten staan bekend als betrouwbare dispergeer- en freesgereedschappen die deeltjes tot op submicron- en nanogrootte kunnen snavelen. Bovendien maakt sonicatie het mogelijk om deeltjes te modificeren en te functionaliseren, bijvoorbeeld door nanodeeltjes te coaten met een metaallaag.

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

Hoe je poeders en deeltjes bereidt door 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 te dispergeren in 500 ml water met behulp van een ultrasone processor met hoge intensiteit. UP200S (200W; 24kHz). De silicadispersies werden bereid in gedestilleerd water (pH = 6) onder ultrasone bestraling met de UP200S 15 min. gevolgd door krachtig roeren gedurende 1 uur. HCl werd gebruikt om de pH aan te passen. Het vaste stofgehalte in de dispersies was 0,1% (w/v).
Apparaataanbeveling:
UP200S
Referentie/Onderzoekspaper:
Licea-Claverie, A.; Schwarz, S.; Steinbach, Ch.; Ponce-Vargas, S. M.; Genest, S. (2013): Combination of Natural and Thermosensitive Polymers in Flocculation of Fine Silica Dispersions. Internationaal Tijdschrift voor Koolhydraatchemie 2013.

Al₂O₃-water Nanovloeistoffen

Ultrasone toepassing:
Al₂O₃-water nanovloeistoffen kunnen worden bereid met de volgende stappen: Weeg eerst de massa van Al₂O₃ nanodeeltjes met een digitale elektronische balans. Vervolgens werd Al₂O₃ nanodeeltjes geleidelijk in het afgewogen gedestilleerde water en schud de Al₂O₃-watermengsel. Sonificeer het mengsel gedurende 1 uur continu met een apparaat van het ultrasone type. UP400S (400W, 24kHz) om een uniforme dispersie van nanodeeltjes in gedestilleerd water te produceren.
De nanovloeistoffen kunnen worden bereid in verschillende fracties (0,1%, 0,5% en 1%). Er zijn geen veranderingen in oppervlakteactieve stoffen of pH nodig.
Apparaataanbeveling:
UP400S
Referentie/Onderzoekspaper:
Isfahani, A. H. M.; Heyhat, M. M. (2013): Experimental Study of Nanofluids Flow in a Micromodel as Porous 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.

Bohemiet gecoate silicadeeltjes

Ultrasone toepassing:
Silicadeeltjes worden bedekt met een laag Boehmite: Om een perfect schoon oppervlak zonder organische stoffen te verkrijgen, worden de deeltjes verhit tot 450°C. Na het malen van de deeltjes om de agglomeraten te breken, wordt een 6 vol% waterige suspensie (≈70 ml) bereid en gestabiliseerd op een pH van 9 door drie druppels ammoniumoplossing toe te voegen. De suspensie wordt vervolgens gedeagglomereerd door ultrasoonbehandeling met een UP200S bij een amplitude van 100% (200 W) gedurende 5 minuten. Na verhitting van de oplossing tot boven 85°C werd 12,5 g aluminium sec-butoxide toegevoegd. De temperatuur wordt gedurende 90 minuten op 85-90 °C gehouden en de suspensie wordt gedurende de hele procedure geroerd met een magneetroerder. Daarna wordt de suspensie onder voortdurend roeren gehouden totdat het is afgekoeld tot onder 40°C. Vervolgens werd de pH-waarde op 3 gebracht door zoutzuur toe te voegen. Onmiddellijk daarna wordt de suspensie ultrasoon behandeld in een ijsbad. Het poeder wordt gewassen door verdunning en vervolgens centrifugeren. Na verwijdering van het supernatant worden de deeltjes gedroogd in een droogoven bij 120°C. Tot slot ondergaan de deeltjes een warmtebehandeling bij 300°C gedurende 3 uur.
Apparaataanbeveling:
UP200S
Referentie/Onderzoekspaper:
Wyss, H. M. (2003): Microstructuur en mechanisch gedrag van geconcentreerde deeltjesgels. Proefschrift Swiss Federal Institute of Technology 2003. p.71.

Synthese van cadmium(II)-thioacetamide nanocomposieten

Ultrasone toepassing:
Cadmium(II)-thioacetamide nanocomposieten werden gesynthetiseerd in aanwezigheid en afwezigheid van polyvinylalcohol via een sonochemische route. Voor de sonochemische synthese (sono-synthese) werden 0,532 g cadmium(II)acetaat dihydraat (Cd(CH3COO)2,2H2O), 0,148 g thioacetamide (TAA, CH3CSNH2) en 0,664 g kaliumjodide (KI) opgelost in 20 ml dubbel gedestilleerd gedeïoniseerd water. Deze oplossing werd gesoneerd met een krachtige ultrasone sonde UP400S (24 kHz, 400 W) bij kamertemperatuur gedurende 1 uur. Tijdens het soniceren van het reactiemengsel steeg de temperatuur tot 70-80 °C, gemeten met een ijzerconstantinethermokoppel. Na een uur vormde zich een heldergeel neerslag. Het werd geïsoleerd door centrifugeren (4000 rpm, 15 min), gewassen met dubbel gedestilleerd water en vervolgens met absolute ethanol om resterende onzuiverheden te verwijderen en ten slotte gedroogd in lucht (opbrengst: 0,915 g, 68%). Dec. p.200°C. Voor de bereiding van polymeer nanocomposiet werd 1,992 g polyvinylalcohol opgelost in 20 mL dubbel gedestilleerd gedeïoniseerd water en vervolgens toegevoegd aan de bovenstaande oplossing. Dit mengsel werd ultrasoon bestraald met de UP400S gedurende 1 uur toen een helderoranje product werd gevormd.
De SEM-resultaten toonden aan dat in aanwezigheid van PVA de grootte van de deeltjes afnam van ongeveer 38 nm tot 25 nm. Vervolgens synthetiseerden we hexagonale CdS-nanodeeltjes met sferische morfologie uit thermische ontleding van het polymere nanocomposiet, cadmium(II)-thioacetamide/PVA als precursor. De grootte van de CdS-nanodeeltjes werd gemeten met zowel XRD als SEM 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 cadmiumsulfide nanodeeltjes met interessante morfologieën. Alle resultaten toonden aan dat ultrasone synthese met succes kan worden gebruikt als een eenvoudige, efficiënte, goedkope, milieuvriendelijke en veelbelovende methode voor de synthese van nanoschaalmaterialen zonder dat speciale omstandigheden nodig zijn, zoals hoge temperatuur, lange reactietijden en hoge druk.
Apparaataanbeveling:
UP400S
Referentie/Onderzoekspaper:
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013): Synthese en karakterisering van cadmium-thioacetamide nanocomposieten. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203-212.

