Dyspersja ultradźwiękowa nanomateriałów (nanocząstek)
Nanomateriały stały się integralnym składnikiem produktów tak różnorodnych, jak wysokowydajne materiały, filtry przeciwsłoneczne, powłoki o wysokiej wydajności lub kompozyty z tworzyw sztucznych. Kawitacja ultradźwiękowa służy do rozpraszania cząstek o rozmiarze nano w cieczach, takich jak woda, olej, rozpuszczalniki lub żywice.
Ultradźwiękowa dyspersja nanocząstek
Zastosowanie Ultradźwiękowa dyspersja nanocząstek ma różnorodne skutki. Najbardziej oczywistym jest rozpylenie materiałów w cieczy w celu zerwania skupień cząstek. Inny proces jest zastosowanie ultradźwięku podczas synteza cząstek lub opadu. Ogólnie rzecz biorąc to prowadzi do mniejszych cząstek i zwiększenie rozmiaru jednolitości. Kawitacja ultradźwiękowa poprawia przekazanie materiałów na powierzchni cząstek. Efekt ten może służyć do zwiększenia funkcjonalizacji powierzchni materiałów o dużej właściwej powierzchni.
Rozpraszanie i rozdrabnianie nanomateriałów
Nanomateriały, np. tlenki metalowe, nanoglinki lub nanorurki węglowe wydają się być aglomerowane po zmieszaniu w ciecz. Skuteczne środki deaglomeozacji i Dyspersacja są potrzebne do przezwyciężenia sił wiązania po zwilżeniu proszku. Ultradźwiękowy rozpad struktur aglomeratu w zawiesinach wodnych i niewodnych pozwala na wykorzystanie pełnego potencjału materiałów nanorozmiarowych. Badania różnych dyspersji aglomeratów nanocząstek o zmiennej zawartości ciała stałego wykazały znaczną przewagę ultradźwięków w porównaniu z innymi technologiami, takimi jak mieszalniki ze stojanem wirnika (np. ultra turrax), homogenizatory tłokowe lub metody mielenia na mokro, np. młyny perełkowe lub młyny koloidalne. Systemy ultradźwiękowe Hielscher mogą być uruchamiane przy dość wysokich stężeniach ciał stałych. Na przykład dla Krzemionka stwierdzono, że szybkość pękania jest niezależna od stałe stężenie do 50% wagowo. Ultradźwięki mogą być stosowane do dyspergowania przedmieszek o wysokim stężeniu - przetwarzanie cieczy o niskiej i wysokiej lepkości. To sprawia, że ultradźwięki są dobrym rozwiązaniem do przetwarzania farb i powłok opartych na różnych mediach, takich jak woda, żywica lub olej.
Homogenizator ultradźwiękowy UP400St dla nanodyspersji
Kawitacja ultradźwiękowa
Dyspersja i deaglomeracja za pomocą ultradźwięków są wynikiem kawitacji ultradźwiękowej. Podczas wystawiania cieczy na działanie ultradźwięków fale dźwiękowe, które rozprzestrzeniają się w cieczy, powodują naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia. Powoduje to mechaniczne naprężenie sił przyciągających między poszczególnymi cząstkami. Kawitacja ultradźwiękowa w cieczach powoduje powstawanie strumieni cieczy o dużej prędkości do 1000 km/godz. Takie strumienie wtłaczają ciecz pod wysokim ciśnieniem pomiędzy cząsteczki i oddzielają je od siebie. Mniejsze cząstki są przyspieszane przez strumienie cieczy i zderzają się z dużą prędkością. To sprawia, że ultradźwięki są skutecznym środkiem do rozpraszania, ale także do frezowanie cząstek o rozmiarach mikronowych i submikronowych.
