Hielscher Echografietechniek

Ultrasone Synthese van Nanodiamonds

  • Door zijn intense cavitational kracht, macht echografie is een veelbelovende techniek om micron-en nano-sized diamanten te produceren uit grafiet.
  • Micro- en nano-kristallijne diamant kan worden gesynthetiseerd soniceren van een suspensie van grafiet in de organische vloeistof bij atmosferische druk en kamertemperatuur.
  • Ultrasoon is ook een handig hulpmiddel voor de post-processing van de gesynthetiseerde nano diamanten, zoals ultrasone trillingen verspreidt, deagglomereert en functionaliseert nano-deeltjes zeer effectief.

Ultrasonics voor Nanodiamant Treatment

Nanodiamonds (ook wel detonatie diamant (NS) of ultradispersed diamant (UDD)) is een speciale vorm van koolstof nanomaterialen onderscheiden door unieke eigenschappen - zoals de traliewerk structuur, zijn grote oppervlakte, Evenals unieke optisch en magnetisch eigenschappen - en uitzonderlijke toepassingen. De eigenschappen van ultradispersed deeltjes maken deze materialen compounds voor het creëren van nieuwe materialen met buitengewone functies. De grootte van de diamant deeltjes in het roet is ongeveer 5 nm.

Ultrasone Synthese van Nanodiamonds

Onder intense krachten, zoals sonicatie of een detonatie kan grafiet worden omgezet in diamant.

Ultrasoon Synthesized Nanodiamonds

De synthese van diamanten is een belangrijk gebied van onderzoek met betrekking tot de wetenschappelijke en commerciële belangen. De meest gebruikte werkwijze voor de bereiding van microkristallijn en nanokristallijn diamantdeeltjes is de hoge-druk-hoge temperatuur (HPHT) techniek. Door deze werkwijze wordt de vereiste procesdruk van tienduizenden atmosfeer en temperaturen van meer dan 2000 K worden gegenereerd om het grootste deel van de wereldwijde levering van industriële diamant te produceren. Voor de omzetting van grafiet in diamant in het algemeen hoge drukken en hoge temperaturen vereist, en katalysatoren worden gebruikt om de opbrengst van diamant verhogen.
Deze eisen die nodig zijn voor transformatie kan zeer efficiënt worden gegenereerd door het gebruik van Echografie met hoog vermogen (= Lage frequentie, hoge intensiteit ultrageluid):

ultrasone cavitatie

Ultrasound in vloeistoffen veroorzaakt plaatselijk zeer extreme effecten. Bij het soniseren van vloeistoffen met hoge intensiteiten, resulteren de geluidsgolven die zich voortplanten in de vloeibare media in wisselende hogedruk (compressie) en lage druk (verdunning) cycli, met snelheden die afhankelijk zijn van de frequentie. Tijdens de lagedrukcyclus creëren ultrasone golven met hoge intensiteit kleine vacuümbellen of holtes in de vloeistof. Wanneer de bellen een volume bereiken waarbij ze geen energie meer kunnen opnemen, vallen ze hevig in elkaar tijdens een hoge drukcyclus. Dit fenomeen wordt genoemd cavitatie. Tijdens de implosie zeer hoge temperaturen (ong. 5000 K) en druk (. Ca. 2,000atm) worden lokaal bereikt. De implosie van het cavitatiebel resulteert ook in vloeibare stralen tot 280m / s snelheid. (Suslick 1998) Het is duidelijk dat micro- en nanokristallijne diamant kan worden gesynthetiseerd in het ultrasone cavitatie.

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasone procedure voor de synthese van Nanodiamonds

De facto, de studie van Khachatryan et al. (2008) laat zien dat diamant microkristallen ook worden gesynthetiseerd door de ultrasone trillingen van een suspensie van grafiet in de organische vloeistof bij atmosferische druk en kamertemperatuur. Cavitatie fluïdum heeft een formule van aromatische oligomeren werden gekozen vanwege zijn lage dampspanning en hoge kooktemperatuur. In deze vloeistof, de speciale pure grafietpoeder – met deeltjes in het bereik van 100-200 urn - is opgeschort. . Bij de experimenten van Kachatryan et al, het vaste-vloeibare gewichtsverhouding was 1: 6, de cavitatie vloeistofdichtheid was 1.1g cm-3 bij 25 ° C. De maximale ultrasone intensiteit in de sonoreactor is 75-80W cm geweest-2 overeenkomend met een geluidsdruk amplitude van 15-16 bar.
Er werd bij benadering bereikt een 10% grafiet naar diamant conversie. De diamanten werden bijna Mono-gedispergeerde met een zeer scherpe, goed ontworpen grootte in het traject van 6 of 9 urn ± 0,5 pm, met cubic, kristallijne morfologie en hoge zuiverheid.