CaCO₃

Ultrasone toepassing:
Ultrasone coating van nano-geprecipiteerd CaCO₃ (NPCC) met stearinezuur uitgevoerd om de dispersie in polymeer te verbeteren en agglomeratie te verminderen. 2 g ongecoate nano-geprecipiteerde CaCO₃ (NPCC) is gezoneerd met een UP400S in 30 ml ethanol. 9 gewichtsprocent stearinezuur is opgelost in ethanol. Ethanol met stearinezuur werd vervolgens gemengd met de gesoniseerde suspensie.
Apparaataanbeveling:
UP400S met sonotrode met een diameter van 22 mm (H22D) en flowcel met koelmantel
Referentie/Onderzoekspaper:
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009): Effects of ultrasound in coating nano geprecipiteerd CaCO3 met stearinezuur. Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering 4/5, 2009. 807-813.

nanokristallen van cellulose

Ultrasone toepassing:
Cellulose nanokristallen (CNC) bereid uit eucalyptus cellulose CNC's: Cellulose nanokristallen bereid uit eucalyptus cellulose werden gemodificeerd door de 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 magnetisch roeren gedurende één nacht bij 24 ± 1 degC, gevolgd door 20 min. sonificatie met de ultrasone sensor van het probe-type. UP100H. Sonificatie werd uitgevoerd met 130 W/cm² intensiteit bij 24 ± 1 degC. Daarna werd CAB toegevoegd aan de CNC-dispersie, zodat de uiteindelijke polymeerconcentratie 0,9 wt% was.
Apparaataanbeveling:
UP100H
Referentie/Onderzoekspaper:
Blachechen, L. S.; de Mesquita, J. P.; de Paula, E. L.; Pereira, F. V.; Petri, D. F. S. (2013): Interplay of colloidal stability of cellulose nanocrystals and their dispersibility in cellulose acetate butyrate matrix. Cellulose 20/3, 2013. 1329-1342.

Cerium nitraat gedoopt silaan

Ultrasone toepassing:
Koudgewalste koolstofstalen panelen (6,5 cm 6,5 cm 0,3 cm; chemisch gereinigd en mechanisch gepolijst) werden gebruikt als metalen substraten. Voorafgaand aan het aanbrengen van de coating werden de panelen ultrasoon gereinigd met aceton en vervolgens gereinigd met een alkalische oplossing (0,3molL 1 NaOH-oplossing) bij 60°C gedurende 10 minuten. Voor gebruik als een primer, voorafgaand aan de voorbehandeling van het substraat, werd een typische formulering met 50 delen γ-glycidoxypropyltrimethoxysilaan (γ-GPS) verdund met ongeveer 950 delen methanol, in pH 4,5 (aangepast met azijnzuur) en toegelaten voor de hydrolyse van silaan. De bereidingsprocedure voor gedopeerd silaan met ceriumnitraatpigmenten was hetzelfde, behalve dat 1, 2, 3 wt% ceriumnitraat werd toegevoegd aan de methanoloplossing vóór de toevoeging van (γ-GPS), waarna deze oplossing werd gemengd met een propellerroerder bij 1600 rpm gedurende 30 minuten bij kamertemperatuur. Daarna werden de ceriumnitraat bevattende dispersies gedurende 30 minuten bij 40 °C met een extern koelbad gesoneerd. Het ultrasoonproces werd uitgevoerd met de ultrasoonator UIP1000hd (1000 W, 20 kHz) met een inlaat ultrageluidvermogen van ongeveer 1 W/mL. Het substraat werd voorbehandeld door elk paneel gedurende 100 sec. af te spoelen met de juiste silaanoplossing. Na de behandeling werden de panelen gedurende 24 uur bij kamertemperatuur gedroogd, waarna de voorbehandelde panelen werden gecoat met een tweecomponenten aminehardende epoxy. (Epon 828, shell Co.) om een natte laagdikte van 90 μm te verkrijgen. De met epoxy gecoate panelen mochten 1 uur uitharden bij 115°C, na uitharding van de epoxycoatings was de droge laagdikte ongeveer 60 μm.
Apparaataanbeveling:
UIP1000hd
Referentie/Onderzoekspaper:
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013): Electrochemical effects of silane pretreatments containing cerium nitrate on cathodic disbonding properties of epoxy coated steel. Tijdschrift voor hechtingswetenschap en -technologie 27/22, 2013. 2411-2420.

