Ultradźwięki o dużej mocy do obróbki cząstek: Uwagi do stosowania

Aby w pełni wyrazić swoje właściwości, cząstki muszą być deaglomerowane i równomiernie rozproszone, tak aby cząstki’ powierzchnia jest dostępna. Potężne siły ultradźwiękowe są znane jako niezawodne narzędzia do dyspergowania i frezowania, które rozbijają cząstki do submikronowych i nano-rozmiarów. Ponadto sonikacja umożliwia modyfikację i funkcjonalizację cząstek, np. poprzez powlekanie nanocząstek warstwą metalu.

Poniżej znajduje się wybór cząstek i cieczy z powiązanymi zaleceniami, jak traktować materiał w celu zmielenia, rozproszenia, deaglomeracji lub modyfikacji cząstek za pomocą homogenizatora ultradźwiękowego.

Jak przygotować proszki i cząstki za pomocą silnej sonikacji.

W kolejności alfabetycznej:

aerosil

Aplikacja ultradźwiękowa:
Dyspersje cząstek Silica Aerosil OX50 w wodzie Millipore (pH 6) przygotowano przez zdyspergowanie 5,0 g proszku w 500 ml wody za pomocą procesora ultradźwiękowego o wysokiej intensywności UP200S (200W; 24kHz). Dyspersje krzemionki przygotowano w roztworze wody destylowanej (pH = 6) pod wpływem promieniowania ultradźwiękowego z UP200S przez 15 minut, a następnie energiczne mieszanie przez 1 godzinę. Do regulacji pH użyto HCl. Zawartość substancji stałych w dyspersjach wynosiła 0,1% (w/v).
Zalecane urządzenie:
UP200S
Dokument referencyjny/badawczy:
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 [Połączenie naturalnych i termoczułych polimerów we flokulacji drobnych dyspersji krzemionkowych]. International Journal of Carbohydrate Chemistry 2013.

Al₂O₃-Nanofluidy wodne

Aplikacja ultradźwiękowa:
Al₂O₃Nano-płyny wodne można przygotować w następujący sposób: Najpierw zważyć masę Al₂O₃ nanocząstek za pomocą cyfrowej wagi elektronicznej. Następnie umieścić Al₂O₃ do odważonej wody destylowanej i stopniowo mieszać nanocząstki Al₂O₃-mieszanina wody. Poddawać mieszaninę ciągłej sonikacji przez 1 godzinę za pomocą urządzenia z sondą ultradźwiękową UP400S (400 W, 24 kHz) w celu wytworzenia jednolitej dyspersji nanocząstek w wodzie destylowanej.
Nanofluidy mogą być przygotowywane w różnych frakcjach (0,1%, 0,5% i 1%). Nie jest wymagana zmiana środka powierzchniowo czynnego ani pH.
Zalecane urządzenie:
UP400S
Dokument referencyjny/badawczy:
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.

Ultradźwiękowa dyspersja tlenku glinu (Al2O3) powoduje znaczną redukcję wielkości cząstek i równomierną dyspersję.

Cząstki krzemionki powlekane bohemitem

Aplikacja ultradźwiękowa:
Cząsteczki krzemionki są powlekane warstwą Boehmite: Aby uzyskać idealnie czystą powierzchnię bez substancji organicznych, cząstki są podgrzewane do 450°C. Po zmieleniu cząstek w celu rozbicia aglomeratów przygotowuje się 6-procentową wodną zawiesinę (≈70 ml) i stabilizuje ją przy pH 9 przez dodanie trzech kropli roztworu amonowego. Zawiesina jest następnie deaglomerowana za pomocą ultradźwięków za pomocą UP200S przy amplitudzie 100% (200 W) przez 5 min. Po podgrzaniu roztworu do temperatury powyżej 85°C dodano 12,5 g sek-butlenku glinu. Temperatura jest utrzymywana na poziomie 85-90°C przez 90 minut, a zawiesina jest mieszana za pomocą mieszadła magnetycznego podczas całej procedury. Następnie zawiesinę utrzymywano w ciągłym mieszaniu, aż do schłodzenia do temperatury poniżej 40°C. Następnie wartość pH dostosowano do 3 przez dodanie kwasu solnego. Natychmiast po tym zawiesinę poddaje się działaniu ultradźwięków w łaźni lodowej. Proszek przemywa się przez rozcieńczenie, a następnie odwirowanie. Po usunięciu supernatantu cząstki suszy się w suszarce w temperaturze 120°C. Na koniec cząstki poddawane są obróbce cieplnej w temperaturze 300°C przez 3 godziny.
Zalecane urządzenie:
UP200S
Dokument referencyjny/badawczy:
Wyss, H. M. (2003): Microstructure and Mechanical Behavior of Concentrated Particle Gels. Dissertation Swiss Federal Institute of Technology 2003. p.71.

Synteza nanokompozytu kadm(II)-tioacetamid

Aplikacja ultradźwiękowa:
Nanokompozyty kadm(II)-tioacetamid zsyntetyzowano w obecności i nieobecności alkoholu poliwinylowego na drodze sonochemicznej. Do syntezy sonochemicznej (sono-synteza), 0,532 g dwuwodnego octanu kadmu (II) (Cd(CH3COO)2.2H2O), 0,148 g tioacetamidu (TAA, CH3CSNH2) i 0,664 g jodku potasu (KI) rozpuszczono w 20 ml podwójnie destylowanej wody dejonizowanej. Roztwór ten poddano działaniu ultradźwięków za pomocą ultrasonografu z sondą o dużej mocy UP400S (24 kHz, 400 W) w temperaturze pokojowej przez 1 h. Podczas sonikacji mieszaniny reakcyjnej temperatura wzrosła do 70-80 ° C, mierzona za pomocą termopary żelazo-stantin. Po godzinie utworzył się jasnożółty osad. Wyizolowano go przez odwirowanie (4000 obr./min, 15 min), przemyto podwójnie destylowaną wodą, a następnie absolutnym etanolem w celu usunięcia resztkowych zanieczyszczeń i ostatecznie wysuszono na powietrzu (wydajność: 0,915 g, 68%). Dec. p.200°C. Aby przygotować nanokompozyt polimerowy, 1,992 g alkoholu poliwinylowego rozpuszczono w 20 ml podwójnie destylowanej wody dejonizowanej, a następnie dodano do powyższego roztworu. Tę mieszaninę napromieniowano ultradźwiękami za pomocą UP400S przez 1 godzinę, gdy utworzył się jasnopomarańczowy produkt.
Wyniki SEM wykazały, że w obecności PVA rozmiary cząstek zmniejszyły się z około 38 nm do 25 nm. Następnie zsyntetyzowaliśmy heksagonalne nanocząstki CdS o sferycznej morfologii z termicznego rozkładu nanokompozytu polimerowego, kadm(II)-tioacetamid/PVA jako prekursora. Rozmiar nanocząstek CdS został zmierzony zarówno za pomocą XRD, jak i SEM, a wyniki były ze sobą bardzo zgodne.
Ranjbar et al. (2013) odkryli również, że polimerowy nanokompozyt Cd(II) jest odpowiednim prekursorem do przygotowania nanocząstek siarczku kadmu o interesujących morfologiach. Wszystkie wyniki wykazały, że synteza ultradźwiękowa może być z powodzeniem stosowana jako prosta, wydajna, tania, przyjazna dla środowiska i bardzo obiecująca metoda syntezy materiałów nanoskalowych bez potrzeby stosowania specjalnych warunków, takich jak wysoka temperatura, długie czasy reakcji i wysokie ciśnienie.
Zalecane urządzenie:
UP400S
Dokument referencyjny/badawczy:
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013): Synthesis and Characterization of Cadmium-Thioacetamide Nanocomposites. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203-212.