Ultrasoon gesynthetiseerde diamanten (SEM beelden): High power echografie levert de energie die nodig is om nanodiamonds induceren' synthese

SEM beelden van de ultrasoon gesynthetiseerde diamant: beelden (a) en (b) tonen de reeks monsters 1, (c) en (d) de reeks monsters 2. [Khachatryan et al. 2008]

De kosten micro- en nanodiamonds door deze methode geschat competitief met de hoge-druk-hoge temperatuur (HPHT) proces. Dit maakt echografie een innovatief alternatief voor de synthese van micro- en nanodiamonds (Khachatryan et al. 2008), vooral omdat het productieproces van nanodiamonds kan worden geoptimaliseerd door verdere onderzoeken. Vele parameters zoals amplitude, druk, temperatuur, cavitatie vloeistof en concentratie moet nauwkeurig worden onderzocht om de sweet spot ultrasone nanodiamond synthese ontdekt.
Door de bereikte synthetiseren nanodiamonds resultaten verder ultrasoon gegenereerde cavitatie biedt de mogelijkheid voor de synthese van andere belangrijke verbindingen, zoals kubisch boornitride, koolstof nitride etc. (Khachatryan et al. 2008)
Verder lijkt het mogelijk om diamant nanodraden en nanorods van meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNTs) onder ultrasone bestraling creëren. Diamond nanodraden zijn één-dimensionale analogen van bulk diamant. Vanwege de hoge elasticiteitsmodulus, sterkte-gewichtsverhouding en het relatieve gemak waarmee de oppervlakken worden gefunctionaliseerd is diamant gebleken dat het optimale materiaal voor nanomechanical ontwerpen zijn. (Sun et al. 2004)

Ultrasone Dispergeren van Nanodiamonds

Zoals reeds beschreven, de deagglomeratie en de nog deeltjesgrootteverdeling in het medium zijn essentieel voor de succesvolle exploitatie van de unieke kenmerken nanodiamonds’.
spreiding en deagglomeratie door ultrasone trillingen zijn het gevolg van ultrasone cavitatie. Bij het blootstellen van vloeistoffen aan ultrageluid resulteren de geluidsgolven die zich in de vloeistof voortplanten in wisselende hogedruk- en lagedrukcycli. Dit past mechanische spanning toe op de aantrekkende krachten tussen de afzonderlijke deeltjes. Ultrasone cavitatie in vloeistoffen veroorzaakt vloeistofstralen met hoge snelheid tot 1000 km / uur (ongeveer 600 mph). Dergelijke stralen drukken vloeistof onder hoge druk tussen de deeltjes en scheiden ze van elkaar. Kleinere deeltjes worden versneld met de vloeistofstralen en botsen tegen hoge snelheden. Dit maakt echografie een effectief middel voor het verspreiden, maar ook voor de frezen van micron-grootte en submicron-deeltjes.
Bijvoorbeeld kan nanodiamonds (gemiddelde grootte van ongeveer 4 nm) en polystyreen worden gedispergeerd in cyclohexaan met een speciale samenstelling te verkrijgen. In hun studie, Chipara et al. (2010) zijn opgesteld samenstellingen van polystyreen en nanodiamonds gemaakt met nanodiamonds in een bereik tussen 0 en 25% gewicht. Om een ​​nog te verkrijgen spreidingGesoniceerd men de oplossing gedurende 60 minuten onder Hielscher's UIP1000hd (1 kW).

Ultrasoon Assisted functionalisering van Nanodiamonds

Voor de functionalisering van het gehele oppervlak van elk nanodeeltjes, moet het oppervlak van de deeltjes beschikbaar zijn voor de chemische reactie. Dit betekent een gelijkmatige en fijne verdeling vereist als goed gedispergeerde deeltjes worden omgeven door een grenslaag van moleculen aantrekkingskracht op het deeltjesoppervlak. Nieuwe functionele groepen op het oppervlak nanodiamonds springen deze grenslaag moet worden gebroken of verwijderd. Dit proces van breken en verwijderen van de grenslaag kan worden uitgevoerd door ultrasoon.
Ultrasound ingebracht in vloeibare daarvan diverse extreme effecten zoals cavitatiePlaatselijk zeer hoge temperatuur tot 2000K en vloeistofstralen tot 1000 km / uur. (Suslick 1998) Hierdoor stressfactoren de aantrekkende krachten (bijvoorbeeld Van-der-Waals krachten) kunnen worden overwonnen en de functionele moleculen worden naar het oppervlak van het deeltje te functionaliseren, b.v. nanodiamonds oppervlak.