Klei: Dispersie/fractionering

Ultrasone toepassing:
Fractionering van deeltjesgrootte: Voor het isoleren van < 1 μm deeltjes van 1-2 μm deeltjes, klei-grootte deeltjes (< 2 μm) zijn gescheiden in een ultrasoon veld en door de daaropvolgende toepassing van verschillende sedimentatiesnelheden.
De kleideeltjes (< 2 μm) werden gescheiden door ultrasoonbehandeling met een energietoevoer van 300 J mL^-1 (1 min.) met behulp van een ultrasone desintegrator van het probe-type UP200S (200 W, 24 kHz) uitgerust met een sonotrode S7 met een diameter van 7 mm. Na de ultrasone bestraling werd het monster gedurende 3 minuten bij 110 x g (1000 rpm) gecentrifugeerd. De bezinkingsfase (fractioneringsrest) werd vervolgens gebruikt in dichtheidsfractionering voor de isolatie van de lichte dichtheidsfracties en de verkregen drijffase (< 2 μm fractie) werd overgebracht in een andere centrifugatiebuis en gecentrifugeerd bij 440 x g (2000 rpm) gedurende 10 min. om te scheiden < 1 μm fractie (supernatant) van 1-2 μm fractie (sediment). Het supernatant met < 1 μm fractie werd overgebracht naar de andere centrifugatiebuis en na toevoeging van 1 ml MgSO₄ centrifugeerde bij 1410 x g (4000 rpm) gedurende 10 minuten om de rest van het water te decanteren.
Om oververhitting van het monster te voorkomen, werd de procedure 15 keer herhaald.
Apparaataanbeveling:
UP200S met S7 of UP200St met S26d7
Referentie/Onderzoekspaper:
Jakubowska, J. (2007): Effect van irrigatiewater op bodem organische stof (SOM) fracties en hun interacties met hydrofobe verbindingen. Proefschrift Martin-Luther Universiteit Halle-Wittenberg 2007.

Klei: Afschilfering van anorganische klei

Ultrasone toepassing:
Anorganische klei werd geëxfolieerd om nanocomposieten op basis van pullulan te bereiden voor de coatingdispersie. Hiervoor werd een vaste hoeveelheid pullulan (4 wt% natte basis) opgelost in water bij 25°C gedurende 1 uur onder zacht roeren (500 rpm). Tegelijkertijd werd kleipoeder, in een hoeveelheid variërend van 0,2 tot 3,0 wt%, gedispergeerd in water onder krachtig roeren (1000 rpm) gedurende 15 minuten. De resulterende dispersie werd ultrasoon gemaakt met behulp van een UP400S (macht_max = 400 W; frequentie = 24 kHz) ultrasoon apparaat uitgerust met een titanium sonotrode H14, tipdiameter 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 in overeenstemming met de proefopzet. De organische pullulanoplossing en de anorganische dispersie werden vervolgens gemengd onder zacht roeren (500 rpm) gedurende nog eens 90 minuten. Na het mengen kwamen de concentraties van de twee componenten overeen met een verhouding anorganisch/organisch (I/O) variërend van 0,05 tot 0,75. De grootteverdeling in waterdispersie van de Na⁺-MMT-klei voor en na ultrasone behandeling werd beoordeeld met een IKO-Sizer CC-1 nanodeeltjesanalysator.
Voor een vaste hoeveelheid klei bleek de meest effectieve sonificatietijd 15 minuten te zijn, terwijl een langere ultrasone behandeling de P'O₂ waarde (als gevolg van reaggregatie) die weer afneemt bij de hoogste sonificatietijd (45 min), vermoedelijk als gevolg van de fragmentatie van zowel bloedplaatjes als tactoïden.
Volgens de experimentele opstelling die in Introzzi's proefschrift is gebruikt, kan een energie-eenheid van 725 Ws mL^-1 werd berekend voor de behandeling van 15 minuten, terwijl een verlengde ultrasoontijd van 45 minuten een energieverbruik opleverde van 2060 Ws mL^-1. Hierdoor kan tijdens het hele proces een vrij grote hoeveelheid energie worden bespaard, wat uiteindelijk zal worden weerspiegeld in de uiteindelijke verwerkingskosten.
Apparaataanbeveling:
UP400S met sonotrode H14
Referentie/Onderzoekspaper:
Introzzi, L. (2012): Ontwikkeling van hoogwaardige biopolymeercoatings voor toepassingen in voedselverpakkingen. Proefschrift Universiteit van Milaan 2012.

geleidende inkt

Ultrasone toepassing:
De geleidende inkt werd bereid door dispergeren van de Cu + C en Cu + CNT deeltjes met dispergeermiddelen in een gemengd oplosmiddel (Publicatie IV). De dispergeermiddelen waren drie dispergeermiddelen met een hoog moleculair gewicht, DISPERBYK-190, DISPERBYK-198 en DISPERBYK-2012, bedoeld voor dispersies van roetpigmenten op waterbasis door BYK Chemie GmbH. Als hoofdoplosmiddel werd gedeïoniseerd water (DIW) gebruikt. Ethyleenglycolmonomethylether (EGME) (Sigma-Aldrich), ethyleenglycolmonobutylether (EGBE) (Merck) en n-propanol (Honeywell Riedel-de Haen) werden gebruikt als oplosmiddelen.
De gemengde suspensie werd 10 minuten lang gesoneerd in een ijsbad met een UP400S ultrasone processor. Daarna liet men de suspensie een uur bezinken, gevolgd door decanteren. Voorafgaand aan het centrifugeren of printen werd de suspensie gedurende 10 minuten gesoneerd in een ultrasoon bad.
Apparaataanbeveling:
UP400S
Referentie/Onderzoekspaper:
Forsman, J. (2013): Productie van Co, Ni en Cu nanodeeltjes door waterstofreductie. Proefschrift VTT Finland 2013.

Ultrasoon is zeer efficiënt voor het verkleinen van de deeltjesgrootte en het dispergeren van pigmenten in inkjetinkt.

