Technologia ultradźwiękowa firmy Hielscher

Ultradźwiękowa synteza diamentów do celów przemysłowych

  • Ze względu na swoje intensywne życie kawitacyjną, ultradźwięki mocy jest obiecująca technika produkować micron- i nano-wielkości diamentów z grafitu.
  • Mikro- i nano-krystaliczne diamenty mogą być syntetyzowane ultradźwiękami grafitowe zawiesiny w cieczy organicznej, pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze pokojowej.
  • Ultradźwiękowy jest również jako narzędzie do przetwarzania końcowego zsyntetyzowanych diamentów nano jak ultradźwięki rozprzestrzeniają deagglomerates i functionalizes nanocząstki bardzo skuteczne.

Ultradźwięki dla Nanodiamond Traktowania

Nanodiamenty (romby zwany także detonacyjne (DND) lub ultradispersed diament (UDD)) są specjalną formą nanomateriałów węglowych odznacza się unikalne właściwości - takie jak sama krata struktura, jej duża powierzchnia, Jak również wyjątkowy optyczny i magnetyczny - właściwości i wyjątkowych aplikacji. Właściwości ultradispersed cząstek, aby materiały te innowacyjne związków do powstania nowych materiałów o niezwykłych funkcji. Wielkość cząstek diamentowych w sadzy wynosi 5 nM.

Ultradźwiękowa synteza diamentów do celów przemysłowych

Pod intensywnych sił, takich jak ultradźwiękami lub detonacji, grafit może być przekształcona w diament.

Ultradźwiękami synchronizowany nanodiamenty

Synteza diamentów jest ważną dziedziną badań dotyczące zainteresowań naukowych i komercyjnych. Powszechnie stosowanym sposobem syntezy mikrokrystalicznej i cząstek diamentu nanokrystalicznych jest techniką wysokociśnieniowej wysokiej temperaturze (HPHT). Dzięki tej metodzie, wymagane ciśnienie proces dziesiątki tysięcy atmosfer i temperaturze ponad 2000 K są generowane produkować główną część światowej podaży diamentu przemysłowego. Do transformacji grafitu do diamentu, w ogólnych warunkach wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury są wymagane katalizatory stosuje się w celu zwiększenia wydajności diamentu.
Te wymagania potrzebne do transformacji mogą być generowane bardzo sprawnie dzięki zastosowaniu USG o dużej mocy (= Niskiej częstotliwości i wysokiej intensywności ultradźwięków)

Kawitacja ultradźwiękowa

Ultradźwięki w cieczy powoduje lokalnie bardzo ekstremalne efekty. Gdy sonikacja cieczy o wysokiej intensywności, fale dźwiękowe, które propagują w ciekłych nośnikach powodować naprzemienne wysokiego ciśnienia (na ściskanie) i niskiego ciśnienia (rozrzedzenie) cykli, z szybkościami w zależności od częstotliwości. Podczas cyklu niskiego ciśnienia i wysokiej intensywności fal ultradźwiękowych za pomocą małych pęcherzyków lub pustych przestrzeni próżni w cieczy. Kiedy pęcherzyki osiągają objętość, w której nie mogą już absorbować energię, zapaść gwałtownie podczas cyklu wysokociśnieniowej. Zjawisko to jest określane kawitacja, Podczas implozji bardzo wysokie temperatury (ok. 5,000K) i pod ciśnieniem (ok. 2,000atm) osiąga się na miejscu. Implozja pęcherzyka kawitacyjnego skutkuje również strumieniami cieczy do 280m / s prędkości. (Suslick 1998) Jest oczywiste, że mikro- i nanokrystalicznych diamentowy może być syntetyzowany w polu ultradźwiękowym kawitacja.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Procedura ultradźwiękowy syntezy nanodiamenty

De facto, badanie Khachatryan et al. (2008) wskazują, że mikrokryształów diament może być syntetyzowany przez ultradźwięki zawiesiny grafit w cieczy organicznej, przy ciśnieniu atmosferycznym i w temperaturze pokojowej. Jak kawitacji płynu, wzór aromatycznych oligomerów zostało wybrane ze względu na jego małą ciśnienia pary nasyconej i jej wysokiej temperaturze wrzenia. W tej cieczy specjalny czysty proszek grafitowy – o wielkości cząstek w zakresie od 100-200 mikrometrów - został zawieszony. . W eksperymentach Kachatryan wsp stosunek wagowy stałych ciecz wynosił 1: 6, gęstość płynu kawitacji się 1,1 g cm-3 w temperaturze 25 ° C. Maksymalne natężenie ultradźwięków w sonoreactor jest 75-80W cm-2 odpowiadającej amplitudy dźwięku ciśnieniu 15-16 bar.
Osiągnięto to około 10% grafitu-diament konwersji. Diamenty były prawie monodyspersyjne z bardzo ostrymi, dobrze zaprojektowanego wielkości w zakresie od 6 lub 9μm ± 0.5μm, z sześcienny krystaliczny morfologia i wysoka czystość.