Synteza / wytrącanie cząstek wspomagane ultradźwiękami
Nanocząstki mogą być generowane oddolnie poprzez syntezę lub wytrącanie. Sonochemia jest jedną z najwcześniejszych technik stosowanych do przygotowania związków o nanorozmiarach. Suslick w swojej oryginalnej pracy, sonikowany Fe(CO)5 w postaci czystej cieczy lub w roztworze dezakliny i otrzymano amorficzne nanocząstki żelaza o wielkości 10-20 nm. Ogólnie rzecz biorąc, przesycona mieszanina zaczyna tworzyć stałe cząstki z wysoce stężonego materiału. Ultradźwięki poprawiają mieszanie prekursorów i zwiększają przenoszenie masy na powierzchni cząstek. Prowadzi to do mniejszego rozmiaru cząstek i większej jednorodności.
UIP2000hdTultradźwiękowy o mocy 2 kW do rozpraszania SWCNT.
Funkcjonalizacja powierzchni za pomocą ultradźwięków
Wiele nanomateriałów, takich jak tlenki metali, tusz do drukarek atramentowych i pigmenty tonera lub wypełniacze zapewniające wydajność powłokiwymagają funkcjonalizacji powierzchni. Aby sfunkcjonalizować całą powierzchnię każdej pojedynczej cząstki, wymagana jest dobra metoda dyspersji. Po zdyspergowaniu cząstki są zwykle otoczone warstwą graniczną cząsteczek przyciąganych do powierzchni cząstek. Aby nowe grupy funkcyjne mogły dostać się na powierzchnię cząstek, ta warstwa graniczna musi zostać rozbita lub usunięta. Strumienie cieczy powstałe w wyniku kawitacji ultradźwiękowej mogą osiągać prędkość do 1000 km/godz. Naprężenie to pomaga przezwyciężyć siły przyciągania i przenosi cząsteczki funkcjonalne na powierzchnię cząstek. W przyspieszenie reakcji chemycznych (sonochemia).Efekt ten jest wykorzystywany do poprawy wydajności rozproszonych katalizatorów.
Ultradźwięki przed pomiarem wielkości cząstek
Ultrasonizacja próbek poprawia dokładność pomiaru wielkości cząstek lub morfologii. Nowy SonoStep łączy ultradźwięki, mieszanie i pompowanie próbek w kompaktowej konstrukcji. Jest łatwy w obsłudze i może być używany do dostarczania sonikowanych próbek do urządzeń analitycznych, takich jak analizatory wielkości cząstek. Intensywna sonikacja pomaga rozproszyć aglomerowane cząstki, prowadząc do bardziej spójnych wyników.Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej!
Przetwarzanie ultradźwiękowe w skali laboratoryjnej i produkcyjnej
Procesory ultradźwiękowe i komory przepływowe do deaglomeracji i dyspersji są dostępne dla laboratorium i Produkcja poziom. Systemy przemysłowe można łatwo zmodernizować do pracy w trybie inline. Do badań i rozwoju procesów zalecamy korzystanie z systemu UIP1000hd (1000 W).
Hielscher oferuje szeroką gamę urządzeń ultradźwiękowych i akcesoriów do skutecznego rozpraszania nanomateriałów, np. w farbach, tuszach i powłokach.
- Kompaktowe urządzenia laboratoryjne do Moc 400 W.
Urządzenia te są wykorzystywane głównie do przygotowywania próbek lub wstępnych badań wykonalności i są dostępne do wynajęcia. - Processor ultradźwiękowe 500 i 1000 i 2000 watów jak i procesory ultradźwiękowe Zestaw UIP1000hd z celą przepływową i różnymi tubami wspomagającymi i sonotrodami może przetwarzać strumienie o większej objętości.
Urządzenia tego typu są wykorzystywane do optymalizacji parametrów (takich jak: amplituda, ciśnienie robocze, natężenie przepływu itp.) w skali laboratoryjnej lub pilotażowej. - Ultradźwiękowe procesory 2kW, 4kW, 10kW i 16kW i większe zgrupowanie takich modułów pozwala na produkcje strumieni przepływu do prawie każdego poziomu.