Koper phathlocyanine

Ultrasone toepassing:
Afbraak van metallofthalocyaninen
Koper phathlocyanine (CuPc) wordt gesoneerd met water en organische oplosmiddelen bij omgevingstemperatuur en atmosferische druk in aanwezigheid van een oxidant als katalysator met behulp van de 500W ultrasone machine. UIP500hd met doorstroomkamer. Sonicatie-intensiteit: 37-59 W/cm²monster mengsel: 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 minuten na sonicatie.
Apparaataanbeveling:
UIP500hd

Dibutyrylchitine (DBCH)

Ultrasone toepassing:
Lange polymere macromoleculen kunnen worden gebroken door ultrasoonbehandeling. Vermindering van de molaire massa met behulp van ultrasoon geluid maakt het mogelijk om ongewenste nevenreacties of de scheiding van bijproducten te voorkomen. Aangenomen wordt dat ultrasone afbraak, in tegenstelling tot chemische of thermische afbraak, een niet-random proces is, waarbij de splitsing ongeveer in het midden van het molecuul plaatsvindt. Om deze reden worden grotere macromoleculen sneller afgebroken.
Experimenten werden uitgevoerd met behulp van een ultrageluidgenerator UP200S uitgerust met sonotrode S2. De ultrasone instelling was op een opgenomen vermogen van 150 W. Oplossingen van dibutyrylchitine in dimethylacetamide met een concentratie van 0,3 g/100 cm3 en een volume van 25 cm3 werden gebruikt. De sonotrode (ultrasone sonde/ hoorn) werd 30 mm onder het oppervlak in de polymeeroplossing ondergedompeld. De oplossing werd in een thermostatisch waterbad geplaatst dat op 25°C gehouden werd. Elke oplossing werd bestraald gedurende een vooraf bepaald tijdsinterval. Na deze tijd werd de oplossing 3 keer verdund en onderworpen aan de analyse met behulp van chromatografie voor grootte-exclusie.
De gepresenteerde resultaten geven aan dat dibutyrylchitine niet wordt vernietigd door ultrageluid, maar dat er een afbraak van het polymeer plaatsvindt, die wordt opgevat als een gecontroleerde sonochemische reactie. Daarom kan ultrageluid worden gebruikt voor de vermindering van de gemiddelde molaire massa van dibutyrylchitine en hetzelfde geldt voor de verhouding tussen de gewichtgemiddelde en de getalgemiddelde molaire massa. De waargenomen veranderingen worden versterkt door het vermogen van het ultrageluid en de duur van de sonificatie te verhogen. Er was ook een significant effect van de molaire beginmassa op de mate van DBCH-afbraak onder de bestudeerde sonificatieconditie: hoe hoger de molaire beginmassa, hoe groter de mate van afbraak.
Apparaataanbeveling:
UP200S
Referentie/Onderzoekspaper:
Szumilewicz, J.; Pabin-Szafko, B. (2006): Ultrasone afbraak van dibuyrylchitine. Poolse chitinevereniging, Monografie XI, 2006. 123-128.

Ferrocine poeder

Ultrasone toepassing:
Een sonochemische route om SWNCNTs te bereiden: 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 titanium tipsonde (sonotrode S14). Ultrasoon werd uitgevoerd gedurende 20 minuten bij kamertemperatuur en atmosferische druk. Door de ultrasoon ondersteunde synthese werden hoogzuivere SWCNTs geproduceerd op het oppervlak van silicapoeder.
Apparaataanbeveling:
UP200S met ultrasone sonde S14
Referentie/Onderzoekspaper:
Srinivasan C.(2005): A SOUND method for synthesis of single-walled carbon nanotubes under ambient conditions. Huidige wetenschap 88/1, 2005. 12-13.

Vliegas / Metakaoliniet

Ultrasone toepassing:
Uitloogtest: 100 ml uitloogoplossing werd toegevoegd aan 50 g van het vaste monster. Sonificatie-intensiteit: max. 85 W/cm² met UP200S in een waterbad van 20°C.
Geopolymerisatie: De slurry werd gemengd met een UP200S ultrasone homogenisator voor geopolymerisatie. De sonificatie-intensiteit was max. 85 W/cm². Voor het koelen werd sonicatie uitgevoerd in een ijswaterbad.
De toepassing van ultrageluid voor geopolymerisatie resulteert in een toenemende druksterkte van de gevormde geopolymeren en een toenemende sterkte met toenemende sonificatie tot een bepaalde tijd. Het oplossen van metakaoliniet en vliegas in alkalische oplossingen werd verbeterd door ultrasoon geluid, omdat er meer Al en Si vrijkwam in de gelfase voor polycondensatie.
Apparaataanbeveling:
UP200S
Referentie/Onderzoekspaper:
Feng, D.; Tan, H.; van Deventer, J. S. J. (2004): Ultrasoon verbeterde geopolymerisatie. Tijdschrift voor Materiaalwetenschappen 39/2, 2004. 571-580

Grafeen

Ultrasone toepassing:
Zuivere grafeenvellen kunnen in grote hoeveelheden worden geproduceerd, zoals blijkt uit het werk van Stengl et al. (2011) tijdens de productie van niet-stoichiometrisch TiO₂ grafeennanocomposiet door thermische hydrolyse van suspensie met grafeennanosheets en titaanperoxocomplex. De zuivere grafeennanosheets werden geproduceerd uit natuurlijk grafiet onder krachtige ultrasoonbehandeling met een 1000 W ultrasone processor. UIP1000hd in een hogedruk ultrasone reactorkamer bij 5 barg. De verkregen grafeenvellen worden gekenmerkt door een hoog specifiek oppervlak en unieke elektronische eigenschappen. De onderzoekers beweren dat de kwaliteit van het ultrasoon bereide grafeen veel hoger is dan grafeen dat wordt verkregen met de methode van Hummer, waarbij grafiet wordt geëxfolieerd en geoxideerd. Omdat de fysische omstandigheden in de ultrasone reactor nauwkeurig kunnen worden geregeld en door de aanname dat de concentratie van grafeen als doteringsmateriaal varieert in een bereik van 1 - 0,001%, is de productie van grafeen in een continu systeem op commerciële schaal mogelijk.
Apparaataanbeveling:
UIP1000hd
Referentie/Onderzoekspaper:
Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposiet als Hoogwaardige Fotokatalysatoren. 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 op de volgende manier bereid: 25 mg grafeenoxidepoeder werd toegevoegd aan 200 ml gedeïoniseerd water. Door te roeren werd een inhomogene bruine suspensie verkregen. De resulterende suspensies werden gesoneerd (30 minuten, 1,3 × 105 J) en na drogen (bij 373 K) werd het ultrasoon behandelde grafeenoxide geproduceerd. FTIR-spectroscopie toonde aan dat de ultrasone behandeling de functionele groepen van grafeenoxide niet veranderde.
Apparaataanbeveling:
UP400S
Referentie/Onderzoekspaper:
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 nanodeeltjes van grafeenoxide. Tijdschrift van de Koreaanse Natuurkundige Vereniging 4/56, 2010. pp. 1097-1102.
Klik hier om meer te lezen over de ultrasone grafeen scrub en voorbereiding!