CaCO₃

Aplikacja ultradźwiękowa:
Powłoka ultradźwiękowa nanoprecypitowanego CaCO₃ (NPCC) z kwasem stearynowym w celu poprawy jego dyspersji w polimerze i zmniejszenia aglomeracji. 2 g niepowlekanego nanostrąconego CaCO₃ (NPCC) został poddany sonikacji za pomocą UP400S w 30 ml etanolu. 9% wagowych kwasu stearynowego rozpuszczono w etanolu. Etanol z kwasem stearynowym został następnie zmieszany z sonifikowaną zawiesiną.
Zalecane urządzenie:
UP400S z sonotrodą o średnicy 22 mm (H22D) i komorą przepływową z płaszczem chłodzącym
Dokument referencyjny/badawczy:
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009): Wpływ ultradźwięków w powłoce nano-strącony CaCO3 z kwasem stearynowym. Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering 4/5, 2009. 807-813.

nanokryształy celulozy

Aplikacja ultradźwiękowa:
Nanokryształy celulozy (CNC) przygotowane z celulozy eukaliptusowej CNC: Nanokryształy celulozy przygotowane z celulozy eukaliptusowej zostały zmodyfikowane przez reakcję z chlorkiem metyloadipoylu, CNCm, lub z mieszaniną kwasu octowego i siarkowego, CNCa. W związku z tym, liofilizowane CNC, CNCm i CNCa zostały ponownie zdyspergowane w czystych rozpuszczalnikach (EA, THF lub DMF) w ilości 0,1% wagowych, przez mieszanie magnetyczne przez noc w temperaturze 24 ± 1 ° C, a następnie przez 20 minut. sonikacja za pomocą ultradźwiękowego sondy typu UP100H. Sonikację przeprowadzono z mocą 130 W/cm² w temperaturze 24 ± 1°C. Następnie do dyspersji CNC dodano CAB, tak aby końcowe stężenie polimeru wynosiło 0,9% wag.
Zalecane urządzenie:
UP100H
Dokument referencyjny/badawczy:
Blachechen, L. S.; de Mesquita, J. P.; de Paula, E. L.; Pereira, F. V.; Petri, D. F. S. (2013): Interakcja stabilności koloidalnej nanokryształów celulozy i ich dyspergowalności w matrycy octanowo-maślanowej celulozy. Cellulose 20/3, 2013. 1329-1342.

Silan domieszkowany azotanem ceru

Aplikacja ultradźwiękowa:
Jako podłoże metaliczne zastosowano walcowane na zimno panele ze stali węglowej (6,5 cm 6,5 cm 0,3 cm; oczyszczone chemicznie i wypolerowane mechanicznie). Przed nałożeniem powłoki panele zostały oczyszczone ultradźwiękowo acetonem, a następnie oczyszczone roztworem alkalicznym (0,3 mola 1 roztworu NaOH) w temperaturze 60°C przez 10 minut. W przypadku stosowania jako podkładu, przed wstępną obróbką podłoża, typowy preparat zawierający 50 części γ-glicydoksypropylotrimetoksysilanu (γ-GPS) rozcieńczono około 950 częściami metanolu, w pH 4,5 (skorygowanym kwasem octowym) i pozostawiono do hydrolizy silanu. Procedura przygotowania domieszkowanego silanu z pigmentami azotanu ceru była taka sama, z wyjątkiem tego, że 1, 2, 3% wag. azotanu ceru dodano do roztworu metanolu przed dodaniem (γ-GPS), a następnie roztwór mieszano mieszadłem śmigłowym przy 1600 obr / min przez 30 minut w temperaturze pokojowej. Następnie dyspersje zawierające azotan ceru poddano działaniu ultradźwięków przez 30 minut w temperaturze 40°C z zewnętrzną kąpielą chłodzącą. Proces ultradźwiękowy przeprowadzono za pomocą ultrasonografu UIP1000hd (1000 W, 20 kHz) z wlotową mocą ultradźwięków wynoszącą około 1 W/ml. Obróbkę wstępną podłoża przeprowadzono przez płukanie każdego panelu przez 100 sekund odpowiednim roztworem silanu. Po obróbce panele pozostawiono do wyschnięcia w temperaturze pokojowej przez 24 godziny, a następnie wstępnie obrobione panele pokryto dwuskładnikową żywicą epoksydową utwardzaną aminą. (Epon 828, shell Co.), aby uzyskać grubość mokrej powłoki 90 μm. Panele pokryte żywicą epoksydową pozostawiono do utwardzenia na 1 godzinę w temperaturze 115°C, po utwardzeniu powłok epoksydowych; grubość suchej powłoki wynosiła około 60 μm.
Zalecane urządzenie:
UIP1000hd
Dokument referencyjny/badawczy:
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. Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013. 2411-2420.