Ultradźwiękami syntetyzowane diamenty (obrazy SEM): Wysoka moc ultradźwięków zapewnia energię potrzebną do wywołania nanodiamenty' synteza

SEM obrazy z ultradźwiękami syntetyzowanych diamentów zdjęcia (a) i (b) przedstawiają przykładowy cykl 1, (c) i (d) Seria próbki 2. [Khachatryan i in. 2008]

The koszty mikro- i nanodiamenty wytworzonych według tej metody jest szacowana na konkurencyjny Z uwagi na wysokie ciśnienie, w wysokiej temperaturze (HPHT) procesu. To sprawia, że ​​ultradźwięki innowacyjną alternatywą dla syntezy mikro- i nanodiamenty (Khachatryan i wsp., 2008), a zwłaszcza jako proces produkcji nanodiamenty można zoptymalizować przez dalsze badania. Wiele takich parametrów amplitudy, ciśnienie, temperatura płynu kawitacji, a koncentracja musi zostać zbadane dokładnie odkryć odsłuchu syntezy nanodiamond ultradźwiękowego.
Na podstawie wyników uzyskanych w syntezie nanodiamenty ponadto Wytwarzany za pomocą ultradźwięków kawitacja oferuje potencjał dla syntezy innych ważnych związków, takich jak azotek boru, azotek węgla i inne (Khachatryan i wsp., 2008)
Ponadto, wydaje się, że możliwe jest stworzenie nanodrutów nanopręty z diamentu i wielościennych nanorurek węglowych (MWCNTs) pod działaniem ultradźwięków. nanodruty diamentu są analogi jednowymiarowe z diamentów luzem. Ze względu na wysoki moduł sprężystości stosunku wytrzymałości do ciężaru, a względną łatwość, z jaką powierzchnie mogą być grupami funkcyjnymi, diament okazał się optymalny materiał do konstrukcji nanomechanicznych. (Sun i wsp. 2004)

Ultradźwiękowy rozpraszania nanodiamenty

Jak już opisano, deaglomerację i nawet rozkład wielkości cząstek w ośrodku to istotne dla skutecznego wykorzystania unikalnych cech nanodiamenty.
dyspersja i deaglomeracja przez ultradźwięki są wynikiem ultradźwiękowej kawitacja, Podczas wystawiania cieczy ultradźwięków fale dźwiękowe, które rozprzestrzeniają się w cieczy w wyniku przemian cykle wysokiego ciśnienia i niskiego ciśnienia. Dotyczy to oddziaływanie mechaniczne na przyciągających sił między poszczególnymi cząstkami. Ultradźwiękowy kawitacja cieczy powoduje wysokie prędkości płynnych strumieni do 1000km / h (ok. 600mph). Takie dysze nacisnąć cieczy pod wysokim ciśnieniem pomiędzy cząstki i oddziela je od siebie. Mniejsze cząstki są przyspieszane ciekłe strumienie zderzają się i przy wysokich prędkościach. To sprawia ultradźwięków skuteczny środek do dyspergowania, ale także dla Przemiał o mikronowych i submikronowych rozmiarach mikronowych rozmiarów.
Na przykład, (średnia wielkość około 4 nM) nanodiamenty i polistyrenu mogą być rozproszone w cykloheksanie do uzyskania specjalnej kompozytu. W ich badaniu Chipara et al. (2010) opracowali kompozytów z polistyrenu i nanodiamenty zawierający nanodiamenty w zakresie pomiędzy 0 i 25% wagowych. Aby uzyskać jeszcze dyspersja, To roztwór poddano działaniu ultradźwięków przez 60 minut na Hielscher UIP1000hd (1 kW).

Ultradźwiękami Assisted Funkcjonalizację nanodiamenty

Do funkcjonalizacji całej powierzchni poszczególnych cząstek nanometrowych wymiarach, na powierzchni cząstki może być dostępny do reakcji chemicznej. Oznacza to również, a drobna dyspersja nie jest konieczne, ponieważ również zdyspergowane cząstki są otoczone warstwą graniczną cząsteczek przyciągane do powierzchni cząstek. Aby uzyskać nowe grupy funkcyjne na powierzchni nanodiamenty, warstwa ta granica musi zostać przerwany lub usunięte. Proces zerwaniu i usunięciu warstwy granicznej, mogą być wykonywane przez ultradźwięki.
Ultradźwięki wprowadza się płyn wytwarza rozmaite efekty, takie jak skrajnych kawitacjaLokalnie bardzo wysokie temperatury do 2000 K i ciekłych strumieni do 1000km / godz. (Suslick 1998) W tym czynniki stresowe, że przyciągające siły (na przykład siły van der Waalsa), mogą być usunięte, a cząsteczki funkcjonalne są przenoszone do powierzchni cząstek do funkcjonalizacji, np powierzchnia nanodiamenty.