Harige polymeer nanodeeltjes door afbraak van Poly(vinyl alcohol)

Ultrasone toepassing:
Een eenvoudige eenstapsprocedure, gebaseerd op de sonochemische afbraak van wateroplosbare polymeren in een waterige oplossing in aanwezigheid van een hydrofoob monomeer, leidt tot functionele harige polymeerdeeltjes in een restloos serum. Alle polymerisaties werden uitgevoerd in een dubbelwandige glazen reactor van 250 ml, voorzien van schotten, een temperatuursensor, een magnetische roerstaaf en een Hielscher US200S ultrasone processor (200 W, 24 kHz) uitgerust met een S14 titanium sonotrode (diameter = 14 mm, lengte = 100 mm).
Een poly(vinylalcohol) (PVOH) oplossing werd bereid door een nauwkeurige hoeveelheid PVOH op te lossen in water, een nacht lang bij 50°C onder krachtig roeren. Voorafgaand aan de polymerisatie werd de PVOH-oplossing in de reactor geplaatst en de temperatuur werd ingesteld op de gewenste reactietemperatuur. De PVOH-oplossing en het monomeer werden gedurende 1 uur apart gespoeld met argon. De benodigde hoeveelheid monomeer werd druppelsgewijs toegevoegd aan de PVOH-oplossing onder krachtig roeren. Vervolgens werd de argonspoeling uit de vloeistof verwijderd en werd de ultrasoonbehandeling 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 nodig voor het creëren van ultrasone cavitatie. Daarom zou een continue argonstroom 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. Er werden periodiek monsters genomen om de omzetting te controleren met gravimetrie, moleculaire gewichtsverdelingen en/of deeltjesgrootteverdelingen.
Apparaataanbeveling:
US200S
Referentie/Onderzoekspaper:
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): A simple one-step sonochemical route towards functional hairy polymer nanoparticles. Soft Matter, 6, 2010. 2392-2395.

HiPco-SWCNTs

Ultrasone toepassing:
Dispersie van HiPco-SWCNTs met UP400S: In een 5 mL-flacon werden 0,5 mg geoxideerde HiPcoTM SWCNTs (0,04 mmol koolstof) gesuspendeerd in 2 mL gedeïoniseerd water door een ultrasone processor. UP400S om een zwart gekleurde suspensie (0,25 mg / ml SWCNTs) op te leveren. Aan deze suspensie werd 1,4 pi van een PDDA-oplossing (20 wt./%, moleculair gewicht = 100.000-200.000) toegevoegd en het mengsel werd gedurende 2 minuten met een vortex gemengd. Na een extra sonicatie in een waterbad van 5 minuten werd de nanobuisjesuspensie gecentrifugeerd bij 5000g gedurende 10 minuten. Het supernatant werd genomen voor AFM-metingen en vervolgens gefunctionaliseerd met siRNA.
Apparaataanbeveling:
UP400S
Referentie/Onderzoekspaper:
Jung, A. (2007): Functionele materialen op basis van koolstofnanobuizen. Proefschrift Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

Hydroxyapatiet Bio-keramiek

Ultrasone toepassing:
Voor de synthese van nano-HAP werd een 40 mL oplossing van 0,32M Ca(NO₃)² ⋅ 4H₂O in een klein bekerglas gedaan. De pH van de oplossing werd vervolgens op 9,0 gebracht met ongeveer 2,5 ml ammoniumhydroxide. De oplossing werd vervolgens gesonitiseerd met de ultrasone processor UP50H (50 W, 30 kHz) uitgerust met sonotrode MS7 (7 mm hoorn diameter) ingesteld op maximale amplitude van 100% gedurende 1 uur. Aan het eind van het eerste uur werd een 60 mL oplossing van 0,19M [KH₂PO₄] werd vervolgens langzaam druppelsgewijs toegevoegd aan de eerste oplossing, terwijl deze een tweede uur ultrasone bestraling onderging. Tijdens het mengproces werd de pH-waarde gecontroleerd en op 9 gehouden, terwijl de Ca/P-verhouding op 1,67 werd gehouden. De oplossing werd vervolgens gefilterd door middel van centrifugeren (~2000 g), waarna het resulterende witte neerslag werd verdeeld in een aantal monsters voor warmtebehandeling. Er werden twee monstersets gemaakt, de eerste bestaande uit twaalf monsters voor thermische behandeling in een buisoven en de tweede uit vijf monsters voor microgolfbehandeling.
Apparaataanbeveling:
UP50H
Referentie/Onderzoekspaper:
Poinern, G. J. E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D.(2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Internationaal Tijdschrift voor Nanomedicine 6, 2011. 2083-2095.