Glina: Dyspersja/frakcjonowanie

Aplikacja ultradźwiękowa:
Frakcjonowanie według wielkości cząstek: Aby wyizolować < Cząstki o wielkości 1 μm od cząstek o wielkości 1-2 μm, cząstki o wielkości gliny (< 2 μm) zostały oddzielone w polu ultradźwiękowym, a następnie zastosowano różne prędkości sedymentacji.
Cząstki o wielkości gliny (< 2 μm) oddzielono za pomocą ultradźwięków o energii wejściowej 300 J mL^-1 (1 min.) przy użyciu dezintegratora ultradźwiękowego typu sonda UP200S (200W, 24kHz) wyposażoną w sonotrodę S7 o średnicy 7 mm. Po napromieniowaniu ultradźwiękowym próbkę wirowano przy 110 x g (1000 obr./min) przez 3 min. Faza osiadania (reszta frakcjonowania) została następnie wykorzystana do frakcjonowania gęstości w celu wyizolowania lekkich frakcji gęstości, a uzyskana faza pływająca (< 2 μm) przeniesiono do innej probówki do wirowania i wirowano przy 440 x g (2000 obr./min) przez 10 minut w celu oddzielenia frakcji 2 μm. < Frakcja 1 μm (supernatant) z frakcji 1-2 μm (osad). Supernatant zawierający < Frakcję 1 μm przenoszono do innej probówki wirówkowej i po dodaniu 1 mL MgSO₄ odwirować przy 1410 x g (4000 obr./min) przez 10 minut, aby zdekantować resztę wody.
Aby uniknąć przegrzania próbki, procedurę powtórzono 15 razy.
Zalecane urządzenie:
UP200S z S7 lub UP200St z S26d7
Dokument referencyjny/badawczy:
Jakubowska, J. (2007): Wpływ rodzaju wody irygacyjnej na frakcje glebowej materii organicznej (SOM) i ich interakcje ze związkami hydrofobowymi. Dissertation Martin-Luther University Halle-Wittenberg 2007.

Glinka: Złuszczanie gliny nieorganicznej

Aplikacja ultradźwiękowa:
Glinka nieorganiczna została złuszczona w celu przygotowania nanokompozytów na bazie pullulanu do dyspersji powłoki. W związku z tym stałą ilość pullulanu (4% wag. mokrej masy) rozpuszczono w wodzie o temperaturze 25 stopni Celsjusza przez 1 godzinę przy delikatnym mieszaniu (500 obr./min). W tym samym czasie proszek gliny, w ilości od 0,2 do 3,0% wagowych, zdyspergowano w wodzie przy energicznym mieszaniu (1000 obr./min) przez 15 minut. Powstałą dyspersję poddano działaniu ultradźwięków za pomocą urządzenia UP400S (moc_maks = 400 W; częstotliwość = 24 kHz) urządzenie ultradźwiękowe wyposażone w tytanową sonotrodę H14, średnica końcówki 14 mm, amplituda_maks = 125 μm; natężenie powierzchniowe = 105 Wcm^-2) w następujących warunkach: 0,5 cyklu i 50% amplitudy. Czas trwania obróbki ultradźwiękowej zmieniał się zgodnie z projektem eksperymentalnym. Organiczny roztwór pullulanu i nieorganiczną dyspersję mieszano następnie razem przy delikatnym mieszaniu (500 obr./min) przez dodatkowe 90 minut. Po wymieszaniu, stężenia obu składników odpowiadały stosunkowi nieorganiczny/organiczny (I/O) w zakresie od 0,05 do 0,75. Rozkład wielkości w dyspersji wodnej Na⁺-MMT przed i po obróbce ultradźwiękowej oceniano za pomocą analizatora nanocząstek IKO-Sizer CC-1.
Dla ustalonej ilości gliny najskuteczniejszy czas sonikacji wynosił 15 minut, podczas gdy dłuższa obróbka ultradźwiękowa zwiększa P'O₂ (z powodu ponownej agregacji), która ponownie zmniejsza się przy najwyższym czasie sonikacji (45 min), prawdopodobnie z powodu fragmentacji zarówno płytek krwi, jak i taktoidów.
Zgodnie z układem eksperymentalnym przyjętym w pracy doktorskiej Introzzi, jednostkowa moc wyjściowa 725 Ws mL^-1 obliczono dla 15-minutowej obróbki, podczas gdy wydłużony czas ultradźwięków wynoszący 45 minut dał jednostkowe zużycie energii na poziomie 2060 Ws mL^-1. Pozwoliłoby to na zaoszczędzenie dość dużej ilości energii w całym procesie, co ostatecznie znalazłoby odzwierciedlenie w ostatecznych kosztach przepustowości.
Zalecane urządzenie:
UP400S z sonotrodą H14
Dokument referencyjny/badawczy:
Introzzi, L. (2012): Development of High Performance Biopolymer Coatings for Food Packaging Applications. Dissertation University of Milano 2012.

tusz przewodzący

Aplikacja ultradźwiękowa:
Atrament przewodzący został przygotowany przez zdyspergowanie cząstek Cu+C i Cu+CNT z dyspergatorami w mieszanym rozpuszczalniku (publikacja IV). Dyspergatorami były trzy środki dyspergujące o wysokiej masie cząsteczkowej, DISPERBYK-190, DISPERBYK-198 i DISPERBYK-2012, przeznaczone do wodnych dyspersji pigmentów sadzy firmy BYK Chemie GmbH. Jako główny rozpuszczalnik zastosowano wodę dejonizowaną (DIW). Jako współrozpuszczalniki zastosowano eter monometylowy glikolu etylenowego (EGME) (Sigma-Aldrich), eter monobutylowy glikolu etylenowego (EGBE) (Merck) i n-propanol (Honeywell Riedel-de Haen).
Wymieszaną zawiesinę poddano działaniu ultradźwięków przez 10 minut w łaźni lodowej przy użyciu UP400S procesor ultradźwiękowy. Następnie zawiesinę pozostawiono na godzinę, po czym zdekantowano. Przed powlekaniem wirowym lub drukowaniem zawiesinę poddano działaniu ultradźwięków w łaźni ultradźwiękowej przez 10 minut.
Zalecane urządzenie:
UP400S
Dokument referencyjny/badawczy:
Forsman, J. (2013): Produkcja nanocząstek Co, Ni i Cu poprzez redukcję wodorem. Dissertation VTT Finland 2013.

Ultradźwięki są bardzo skuteczne w redukcji wielkości cząstek i dyspersji pigmentów w tuszu do drukarek atramentowych.

Patlocyjanina miedzi

Aplikacja ultradźwiękowa:
Rozkład metaloftalocyjanin
Patlocyjanina miedzi (CuPc) jest sonikowana wodą i rozpuszczalnikami organicznymi w temperaturze otoczenia i pod ciśnieniem atmosferycznym w obecności utleniacza jako katalizatora przy użyciu ultrasonografu 500W UIP500hd z komorą przepływową. Intensywność sonikacji: 37-59 W/cm²mieszanina próbek: 5 mL próbki (100 mg/L), 50 D/D wody z choloformem i pirydyną przy 60% amplitudzie ultradźwięków. Temperatura reakcji: 20°C przy ciśnieniu atmosferycznym.
Stopień zniszczenia do 95% w ciągu 50 minut sonikacji.
Zalecane urządzenie:
UIP500hd

Dibutyrylochityna (DBCH)