Sprzęt stacjonarny jest dostępny do wypożyczenia w dobrych warunkach w celu przeprowadzenia prób procesowych. Wyniki takich prób mogą być skalowane liniowo do poziomu produkcyjnego - zmniejszając ryzyko i koszty związane z rozwojem procesu. Chętnie udzielimy pomocy online, telefonicznie lub osobiście. Więcej informacji nasze adresy tutajlub skorzystać z poniższego formularza.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:
| Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
| b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Nanomateriały – Informacje ogólne
Nanomateriały to materiały o wielkości mniejszej niż 100 nm. Są one szybko wykorzystywane w recepturach farb, tuszów i powłok. Nanomateriały dzielą się na trzy szerokie kategorie: tlenki metali, nanoglinki i nanopowłoki. nanorurki węglowe. Nanocząstki tlenków metali obejmują nanocząstki tlenku cynku, tlenku tytanu, tlenku żelaza, tlenku ceru i tlenku cyrkonu, a także mieszane związki metali, takie jak tlenek indu i cyny oraz tlenek cyrkonu i tytanu, a także mieszane związki metali, takie jak tlenek indu i cyny. Ta niewielka materia ma wpływ na wiele dyscyplin, takich jak fizyka, Chemia i biologii. W farbach i powłokach nanomateriały spełniają potrzeby dekoracyjne (np. kolor i połysk), funkcjonalne (np. przewodnictwo, inaktywacja drobnoustrojów) i poprawiają ochronę (np. odporność na zarysowania, stabilność UV) farb i powłok. W szczególności nanotlenki metali, takie jak TiO2 i ZnO lub tlenek glinu, tlenek ceru i tlenek żelaza. Krzemionka i pigmenty w rozmiarze nano znajdują zastosowanie w nowych formułach farb i powłok.
Kiedy materia zmniejsza swój rozmiar, zmienia swoje właściwości, takie jak kolor i interakcje z inną materią, takie jak reaktywność chemiczna. Zmiana charakterystyki jest spowodowana zmianą właściwości elektronowych. Przez rozdrabiani komórekzwiększa się powierzchnia materiału. Dzięki temu większy procent atomów może wchodzić w interakcje z innymi materiałami, np. z matrycą żywic.
Aktywność powierzchniowa jest kluczowym aspektem nanomateriałów. Aglomeracja i agregacja blokuje powierzchnię przed kontaktem z inną materią. Tylko dobrze zdyspergowane lub pojedynczo zdyspergowane cząstki pozwalają w pełni wykorzystać korzystny potencjał materii. W rezultacie dobre rozproszenie zmniejsza ilość nanomateriałów potrzebnych do osiągnięcia tych samych efektów. Ponieważ większość nanomateriałów jest nadal dość droga, aspekt ten ma duże znaczenie dla komercjalizacji preparatów zawierających nanomateriały. Obecnie wiele nanomateriałów jest produkowanych w procesie suchym. W rezultacie cząstki muszą być mieszane z ciekłymi preparatami. W tym miejscu większość nanocząstek tworzy aglomeraty podczas zwilżania. W szczególności nanorurki węglowe są bardzo spójne, co utrudnia ich rozproszenie w cieczach, takich jak woda, etanol, olej, polimer lub żywica epoksydowa. Konwencjonalne urządzenia do przetwarzania, np. mieszalniki o wysokim ścinaniu lub rotor-stator, homogenizatory wysokociśnieniowe lub młyny koloidalne i tarczowe nie są w stanie rozdzielić nanocząstek na dyskretne cząstki. W szczególności w przypadku małych cząstek o wielkości od kilku nanometrów do kilku mikronów kawitacja ultradźwiękowa jest bardzo skuteczna w rozbijaniu aglomeratów, agregatów, a nawet cząstek pierwotnych. Gdy ultradźwięki są używane do frezowanie W przypadku partii o wysokim stężeniu strumienie cieczy powstające w wyniku kawitacji ultradźwiękowej powodują, że cząstki zderzają się ze sobą z prędkością do 1000 km / h. Łamie to siły van der Waalsa w aglomeratach, a nawet cząstkach pierwotnych.
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do mieszania, dyspersji, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.