Ultrasonisch gereduceerd en gedispergeerd calcium-hydroxyapatiet

Anorganische fullereen-achtige WS₂ nanodeeltjes

Ultrasone toepassing:
Ultrasoonbehandeling tijdens elektrodepositie van anorganische fullereen (IF)-achtige WS₂ nanodeeltjes in een nikkelmatrix leidt tot een meer uniforme en compacte coating wordt bereikt. Bovendien heeft de toepassing van ultrageluid een significant effect op het gewichtspercentage van de deeltjes die zijn opgenomen in de metaalafzetting. Zo kan het gewichtspercentage IF-WS₂ deeltjes in de nikkelmatrix stijgt van 4,5 wt.% (in films gegroeid onder alleen mechanische agitatie) tot ongeveer 7 wt.% (in films geprepareerd onder sonicatie bij 30 W cm^-2 van de ultrageluidintensiteit).
Ni/IF-WS₂ nanocomposietcoatings werden elektrolytisch gedeponeerd uit een standaard nikkel Watts bad waarin industriële kwaliteit IF-WS₂ (anorganische fullerenen-WS₂) nanodeeltjes toegevoegd.
Voor het experiment zijn IF-WS₂ toegevoegd aan de nikkel-Watts elektrolyten en de suspensies werden intensief geroerd met een magneetroerder (300 rpm) gedurende ten minste 24 uur bij kamertemperatuur voorafgaand aan de codepositie-experimenten. Vlak voor het elektrodepositieproces werden de suspensies gedurende 10 minuten ultrasoon voorbehandeld om agglomeratie te voorkomen. Voor de ultrasone bestraling werd een UP200S Sonde-type ultrasoonapparaat met een sonotrode S14 (14 mm tipdiameter) werd afgesteld op 55% amplitude.
Cilindrische glazen cellen met een volume van 200 mL werden gebruikt voor de codepositie-experimenten. Coatings werden afgezet op platte in de handel verkrijgbare kathoden van zacht staal (kwaliteit St37) van 3cm². De anode was een pure nikkel folie (3cm²) geplaatst aan de zijkant van het vat, tegenover de kathode. De afstand tussen anode en kathode was 4 cm. De substraten werden ontvet, gespoeld in koud gedestilleerd water, geactiveerd in een 15% HCl-oplossing (1 min.) en opnieuw gespoeld in gedestilleerd water. De elektrocodepositie werd uitgevoerd bij een constante stroomdichtheid van 5,0 A dm^-2 gedurende 1 uur met behulp van een gelijkstroomvoeding (5 A/30 V, BLAUSONIC FA-350). Om een uniforme deeltjesconcentratie in de bulkoplossing te handhaven, werden tijdens het elektrodepositieproces twee agitatiemethoden gebruikt: mechanische agitatie door een magnetische roerder (ω = 300 rpm) op de bodem van de cel en ultrasone agitatie met een ultrasoon apparaat van het probe-type. UP200S. De ultrasone sonde (sonotrode) werd van bovenaf direct in de oplossing gedompeld en nauwkeurig tussen de werk- en tegenelektroden geplaatst, zodat er geen afscherming was. De intensiteit van het ultrageluid dat op het elektrochemische systeem werd gericht, werd gevarieerd door de ultrageluidamplitude te regelen. In dit onderzoek werd de trillingsamplitude ingesteld op 25, 55 en 75% in een continue modus, wat overeenkomt met een ultrasone intensiteit van 20, 30 en 40 W cm.^-2 respectievelijk gemeten door een processor die was aangesloten op een ultrasone vermogensmeter (Hielscher Ultrasonics). De temperatuur van de elektrolyt werd op 55◦C gehouden met behulp van een thermostaat. De temperatuur werd voor en na elk experiment gemeten. De temperatuurstijging als gevolg van de ultrasone energie bedroeg niet meer dan 2-4◦C. Na elektrolyse werden de monsters ultrasoon gereinigd in ethanol gedurende 1 minuut om los geadsorbeerde deeltjes van het oppervlak te verwijderen.
Apparaataanbeveling:
UP200S met ultrasone hoorn / sonotrode S14
Referentie/Onderzoekspaper:
García-Lecina, E.; García-Urrutia, I.; Díeza, J.A.; Fornell, B.; Pellicer, E.; Sort, J. (2013): Codepositie van anorganische fullereen-achtige WS2 nanodeeltjes in een elektrodeposited nikkel matrix onder invloed van ultrasone agitatie. Electrochimica Acta 114, 2013. 859-867.

Latex Synthese

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 oppervlakteactieve stof DBSA. 1 g DBSA werd eerst opgelost in 100 mL water in een driehalskolf en de pH-waarde van de oplossing werd ingesteld op 2,0. 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 via magnetisch roeren gedurende 1 uur, gevolgd door sonicatie met een UIP1000hd uitgerust met een ultrasone hoorn (sonde/sonotrode) gedurende nog eens 30 minuten in het ijsbad. Ten slotte werd de polymerisatie uitgevoerd bij 90°C in een oliebad gedurende 2 uur onder een stikstofatmosfeer.
Apparaataanbeveling:
UIP1000hd
Referentie/Onderzoekspaper:
Fabricage van flexibele geleidende films op basis van poly(3,4-ethyleendioxythiofeen)epoly(styreen-sulfonzuur) (PEDOT:PSS) op een substraat van niet-geweven stof. Materials Chemistry and Physics 143, 2013. 143-148.
Klik hier om meer te lezen over de sono-synthese van latex!

Loodverwijdering (Sono-Leaching)

Ultrasone toepassing:
Ultrasone uitloging van lood uit verontreinigde grond:
De ultrasone uitloogexperimenten werden uitgevoerd met een ultrasoon apparaat UP400S met een titanium sonotonde (diameter 14 mm), die werkt met een frequentie van 20 kHz. De ultrasone sonde (sonotrode) werd calorimetrisch gekalibreerd met de ultrasone intensiteit ingesteld op 51 ± 0,4 W cm^-2 voor alle sono-loogexperimenten. De sono-loogexperimenten werden gethermosteerd met behulp van een glazen cel met vlakke bodem bij 25 ± 1°C. Er werden drie systemen gebruikt als bodemuitloogoplossingen (0,1 l) onder sonicatie: 6 ml 0,3 mol L^-2 van azijnzuuroplossing (pH 3,24), 3% (v/v) salpeterzuuroplossing (pH 0,17) en een buffer van azijnzuur/acetaat (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-loogproces werden de monsters gefilterd met filtreerpapier om de percolaatoplossing te scheiden van de bodem, gevolgd door elektrodepositie van lood in de percolaatoplossing en ontsluiting van de bodem na toepassing van ultrageluid.
Ultrasoon geluid is een waardevol hulpmiddel gebleken bij het verbeteren van de uitloging van lood uit verontreinigde grond. Ultrasoon geluid is ook een effectieve methode voor de bijna volledige verwijdering van uitloogbaar lood uit de bodem, wat resulteert in een veel minder gevaarlijke bodem.
Apparaataanbeveling:
UP400S met sonotrode H14
Referentie/Onderzoekspaper:
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007): Ultrasound Leaching and Electrochemical Treatment Combined for Lead Removal Soil. Tijdschrift voor Nieuwe Materialen voor Elektrochemische Systemen 10, 2007. 195-199.