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

Schemat 1: Grafiki w situ deaglomeracji i funkcjonalizacji powierzchni nanodiamenty (Liang 2011)

Eksperymenty z obróbki perełek wspomagania Sonic rozpadu (basd) wykazały obiecujące wyniki dla funcionalization powierzchni nanodiamenty również. Dzięki temu kulki (kulki ceramiczne na przykład małe rozmiary, takie jak kulki ZrO2) zostały wykorzystane do wzmocnienia ultradźwiękowego kawitacyjne Siły na cząstkach nanodiamond. Deaglomerację zachodzi dzięki interparticular zderzenia cząstek nanodiamond i ZrO2 sieczka.
Ze względu na lepszą dostępność powierzchni cząstki dla reakcji chemicznych, takich jak Boran redukcji, arylowanie lub silanizacja ultradźwiękowy lub basd zgrubienie (wspomagane dźwięku rozdrobnieniu) obróbki wstępnej do rozpraszania cel jest szczególnie zalecane. przez ultradźwiękowy Dyspersacja i deaglomeracja reakcja chemiczna może przebiegać znacznie pełniejsze.

Przy dużej mocy ultradźwięków o niskiej częstotliwości jest wprowadzenie do cieczy kawitacji są generowane.

Wyniki caviatation ultradźwiękowe w ekstremalnych różnic temperatury i ciśnienia oraz wysokiej prędkości strumieni cieczy. Tym samym ultradźwięki mocy jest skuteczną metodą przetwarzania za mieszanie i mielenie aplikacje.

Kontakt / Poproś o więcej informacji

Porozmawiaj z nami o swoich wymagań technologicznych. My polecamy najbardziej odpowiednie parametry konfiguracyjne i przetwarzania dla danego projektu.





Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Literatura / Referencje

  • Chipara, A. C. i in .: właściwości termiczne nanodiamond cząstek rozproszonych w polistyrenie. HESTEC 2010.
  • El-mów, K. M .: nanodiamenty jako układ dostarczania leku: Stosowanie i perspektywy. W J. Appl Pharm Sci 01/06, 2011; ss. 29-39.
  • Khachatryan, A. Kh. Transformacja i wsp .: grafitu do diamentu wywołane przez kawitację ultradźwiękową. W: Diamonda & Materiały pokrewne 17, 2008; s. 931-936.
  • Krueger, A .: Struktura i reaktywność nanoskali diamentu. W: J. Mater Chem 18, 2008; str. 1485/92.
  • Liang, Y. Deaglomerację i powierzchnia nanodiamond za pomocą termo-chemicznych i metod w ciele stałym. Rozprawa Julius Maximilian University Würzburg 2011th
  • Osawa, E .: monodyspersyjne pojedyncze cząstki nanodiamond. W Pure Appl Chem 80/7, 2008; str. 1365/79.
  • Pramatarova, L. et al .: zaletą Polymer Composites detonacji Nanodiamond cząstek do zastosowań medycznych. W: Na Biomimetyka; ss. 298-320.
  • Słońce, L .; Gong J .; Zhu, D .; Zhu, Z .; On, S .: Diament nanopręty z nanorurek węglowych. W: Advanced Materials 16/2004. str. 1849/53.
  • Suslick, K.S .: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 4th ed. J. Wiley & Sons: New York; 26, 1998; ss. 517-541.

nanodiamenty – Zastosowanie and Applications

Ziarna nanodiamond są niestabilne ze względu na ich potencjał zeta. W ten sposób, mają tendencję do tworzenia agregatów bardzo. Typowym zastosowaniem nanodiamenty jest wykorzystanie w ściernych, cięcia i polerowania narzędzi i radiatory. Innym potencjalnym zastosowaniem jest stosowanie nanodiamenty jako nośnika leku dla farmaceutycznych składników czynnych (patrz Pramatarova). Przez ultradźwiękiPo pierwsze nanodiamenty można syntetyzować z grafitu i drugie, nanodiamenty silnie tendencję do aglomeracji może być równomiernie rozproszone do ciekłego nośnika (na przykład do formułowania środków do polerowania).