Aplikacja ultradźwiękowa:
Długie polimerowe makrocząsteczki mogą być łamane przez ultradźwięki. Wspomagana ultradźwiękami redukcja masy molowej pozwala uniknąć niepożądanych reakcji ubocznych lub oddzielenia produktów ubocznych. Uważa się, że degradacja ultradźwiękowa, w przeciwieństwie do rozkładu chemicznego lub termicznego, jest procesem nielosowym, z rozszczepieniem odbywającym się mniej więcej w środku cząsteczki. Z tego powodu większe makrocząsteczki rozkładają się szybciej.
Eksperymenty przeprowadzono przy użyciu generatora ultradźwięków UP200S wyposażony w sonotrodę S2. Ustawienie ultradźwiękowe wynosiło 150 W mocy wejściowej. Zastosowano roztwory dibutyrylochityny w dimetyloacetamidzie o stężeniu 0,3 g/100 cm3 i objętości 25 cm3. Sonotroda (sonda ultradźwiękowa / róg) została zanurzona w roztworze polimeru 30 mm poniżej poziomu powierzchni. Roztwór umieszczono w termostatowanej łaźni wodnej utrzymywanej w temperaturze 25°C. Każdy roztwór był napromieniany przez określony czas. Po tym czasie roztwór rozcieńczano 3-krotnie i poddawano analizie metodą chromatografii wykluczania.
Przedstawione wyniki wskazują, że dibutyrylochityna nie ulega zniszczeniu pod wpływem ultradźwięków, ale następuje degradacja polimeru, co jest rozumiane jako kontrolowana reakcja sonochemiczna. Dlatego ultradźwięki mogą być stosowane do redukcji średniej masy molowej dibutyrylochityny i to samo dotyczy stosunku średniej wagowej do średniej liczbowej masy molowej. Obserwowane zmiany są intensyfikowane przez zwiększenie mocy ultradźwięków i czasu trwania sonifikacji. Stwierdzono również istotny wpływ początkowej masy molowej na stopień degradacji DBCH w badanych warunkach sonifikacji: im wyższa początkowa masa molowa, tym większy stopień degradacji.
Zalecane urządzenie:
UP200S
Dokument referencyjny/badawczy:
Szumilewicz, J.; Pabin-Szafko, B. (2006): Ultradźwiękowy Degradacja Dibuyrylchitin. Polskie Towarzystwo Chitynowe, Monografia XI, 2006. 123-128.

Ferrocine w proszku

Aplikacja ultradźwiękowa:
Sonochemiczny sposób przygotowania SWNCNT: Proszek krzemionkowy (średnica 2-5 mm) dodaje się do roztworu 0,01 mol% ferrocenu w p-ksylenie, a następnie sonikację za pomocą UP200S wyposażony w sondę z tytanową końcówką (sonotroda S14). Ultradźwięki prowadzono przez 20 minut w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym. W wyniku syntezy wspomaganej ultradźwiękami na powierzchni proszku krzemionkowego wytworzono SWCNT o wysokiej czystości.
Zalecane urządzenie:
UP200S z sondą ultradźwiękową S14
Dokument referencyjny/badawczy:
Srinivasan C.(2005): Metoda SOUND do syntezy jednościennych nanorurek węglowych w warunkach otoczenia. Current Science 88/1, 2005. 12-13.

Popiół lotny / metakaolinit

Aplikacja ultradźwiękowa:
Test wymywania: 100 ml roztworu wymywającego dodano do 50 g próbki stałej. Intensywność sonikacji: maks. 85 W/cm² z UP200S w łaźni wodnej o temperaturze 20°C.
Geopolimeryzacja: Zawiesina została zmieszana z UP200S homogenizator ultradźwiękowy do geopolimeryzacji. Intensywność sonikacji wynosiła max. 85 W/cm². W celu chłodzenia, sonikację przeprowadzono w łaźni wodnej z lodem.
Zastosowanie ultradźwięków mocy do geopolimeryzacji powoduje zwiększenie wytrzymałości na ściskanie utworzonych geopolimerów i zwiększenie wytrzymałości przy zwiększonej sonikacji do pewnego czasu. Rozpuszczanie metakaolinitu i popiołu lotnego w roztworach alkalicznych zostało wzmocnione przez ultradźwięki, ponieważ więcej Al i Si zostało uwolnionych do fazy żelowej w celu polikondensacji.
Zalecane urządzenie:
UP200S
Dokument referencyjny/badawczy:
Feng, D.; Tan, H.; van Deventer, J. S. J. (2004): Geopolimeryzacja wzmocniona ultradźwiękami. Journal of Materials Science 39/2, 2004. 571-580

grafen

Aplikacja ultradźwiękowa:
Czyste arkusze grafenowe mogą być produkowane w dużych ilościach, jak pokazała praca Stengl et al. (2011) podczas produkcji niestechiometrycznego TiO₂ Nanokompozyt grafenowy poprzez termiczną hydrolizę zawiesiny z nanosheetami grafenowymi i kompleksem nadtlenku tytanu. Czyste nanosiatki grafenowe zostały wyprodukowane z naturalnego grafitu pod ultradźwiękami mocy z procesorem ultradźwiękowym 1000W UIP1000hd w wysokociśnieniowej komorze reaktora ultradźwiękowego pod ciśnieniem 5 barg. Uzyskane arkusze grafenu charakteryzują się wysoką powierzchnią właściwą i unikalnymi właściwościami elektronicznymi. Naukowcy twierdzą, że jakość ultradźwiękowo przygotowanego grafenu jest znacznie wyższa niż grafenu uzyskanego metodą Hummera, w której grafit jest złuszczany i utleniany. Ponieważ warunki fizyczne w reaktorze ultradźwiękowym mogą być precyzyjnie kontrolowane i przy założeniu, że stężenie grafenu jako domieszki będzie się zmieniać w zakresie 1 - 0,001%, możliwa jest produkcja grafenu w systemie ciągłym na skalę komercyjną.
Zalecane urządzenie:
UIP1000hd
Dokument referencyjny/badawczy:
Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowej produkcji i przygotowaniu grafenu!

tlenek grafenu

Aplikacja ultradźwiękowa:
Warstwy tlenku grafenu (GO) zostały przygotowane w następujący sposób: 25 mg proszku tlenku grafenu dodano do 200 ml dejonizowanej wody. Mieszając uzyskano niejednorodną brązową zawiesinę. Powstałe zawiesiny poddano działaniu ultradźwięków (30 min, 1,3 × 105J), a po wysuszeniu (w temperaturze 373 K) wytworzono poddany działaniu ultradźwięków tlenek grafenu. Spektroskopia FTIR wykazała, że obróbka ultradźwiękowa nie zmieniła grup funkcyjnych tlenku grafenu.
Zalecane urządzenie:
UP400S
Dokument referencyjny/badawczy:
Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): The Effect of Thermal and Ultrasonic Treatment on the Formation of Graphene-oxide Nanosheets. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. pp. 1097-1102.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowym złuszczaniu i przygotowaniu grafenu!