Voorbereiding nanodeeltjes suspensie

Ultrasone toepassing:
Kale nTiO2 (5 nm bij transmissie-elektronenmicroscopie (TEM)) en nZnO (20 nm bij TEM) en met polymeer beklede nTiO2 (3-4 nm bij TEM) en nZnO (3-9 nm bij TEM) poeders werden gebruikt om de nanodeeltjes suspensies te bereiden. De kristallijne vorm van de NP's was anataas voor nTiO2 en amorf voor nZnO.
0.1 g nanodeeltjespoeder werd afgewogen in een bekerglas van 250 ml met een paar druppels gedeïoniseerd (DI) water. De nanodeeltjes werden vervolgens gemengd met een roestvrijstalen spatel, en het bekerglas werd gevuld tot 200 ml met DI-water, geroerd en vervolgens gedurende 60 seconden bij 90% amplitude ultrasoon behandeld met Hielscher's UP200S ultrasone processor, wat een 0,5 g/L stock suspensie opleverde. Alle stock suspensies werden maximaal twee dagen bewaard bij 4°C.
Apparaataanbeveling:
UP200S of UP200St
Referentie/Onderzoekspaper:
Petosa, A. R. (2013): Transport, depositie en aggregatie van metaaloxidenanodeeltjes in verzadigde korrelige poreuze media: rol van waterchemie, collectoroppervlak en deeltjescoating. Proefschrift McGill University Montreal, Quebec, Canada 2013. 111-153.
Klik hier voor meer informatie over ultrasone dispersie van nanodeeltjes!

Magnetiet nanodeeltjes neerslag

Ultrasone toepassing:
Het magnetiet (Fe₃O₄) nanodeeltjes 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 ijzeroplossing wordt neergeslagen met respectievelijk geconcentreerd ammoniumhydroxide en natriumhydroxide. De neerslagreactie wordt uitgevoerd onder ultrasone bestraling, waarbij de reactanten door de cavitatiezone in de ultrasone doorstroomreactorkamer worden gevoerd. Om een pH-gradiënt te voorkomen, moet het precipitatiemiddel in overmaat worden gepompt. De deeltjesgrootteverdeling van magnetiet is gemeten met fotoncorrelatiespectroscopie. Door de ultrasoon geïnduceerde menging neemt de gemiddelde deeltjesgrootte af van 12-14 nm tot ongeveer 5-6 nm.
Apparaataanbeveling:
UIP1000hd met doorstroomcelreactor
Referentie/Onderzoekspaper:
Banert, T.; Horst, C.; Kunz, U., Peuker, U. A. (2004): Kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen-(II,III) Oxid. ICVT, TU-Clausthal. Poster gepresenteerd op de GVC Annual Meeting 2004.
Banert, T.; Brenner, G.; Peuker, U. A. (2006): Operating parameters of a continuous sono-chemical precipitation reactor. Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.-27. April 2006.
Klik hier voor meer informatie over ultrasone neerslag!

Nikkel poeders

Ultrasone toepassing:
Bereiding van een suspensie van nikkelpoeders met een polyelektrolyt bij basische pH (om oplossen te voorkomen en de ontwikkeling van met nikkeloxide verrijkte soorten aan het oppervlak te bevorderen), polyelektrolyt op acrylbasis en tetramethylammoniumhydroxide (TMAH).
Apparaataanbeveling:
UP200S
Referentie/Onderzoekspaper:
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): Fabrication of Superconducting Coatings on Structural Ceramic Tiles. Toegepaste supergeleiding 19/3, 2009. 3041-3044.

PbS – Synthese van loodsulfide nanodeeltjes

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 50mL bekerglas opgelegd aan ultrasone bestraling met een UP200S gedurende 7 minuten. De punt van de ultrasone sonde/sonotrode S1 werd direct in de reactieoplossing gedompeld. De gevormde donkerbruine kleursuspensie werd gecentrifugeerd om het neerslag eruit te krijgen en tweemaal gewassen met respectievelijk dubbel gedestilleerd water en ethanol om de niet-gereageerde reagentia te verwijderen. Om het effect van ultrageluid op de eigenschappen van de producten te onderzoeken, werd nog een vergelijkend monster bereid, waarbij de reactieparameters constant werden gehouden, behalve dat het product werd bereid onder continu roeren gedurende 24 uur zonder de hulp van ultrasone bestraling.
Voor de bereiding van PbS-nanodeeltjes werd ultrasoon-ondersteunde synthese in waterige ionische vloeistof bij kamertemperatuur voorgesteld. Deze milieuvriendelijke groene methode bij kamertemperatuur is snel en sjabloonvrij, waardoor de synthesetijd opmerkelijk verkort wordt en ingewikkelde syntheseprocedures vermeden worden. De bereide nanoclusters vertonen een enorme blauwe verschuiving van 3,86 eV die kan worden toegeschreven aan de zeer kleine deeltjesgrootte en het kwantumopsluitingseffect.
Apparaataanbeveling:
UP200S
Referentie/Onderzoekspaper:
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008): Facile and Room Temperature Preparation and Characterization of PbS Nanoparticles in Aqueous [EMIM] [EtSO4] Ionic Liquid Using Ultrasonic Irradiation. Bulletin van de Korean Chemical Society 29/1, 2008. 53-56.