Under powerful ultrasonic irradiation (e.g. with Hielscher's UIP2000hdT) it becomes possible to synthesis, deagglomerate and functionalize nanodiamonds efficiently.

Schema 1: Grafische van de in situ-deagglomeratie en oppervlakte functionalisering van nanodiamonds (Liang 2011)

Experimenten met Kraal-Assisted Sonic Desintegratie (BASD) behandeling veelbelovende resultaten laten zien dat het oppervlak van funcionalization nanodiamonds ook. Daardoor zijn parels (b.v. micro-sized keramische korrels zoals ZrO2 kralen) gebruikt om de ultrasone handhaven cavitationeel krachten op de nanodiamond deeltjes. De deagglomeratie wordt veroorzaakt door de botsing tussen de interparticular nanodiamond deeltjes en ZrO2 kralen.
Vanwege de betere beschikbaarheid van oppervlaktedeeltjes voor chemische reacties zoals de Boran verminderen, arylering of silanisering, een ultrasone of BASD (bead-assisted sonische desintegratie) voorbehandeling voor het dispergeren oog wordt sterk aanbevolen. door ultrasoon Dispergeren en deagglomeratie de chemische reactie kan veel vollediger verlopen.

Bij hoog vermogen, laagfrequente ultrageluid introduceert in een vloeibaar medium, wordt cavitatie opgewekt.

Ultrasone caviatation resulteert in extreme temperatuur- en drukverschillen en snelle vloeistofstralen. Daardoor energie ultrageluid is een succesvolle verwerkingsmethode voor het mengen en malen toepassingen.

Neem contact met ons op / vraag om meer informatie

Praat met ons over uw verwerking eisen. We zullen de meest geschikte configuratie en bewerkingsparameters aanbevelen voor uw project.





Let op onze Privacybeleid.


Literatuur / Referenties

  • Chipara, A.C. et al .: Thermische eigenschappen van nanodiamond gedispergeerd in polystyreen. HESTEC 2010.
  • El-Say, K. M .: Nanodiamonds als geneesmiddelafgiftesysteem: Toepassing en potentiële. In J Appl Pharm Sci 01/06, 2011; blz. 29-39.
  • Khachatryan, A. Kh. et al .: grafiet naar diamant transformatie geïnduceerd door ultrasone cavitatie. In: Diamond & Gerelateerd materiaal 17, 2008; pp931-936.
  • Krueger, A .: De structuur en reactiviteit van nanoschaal diamant. In: J. Mater Chem 18, 2008; blz. 1485-1492.
  • Liang, Y:. Deagglomeratie en oppervlak nanodiamond via thermochemische en mechano werkwijzen. Proefschrift Julius Maximilian Universiteit Würzburg 2011th
  • Osawa, E .: Monodisperse enkele nanodiamond deeltjes. In: Pure Appl Chem 80/7, 2008; blz. 1365-1379.
  • Pramatarova, L. et al .: Het voordeel van Polymer Composites met Detonation Nanodiamond Deeltjes voor medische toepassingen. In: On Biomimetics; blz. 298-320.
  • Zon, L .; Gong, J .; Zhu, D .; Zhu, Z .; Hij, S .: Diamond nanorods van koolstof nanobuisjes. In: Advanced Materials 16/2004. blz. 1849-1853.
  • Suslick, K.S .: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 4th ed. J. Wiley & Sons: New York; 26, 1998; blz. 517-541.

nanodiamonds – Gebruik en toepassingen

De nanodiamond korrels zijn instabiel als gevolg van hun zeta-potentiaal. Daardoor hebben zij de neiging sterk aan aggregaten. Een algemene toepassing van nanodiamonds is het gebruik in schuurmiddelen, slijpen en polijsten van gereedschap en koellichamen. Een andere mogelijke toepassing is de toepassing van nanodiamonds als geneesmiddeldrager voor farmaceutisch werkzame bestanddelen (zie Pramatarova). Door ultrasone trillingenTen eerste nanodiamonds kunnen worden gesynthetiseerd uit grafiet en anderzijds de nanodiamonds zwaar neiging om agglomeratie kan gelijkmatig verspreid in vloeibare media (bijvoorbeeld een polijstmiddel formuleren).