Włoskowate nanocząstki polimerowe powstałe w wyniku degradacji poli(alkoholu winylowego)

Aplikacja ultradźwiękowa:
Prosta jednoetapowa procedura, oparta na sonochemicznej degradacji rozpuszczalnych w wodzie polimerów w roztworze wodnym w obecności hydrofobowego monomeru, prowadzi do uzyskania funkcjonalnych włochatych cząstek polimeru w surowicy wolnej od pozostałości. Wszystkie polimeryzacje przeprowadzono w dwuściennym szklanym reaktorze o pojemności 250 ml, wyposażonym w przegrody, czujnik temperatury, mieszadło magnetyczne i Hielschera. US200S procesor ultradźwiękowy (200 W, 24 kHz) wyposażony w tytanową sonotrodę S14 (średnica = 14 mm, długość = 100 mm).
Roztwór poli(alkoholu winylowego) (PVOH) przygotowano przez rozpuszczenie odpowiedniej ilości PVOH w wodzie, przez noc w temperaturze 50°C przy energicznym mieszaniu. Przed polimeryzacją roztwór PVOH umieszczono w reaktorze, a temperaturę dostosowano do pożądanej temperatury reakcji. Roztwór PVOH i monomer przedmuchiwano oddzielnie przez 1 godzinę argonem. Wymaganą ilość monomeru dodawano kroplami do roztworu PVOH przy energicznym mieszaniu. Następnie usunięto argon z cieczy i rozpoczęto ultradźwięki z UP200S przy amplitudzie 80%. Należy tutaj zauważyć, że użycie argonu służy dwóm celom: (1) usunięciu tlenu i (2) jest wymagane do tworzenia kawitacji ultradźwiękowych. W związku z tym ciągły przepływ argonu byłby zasadniczo korzystny dla polimeryzacji, ale wystąpiło nadmierne pienienie; procedura, którą zastosowaliśmy tutaj, pozwoliła uniknąć tego problemu i była wystarczająca do skutecznej polimeryzacji. Próbki pobierano okresowo w celu monitorowania konwersji za pomocą grawimetrii, rozkładu masy cząsteczkowej i/lub rozkładu wielkości cząstek.
Zalecane urządzenie:
US200S
Dokument referencyjny/badawczy:
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): Prosta jednoetapowa droga sonochemiczna w kierunku funkcjonalnych włochatych nanocząstek polimerowych. Soft Matter, 6, 2010. 2392-2395.

HiPco-SWCNTs

Aplikacja ultradźwiękowa:
Dyspersja HiPco-SWCNTs z UP400S: W fiolce o pojemności 5 ml 0,5 mg utlenionych HiPcoTM SWCNTs (0,04 mmol węgla) zawieszono w 2 ml wody dejonizowanej za pomocą procesora ultradźwiękowego UP400S aby uzyskać czarną zawiesinę (0,25 mg/mL SWCNTs). Do tej zawiesiny dodano 1,4 μl roztworu PDDA (20% wag., masa cząsteczkowa = 100 000-200 000) i mieszano worteksem przez 2 minuty. Po dodatkowej sonikacji w łaźni wodnej przez 5 minut, zawiesinę nanorurek odwirowano przy 5000g przez 10 minut. Supernatant został pobrany do pomiarów AFM, a następnie sfunkcjonalizowany siRNA.
Zalecane urządzenie:
UP400S
Dokument referencyjny/badawczy:
Jung, A. (2007): Materiały funkcjonalne oparte na nanorurkach węglowych. Dissertation Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

Bio-ceramika hydroksyapatytowa

Aplikacja ultradźwiękowa:
Do syntezy nano-HAP użyto 40 ml roztworu 0,32M Ca(NO₃)² ⋅ 4H₂O umieszczono w małej zlewce. Następnie pH roztworu dostosowano do 9,0 za pomocą około 2,5 ml wodorotlenku amonu. Następnie roztwór poddano działaniu ultradźwięków za pomocą procesora ultradźwiękowego UP50H (50 W, 30 kHz) wyposażony w sonotrodę MS7 (średnica rogu 7 mm) ustawioną na maksymalną amplitudę 100% przez 1 godzinę. Pod koniec pierwszej godziny 60 ml roztworu 0,19 M [KH₂PO₄Następnie powoli dodawano kroplami do pierwszego roztworu, poddając go drugiej godzinie naświetlania ultradźwiękowego. Podczas procesu mieszania wartość pH była sprawdzana i utrzymywana na poziomie 9, podczas gdy stosunek Ca/P był utrzymywany na poziomie 1,67. Roztwór został następnie przefiltrowany przy użyciu wirowania (~2000 g), po czym powstały biały osad został podzielony na kilka próbek do obróbki cieplnej. Przygotowano dwa zestawy próbek, pierwszy składający się z dwunastu próbek do obróbki termicznej w piecu rurowym, a drugi składający się z pięciu próbek do obróbki mikrofalowej
Zalecane urządzenie:
UP50H
Dokument referencyjny/badawczy:
Poinern, G. J. E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D. (2011): Wpływ termiczny i ultradźwiękowy w tworzeniu bio-ceramiki hydroksyapatytowej w skali nanometrowej. International Journal of Nanomedicine 6, 2011. 2083-2095.