Gezuiverde nanobuisjes

Ultrasone toepassing:
De gezuiverde nanobuisjes werden vervolgens gesuspendeerd in 1,2-dichloorethaan (DCE) door middel van sonicatie met een ultrasoon apparaat met hoog vermogen. UP400S400 W, 24 kHz) in gepulseerde modus (cycli) om een zwart gekleurde suspensie te verkrijgen. Bundels geagglomereerde nanobuisjes werden vervolgens verwijderd in een centrifugatiestap gedurende 5 minuten bij 5000 rpm.
Apparaataanbeveling:
UP400S
Referentie/Onderzoekspaper:
Witte, P. (2008): Amfifiele fullerenen voor biomedische en opto-elektronische toepassingen. Proefschrift Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2008.

SAN/CNTs composiet

Ultrasone toepassing:
Om de CNTs te dispergeren in de SAN matrix werd een Hielscher UIS250V met sonotrode voor sonde-type sonicatie gebruikt. Eerst werden de CNTs gedispergeerd in 50 ml gedestilleerd water door middel van sonicatie gedurende ongeveer 30 minuten. Om de oplossing te stabiliseren werd SDS toegevoegd in een verhouding van ~1% van de oplossing. Daarna werd de verkregen waterige dispersie van CNTs gecombineerd met de polymeer suspensie en gemengd voor 30 min. met Heidolph RZR 2051 mechanisch roerwerk, en vervolgens herhaaldelijk gesoneerd voor 30 min. Voor analyse werden SAN-dispersies met verschillende concentraties CNTs in Teflon vormen gegoten en gedroogd bij omgevingstemperatuur gedurende 3-4 dagen.
Apparaataanbeveling:
UIS250v
Referentie/Onderzoekspaper:
Bitenieks, J.; Meri, R. M.; Zicans, J.; Maksimovs, R.; Vasile, C.; Musteata, V. E. (2012): Styreen-acrylaat/koolstofnanobuis nanocomposieten: 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 de tetrahydrofuraanoplossing van de verf met behulp van een Hielscher UP200S ultrasone processor met hoog vermogen, werkend met een akoestische vermogensdichtheid van 80 W/cm². De deagglomeratie van SiC werd aanvankelijk uitgevoerd in een zuiver oplosmiddel met een beetje reinigingsmiddel, waarna porties verf werden toegevoegd. Het hele proces duurde 30 minuten en 60 minuten in het geval van monsters die waren voorbereid voor respectievelijk dipcoating en zeefdruk. Tijdens de ultrasoonbehandeling werd het mengsel voldoende gekoeld om koken van het oplosmiddel te voorkomen. Na de ultrasoonbehandeling werd tetrahydrofuraan verdampt in een rotatieverdamper en werd de verharder aan het mengsel toegevoegd om een geschikte viscositeit voor het drukken te verkrijgen. De SiC-concentratie in het resulterende composiet was 3% wt in monsters voorbereid voor dompelcoating. Voor zeefdrukken werden twee partijen monsters bereid, met een SiC-gehalte van 1 – 3% wt voor voorbereidende slijtage- en wrijvingstests en 1,6 – 2,4% wt voor fijnafstelling van de composieten op basis van de resultaten van slijtage- en wrijvingstesten.
Apparaataanbeveling:
UP200S
Referentie/Onderzoekspaper:
Celichowski G.; Psarski M.; Wiśniewski M. (2009): Elastische garenspanner met een niet-continue antislijtage nanocomposietpatroon. Vezels & Textiel in Oost-Europa 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
Apparaataanbeveling:
UP400S
Referentie/Onderzoekspaper:
Koshio, A.; Yudasaka, M.; Zhang, M.; Iijima, S. (2001): A Simple Way to Chemically React Single-Wall Carbon Nanotubes with Organic Materials Using Ultrasonication. Nano Letters 1/ 7, 2001. 361-363.

Thiolated SWCNTs

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

TiO₂ / Perliet composiet

Ultrasone toepassing:
De TiO2 /perliet composietmaterialen werden op de volgende manier bereid. In eerste instantie werd 5 ml titaanisopropoxide (TIPO), Aldrich 97%, opgelost in 40 ml ethanol, Carlo Erba, en gedurende 30 minuten geroerd. Daarna werd 5 g perliet toegevoegd en werd de dispersie 60 minuten geroerd. Het mengsel werd verder gehomogeniseerd met behulp van de ultrasone tip sonicator UIP1000hd. Er werd een totale energie-input van 1 Wh toegepast voor een sonificatietijd van 2 minuten. Tot slot werd de slurry verdund met ethanol tot 100 ml suspensie en de verkregen vloeistof werd benoemd als precursoroplossing (PS). De bereide PS was klaar om verwerkt te worden door het vlamnevelpyrolyse systeem.
Apparaataanbeveling:
UIP1000hd
Referentie/Onderzoekspaper:
Giannouri, M.; Kalampaliki, Th.; Todorova, N.; Giannakopoulou,T.; Boukos, N.; Petrakis, D.; Vaimakis, T.; Trapalis, C. (2013): One-Step Synthesis of TiO2/Perlite Composites by Flame Spray Pyrolysis and Their Photocatalytic Behavior. Internationaal tijdschrift voor fotoenergie 2013.

Krachtig ultrageluid gekoppeld aan vloeistoffen genereert intense cavitatie. De extreme cavitatie-effecten creëren fijne poederslurries met deeltjesgroottes in het submicron- en nanogebied. Bovendien wordt het deeltjesoppervlak geactiveerd. Microjet- en schokgolfimpact en botsingen tussen deeltjes hebben substantiële effecten op de chemische samenstelling en fysieke morfologie van vaste stoffen die de chemische reactiviteit van zowel organische polymeren als anorganische vaste stoffen drastisch kunnen verbeteren.

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

[Suslick/Prijs 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): Geëxfolieerde CrPS4 met veelbelovende fotogeleidbaarheid. Klein Vol.16, Issue1. 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 hydroxyapatiet biokeramiek op nanometerschaal. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083-2095.