Ultradźwiękowo zredukowany i zdyspergowany hydroksyapatyt wapnia

Nieorganiczny fullerenopodobny WS₂ nanocząstki

Aplikacja ultradźwiękowa:
Ultradźwięki podczas elektroosadzania nieorganicznego fulerenu (IF) podobnego do WS₂ Nanocząstki w matrycy niklowej prowadzą do uzyskania bardziej jednorodnej i zwartej powłoki. Ponadto zastosowanie ultradźwięków ma znaczący wpływ na procent wagowy cząstek włączonych do złoża metalu. Tak więc, procent wagowy IF-WS₂ w matrycy niklowej wzrasta z 4,5% wag. (w foliach wyhodowanych wyłącznie w procesie mieszania mechanicznego) do około 7% wag. (w foliach przygotowanych w procesie sonikacji przy 30 W cm3 ).^-2 intensywności ultradźwięków).
Ni/IF-WS₂ Powłoki nanokompozytowe osadzano elektrolitycznie ze standardowej kąpieli niklowo-watowej, do której dodano przemysłowy IF-WS₂ (nieorganiczne fulereny-WS₂) dodano nanocząstki.
W eksperymencie IF-WS₂ dodano do elektrolitów niklowo-watowych, a zawiesiny intensywnie mieszano za pomocą mieszadła magnetycznego (300 obr./min) przez co najmniej 24 godziny w temperaturze pokojowej przed eksperymentami osadzania. Bezpośrednio przed procesem elektroosadzania zawiesiny poddano 10-minutowej obróbce ultradźwiękowej w celu uniknięcia aglomeracji. W przypadku napromieniowania ultradźwiękowego UP200S sondy ultradźwiękowej z sonotrodą S14 (średnica końcówki 14 mm) ustawiono na 55% amplitudy.
Cylindryczne szklane komory o pojemności 200 ml zostały wykorzystane do eksperymentów osadzania współbieżnego. Powłoki osadzano na płaskich katodach z komercyjnej stali miękkiej (gatunek St37) o długości 3 cm.². Anodę stanowiła folia z czystego niklu (3 cm²) umieszczone z boku naczynia, twarzą do katody. Odległość między anodą a katodą wynosiła 4 cm. Podłoża zostały odtłuszczone, wypłukane w zimnej wodzie destylowanej, aktywowane w 15% roztworze HCl (1 min.) i ponownie wypłukane w wodzie destylowanej. Elektroosadzanie przeprowadzono przy stałej gęstości prądu 5,0 A dm^-2 przez 1 godzinę przy użyciu zasilacza prądu stałego (5 A/30 V, BLAUSONIC FA-350). W celu utrzymania jednolitego stężenia cząstek w roztworze masowym, podczas procesu elektroosadzania zastosowano dwie metody mieszania: mieszanie mechaniczne za pomocą mieszadła magnetycznego (ω = 300 obr./min) umieszczonego na dnie celi oraz ultradźwięki za pomocą urządzenia ultradźwiękowego typu sonda UP200S. Sonda ultradźwiękowa (sonotroda) była bezpośrednio zanurzona w roztworze od góry i dokładnie umieszczona między elektrodami roboczymi i przeciwnymi w taki sposób, że nie było ekranowania. Intensywność ultradźwięków kierowanych do układu elektrochemicznego była zmieniana poprzez kontrolowanie amplitudy ultradźwięków. W tym badaniu amplituda drgań została ustawiona na 25, 55 i 75% w trybie ciągłym, co odpowiada natężeniu ultradźwięków wynoszącemu 20, 30 i 40 W cm.^-2 mierzone przez procesor podłączony do ultradźwiękowego miernika mocy (Hielscher Ultrasonics). Temperatura elektrolitu była utrzymywana na poziomie 55◦C przy użyciu termostatu. Temperaturę mierzono przed i po każdym eksperymencie. Wzrost temperatury spowodowany energią ultradźwiękową nie przekraczał 2-4◦C. Po elektrolizie próbki były czyszczone ultradźwiękowo w etanolu przez 1 min. w celu usunięcia luźno zaadsorbowanych cząstek z powierzchni.
Zalecane urządzenie:
UP200S z tubą ultradźwiękową / sonotrodą S14
Dokument referencyjny/badawczy:
García-Lecina, E.; García-Urrutia, I.; Díeza, J.A.; Fornell, B.; Pellicer, E.; Sort, J. (2013): Codeposition of inorganic fullerene-like WS2 nanoparticles in an electrodeposited nickel matrix under the influence of ultrasonic agitation. Electrochimica Acta 114, 2013. 859-867.

Synteza lateksu

Aplikacja ultradźwiękowa:
Przygotowanie lateksu P(St-BA)
Cząstki lateksowe poli(akrylanu styrenu-r-butylu) P(St-BA) zsyntetyzowano metodą polimeryzacji emulsyjnej w obecności środka powierzchniowo czynnego DBSA. Najpierw rozpuszczono 1 g DBSA w 100 ml wody w kolbie trójszyjnej, a wartość pH roztworu dostosowano do 2,0. Do roztworu DBSA wlano zmieszane monomery 2,80 g St i 8,40 g BA z inicjatorem AIBN (0,168 g). Emulsję O/W przygotowano poprzez mieszanie magnetyczne przez 1 godzinę, a następnie sonikację za pomocą UIP1000hd wyposażony w róg ultradźwiękowy (sonda / sonotroda) przez kolejne 30 minut w łaźni lodowej. Na koniec polimeryzację przeprowadzono w temperaturze 90 ° C w łaźni olejowej przez 2 godziny w atmosferze azotu.
Zalecane urządzenie:
UIP1000hd
Dokument referencyjny/badawczy:
Wytwarzanie elastycznych warstw przewodzących z poli(3,4-etylenodioksytiofenu)epoli(kwasu styrenosulfonowego) (PEDOT:PSS) na podłożu z włókniny. Materials Chemistry and Physics 143, 2013. 143-148.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o sonosyntezie lateksu!

Usuwanie ołowiu (ługowanie soniczne)

Aplikacja ultradźwiękowa:
Ultradźwiękowe wymywanie ołowiu z zanieczyszczonej gleby:
Eksperymenty ługowania ultradźwiękowego przeprowadzono za pomocą urządzenia ultradźwiękowego UP400S z tytanową sondą ultradźwiękową (średnica 14 mm), która działa z częstotliwością 20 kHz. Sonda ultradźwiękowa (sonotroda) została skalibrowana kalorymetrycznie z intensywnością ultradźwięków ustawioną na 51 ± 0,4 W cm^-2 dla wszystkich eksperymentów ługowania sonicznego. Eksperymenty ługowania sonicznego były termostatowane przy użyciu szklanej celi z płaskim dnem w temperaturze 25 ± 1°C. Trzy systemy zostały zastosowane jako roztwory do ługowania gleby (0,1 l) pod wpływem sonikacji: 6 ml 0,3 mol L^-2 roztworu kwasu octowego (pH 3,24), 3% (v/v) roztworu kwasu azotowego (pH 0,17) i buforu kwasu octowego/octanu (pH 4,79) przygotowanego przez zmieszanie 60 ml 0,3 mol L^-1 kwas octowy z 19 ml 0,5 mol L^-1 NaOH. Po procesie ługowania sonicznego próbki przefiltrowano bibułą filtracyjną w celu oddzielenia roztworu odcieku od gleby, a następnie elektrodepozycji ołowiu z roztworu odcieku i trawienia gleby po zastosowaniu ultradźwięków.
Udowodniono, że ultradźwięki są cennym narzędziem wspomagającym wymywanie ołowiu z zanieczyszczonej gleby. Ultradźwięki są również skuteczną metodą niemal całkowitego usuwania wypłukiwanego ołowiu z gleby, co skutkuje znacznie mniej niebezpieczną glebą.
Zalecane urządzenie:
UP400S z sonotrodą H14
Dokument referencyjny/badawczy:
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007): Ultrasound Leaching and Electrochemical Treatment Combined for Lead Removal Soil. Journal of New Materials for Electrochemical Systems 10, 2007. 195-199.

Przygotowanie zawiesiny nanocząstek

Aplikacja ultradźwiękowa:
Do przygotowania zawiesin nanocząstek wykorzystano gołe nTiO2 (5 nm w transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM)) i nZnO (20 nm w TEM) oraz proszki nTiO2 (3-4 nm w TEM) i nZnO (3-9 nm w TEM) pokryte polimerem. Postać krystaliczna NPs była anatazowa dla nTiO2 i amorficzna dla nZnO.
0.1 g proszku nanocząstek odważono do zlewki o pojemności 250 ml zawierającej kilka kropli wody dejonizowanej (DI). Nanocząstki mieszano następnie szpatułką ze stali nierdzewnej, a zlewkę napełniano do 200 ml wodą DI, mieszano, a następnie poddawano działaniu ultradźwięków przez 60 sekund przy 90% amplitudzie za pomocą ultradźwięków Hielschera. UP200S Procesor ultradźwiękowy, uzyskując zawiesinę podstawową 0,5 g / l. Wszystkie zawiesiny podstawowe były przechowywane przez maksymalnie dwa dni w temperaturze 4°C.
Zalecane urządzenie:
UP200S lub UP200St
Dokument referencyjny/badawczy:
Petosa, A. R. (2013): Transport, osadzanie i agregacja nanocząstek tlenków metali w nasyconych ziarnistych porowatych mediach: rola składu chemicznego wody, powierzchni kolektora i powłoki cząstek. Dissertation McGill University Montreal, Quebec, Canada 2013. 111-153.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowej dyspersji nanocząstek!

Wytrącanie nanocząstek magnetytu

Aplikacja ultradźwiękowa:
Magnetyt (Fe₃O₄) są wytwarzane przez współstrącanie wodnego roztworu heksahydratu chlorku żelaza(III) i heptahydratu siarczanu żelaza(II) o stosunku molowym Fe3+/Fe2+ = 2:1. Roztwór żelaza wytrąca się odpowiednio za pomocą stężonego wodorotlenku amonu i wodorotlenku sodu. Reakcję strącania przeprowadza się pod wpływem promieniowania ultradźwiękowego, podając reagenty przez strefę kawiatacyjną w ultradźwiękowej przepływowej komorze reaktora. Aby uniknąć gradientu pH, środek strącający musi być pompowany w nadmiarze. Rozkład wielkości cząstek magnetytu zmierzono za pomocą spektroskopii korelacji fotonów, a mieszanie wywołane ultradźwiękami zmniejsza średnią wielkość cząstek z 12-14 nm do około 5-6 nm.
Zalecane urządzenie:
UIP1000hd z reaktorem przepływowym
Dokument referencyjny/badawczy:
Banert, T.; Horst, C.; Kunz, U., Peuker, U. A. (2004): Kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen-(II,III) Oxid. ICVT, TU-Clausthal. Plakat przedstawiony na dorocznym spotkaniu GVC 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.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o wytrącaniu ultradźwiękowym!

Proszki niklu

Aplikacja ultradźwiękowa:
Przygotowanie zawiesiny proszków Ni z polielektrolitem o zasadowym pH (aby zapobiec rozpuszczeniu i promować rozwój gatunków wzbogaconych w NiO na powierzchni), polielektrolitem na bazie akrylu i wodorotlenkiem tetrametyloamoniowym (TMAH).
Zalecane urządzenie:
UP200S
Dokument referencyjny/badawczy:
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. Applied Superconductivity 19/3, 2009. 3041-3044.

PBS – Synteza nanocząstek siarczku ołowiu

Aplikacja ultradźwiękowa:
W temperaturze pokojowej, 0,151 g octanu ołowiu (Pb(CH3COO)2.3H2O) i 0,03 g TAA (CH3CSNH2) dodano do 5 ml cieczy jonowej [EMIM] [EtSO4] i 15 ml podwójnie destylowanej wody w zlewce o pojemności 50 ml, poddanej działaniu ultradźwięków za pomocą urządzenia UP200S przez 7 min. Końcówka sondy ultradźwiękowej / sonotrody S1 została zanurzona bezpośrednio w roztworze reakcyjnym. Utworzoną ciemnobrązową zawiesinę odwirowano w celu usunięcia osadu i przemyto dwukrotnie podwójnie destylowaną wodą i etanolem w celu usunięcia nieprzereagowanych odczynników. Aby zbadać wpływ ultradźwięków na właściwości produktów, przygotowano jeszcze jedną próbkę porównawczą, utrzymując stałe parametry reakcji, z wyjątkiem tego, że produkt jest przygotowywany przy ciągłym mieszaniu przez 24 godziny bez pomocy promieniowania ultradźwiękowego.
Do przygotowania nanocząstek PbS zaproponowano syntezę wspomaganą ultradźwiękami w wodnej cieczy jonowej w temperaturze pokojowej. Ta pokojowa i przyjazna dla środowiska zielona metoda jest szybka i bez szablonów, co znacznie skraca czas syntezy i pozwala uniknąć skomplikowanych procedur syntetycznych. Przygotowane nanoklastry wykazują ogromne niebieskie przesunięcie o 3,86 eV, które można przypisać bardzo małym rozmiarom cząstek i efektowi ograniczenia kwantowego.
Zalecane urządzenie:
UP200S
Dokument referencyjny/badawczy:
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008): Przygotowanie i charakterystyka nanocząstek PbS w wodnej cieczy jonowej [EMIM][EtSO4] za pomocą napromieniowania ultradźwiękowego w temperaturze pokojowej. Biuletyn Koreańskiego Towarzystwa Chemicznego 29/1, 2008. 53-56.

Oczyszczone nanorurki

Aplikacja ultradźwiękowa:
Oczyszczone nanorurki zostały następnie zawieszone w 1,2-dichloroetanie (DCE) poprzez sonikację za pomocą urządzenia ultradźwiękowego o dużej mocy UP400S, 400 W, 24 kHz) w trybie pulsacyjnym (cykle) w celu uzyskania czarnej zawiesiny. Wiązki aglomerowanych nanorurek zostały następnie usunięte podczas wirowania przez 5 minut przy 5000 obr.
Zalecane urządzenie:
UP400S
Dokument referencyjny/badawczy:
Witte, P. (2008): Amphiphilic Fullerenes For Biomedical And Optoelectronical Applications. Dissertation Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2008.

Kompozyt SAN/CNTs

Aplikacja ultradźwiękowa:
Aby zdyspergować CNT w matrycy SAN, użyto sondy Hielscher UIS250V z sonotrodą do sonikacji typu sondy. Najpierw CNT zdyspergowano w 50 ml wody destylowanej przez sonikację przez około 30 minut. Aby ustabilizować roztwór, dodano SDS w stosunku ~ 1% roztworu. Następnie otrzymaną wodną dyspersję CNT połączono z zawiesiną polimeru i mieszano przez 30 minut za pomocą mieszadła mechanicznego Heidolph RZR 2051, a następnie wielokrotnie sonikowano przez 30 minut. Do analizy, dyspersje SAN zawierające różne stężenia CNT odlewano do form teflonowych i suszono w temperaturze otoczenia przez 3-4 dni.
Zalecane urządzenie:
UIS250v
Dokument referencyjny/badawczy:
Bitenieks, J.; Meri, R. M.; Zicans, J.; Maksimovs, R.; Vasile, C.; Musteata, V. E. (2012): Nanokompozyty styren-akrylan/nanorurki węglowe: właściwości mechaniczne, termiczne i elektryczne. In: Proceedings of the Estonian Academy of Sciences 61/ 3, 2012. 172-177.

Nanoproszek węglika krzemu (SiC)

Aplikacja ultradźwiękowa:
Nanoproszek węglika krzemu (SiC) został zdezaglomerowany i rozprowadzony w roztworze tetra-hydrofuranu farby za pomocą Hielschera. UP200S procesor ultradźwiękowy o dużej mocy, działający przy gęstości mocy akustycznej 80 W/cm². Deaglomerację SiC przeprowadzono początkowo w czystym rozpuszczalniku z dodatkiem detergentu, a następnie dodano porcje farby. Cały proces trwał odpowiednio 30 minut i 60 minut w przypadku próbek przygotowanych do powlekania zanurzeniowego i sitodruku. Podczas ultradźwięków zapewniono odpowiednie chłodzenie mieszaniny, aby uniknąć wrzenia rozpuszczalnika. Po ultradźwiękach tetrahydrofuran odparowano w wyparce obrotowej, a do mieszaniny dodano utwardzacz, aby uzyskać odpowiednią lepkość do drukowania. Stężenie SiC w otrzymanym kompozycie wynosiło 3% wag. w próbkach przygotowanych do powlekania zanurzeniowego. Do sitodruku przygotowano dwie partie próbek o zawartości SiC 1 – 3% wag. do wstępnych testów zużycia i tarcia oraz 1,6 – 2,4% wag. w celu dokładnego dostrojenia kompozytów na podstawie wyników testów zużycia i tarcia.
Zalecane urządzenie:
UP200S
Dokument referencyjny/badawczy:
Celichowski G.; Psarski M.; Wiśniewski M. (2009): Elastyczny napinacz przędzy z nieciągłym przeciwzużyciowym wzorem nanokompozytowym. Włókna & Tekstylia w Europie Wschodniej 17/1, 2009. 91-96.

SWNT Jednościenne nanorurki węglowe

Aplikacja ultradźwiękowa:
Synteza sonochemiczna: 10 mg SWNT i 30 ml 2% roztworu CMB 10 mg SWNT i 30 ml 2% roztworu CMB, UP400S Intensywność sonikacji: 300 W/cm2, czas trwania sonikacji: 5h
Zalecane urządzenie:
UP400S
Dokument referencyjny/badawczy:
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.

Tiolowane SWCNT

Aplikacja ultradźwiękowa:
25 mg tiolowanych SWCNT (2,1 mmol węgla) zawieszono w 50 ml wody dejonizowanej przy użyciu procesora ultradźwiękowego o mocy 400 W (UP400S). Następnie zawiesinę podano do świeżo przygotowanego roztworu Au(NP) i mieszaninę mieszano przez 1h. Au(NP)-SWCNTs ekstrahowano przez mikrofiltrację (azotan celulozy) i dokładnie przemyto wodą dejonizowaną. Filtrat miał czerwony kolor, ponieważ małe Au(NP) (średnia średnica ≈ 13 nm) mogły skutecznie przejść przez membranę filtracyjną (rozmiar porów 0,2 μm).
Zalecane urządzenie:
UP400S
Dokument referencyjny/badawczy:
Jung, A. (2007): Materiały funkcjonalne oparte na nanorurkach węglowych. Dissertation Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

TiO₂ / kompozyt perlitowy

Aplikacja ultradźwiękowa:
Przygotowano materiały kompozytowe TiO2/perlit. Początkowo 5 ml izopropanolanu tytanu (TIPO), Aldrich 97%, rozpuszczono w 40 ml etanolu Carlo Erba i mieszano przez 30 minut. Następnie dodano 5 g perlitu i mieszano dyspersję przez 60 minut. Mieszaninę dalej homogenizowano za pomocą sonikatora z końcówką ultradźwiękową UIP1000hd. Całkowita energia wejściowa 1 Wh została zastosowana do czasu sonikacji przez 2 min. Na koniec zawiesinę rozcieńczono etanolem do uzyskania 100 ml zawiesiny, a uzyskaną ciecz mianowano roztworem prekursora (PS). Przygotowany PS był gotowy do przetworzenia przez system pirolizy natryskowej płomieniowej.
Zalecane urządzenie:
UIP1000hd
Dokument referencyjny/badawczy:
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. International Journal of Photoenergy 2013.

Potężne ultradźwięki połączone z cieczami generują intensywną kawitację. Ekstremalne efekty kawitacyjne tworzą zawiesiny drobnego proszku o rozmiarach cząstek w zakresie submikronowym i nano. Ponadto aktywowana jest powierzchnia cząstek. Uderzenia mikrostrumieniowe i fale uderzeniowe oraz zderzenia międzycząsteczkowe mają znaczący wpływ na skład chemiczny i morfologię fizyczną ciał stałych, co może znacznie zwiększyć reaktywność chemiczną zarówno polimerów organicznych, jak i nieorganicznych ciał stałych.

“Ekstremalne warunki wewnątrz zapadających się pęcherzyków wytwarzają wysoce reaktywne gatunki, które mogą być wykorzystywane do różnych celów, na przykład do inicjowania polimeryzacji bez dodawania inicjatorów. Innym przykładem jest rozkład sonochemiczny lotnych prekursorów metaloorganicznych w rozpuszczalnikach o wysokiej temperaturze wrzenia, w wyniku którego powstają nanostrukturalne materiały w różnych formach o wysokiej aktywności katalitycznej. Nanostrukturalne metale, stopy, węgliki i siarczki, nanometrowe koloidy i nanostrukturalne katalizatory wspomagane mogą być przygotowywane tą ogólną drogą.”

[Suslick/ Price 1999: 323].

Literatura/Referencje

• Suslick, K. S.; Price, G. J. (1999): Zastosowania ultradźwięków do chemii materiałów. 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): Złuszczony CrPS4 o obiecującej fotoprzewodności. Small Vol.16, Issue1. 9 stycznia 2020 r.
• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentacja kryształów molekularnych. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530-14533.
• Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Wpływ termiczny i ultradźwiękowy w tworzeniu bioceramiki hydroksyapatytowej w skali nanometrowej. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083-2095.