Ultrasunete Sinteza nanodiamante

• Datorită forței sale de cavitație intensă, puterea ultrasunetelor este o tehnică promițătoare pentru a produce diamante micron- si nano-sized din grafit.
• diamante si nano-Micro- cristaline pot fi sintetizate sonicizarea o suspensie de grafit în lichid organic la presiune atmosferică și temperatura camerei.
• Cu ultrasunete este, de asemenea, un instrument util pentru post-procesare a diamantelor nano sintetizate, ca ultrasonare dispersează, deaglomerează și functionalizes nano-particule foarte eficiente.

Ultrasonics pentru Nanodiamond Tratamentul

Nanodiamante (diamante numite detonare (DND) sau diamante ultradispersed (UDD)) sunt o formă specială de nanomateriale de carbon disting prin caracteristici unice - cum ar fi sa zăbrele structura, sa mare suprafaţă, Precum și unic optic și Magnetice - proprietăți și aplicații excepționale. Proprietățile particulelor ultradispersed fac ca aceste materiale compusi inovatoare pentru crearea de noi materiale cu funcții extraordinare. Mărimea particulelor de diamant în funingine este 5nM.

Sub forțe intense, cum ar fi sonicarea sau detonarea, grafit poate fi transformată în diamant.

Ultrasonically nanodiamante sintetizați

Sinteza de diamante este un domeniu important de cercetare în ceea ce privește interesele științifice și comerciale. Procedeul utilizat în mod obișnuit pentru sinteza de particule de diamant nano-cristaline micro-cristalină și este tehnica de înaltă presiune-temperatură înaltă (HPHT). Prin această metodă, presiunea de proces necesar de zeci de mii de atmosfere și temperaturi de peste 2000K sunt generate pentru a produce cea mai mare parte a ofertei la nivel mondial de diamante industriale. Pentru transformarea grafitului în diamant, în general, presiuni mari și temperaturi ridicate sunt necesare, iar catalizatorii sunt folosiți pentru a crește randamentul de diamant.
Aceste cerințe necesare pentru transformare pot fi generate foarte eficient prin utilizarea De mare putere cu ultrasunete (= Frecventa joasa, ultrasunete de înaltă intensitate):

cavitatie cu ultrasunete

Ultrasunete în lichide cauze la nivel local efecte foarte extreme. Când sonicarea lichide la intensități mari, undele de sunet care se propagă în mediul lichid rezultat alternativ de înaltă presiune (compresie) și cicluri (descarcării) de joasă presiune, cu rate în funcție de frecvență. În timpul ciclului de joasă presiune, de înaltă intensitate unde ultrasonice a crea bule mici de vid sau golurile în lichid. Când bulele atinge un volum în care acestea nu mai pot absorbi energie, ele colaps violent în timpul unui ciclu de înaltă presiune. Acest fenomen este denumit cavitație. In timpul implozia temperaturi foarte ridicate (aproximativ 5,000K) și presiunile (aproximativ 2,000atm) sunt atinse la nivel local. Implozia bulei de cavitație, de asemenea, duce la jeturi de lichid de până la 280m / s viteză. (Suslick 1998) Este evident că micro- și nano-cristalin diamantele pot fi sintetizate în domeniul ultrasonic cavitație.

Procedura cu ultrasunete pentru sinteza nanodiamante

De facto, studiul Khachatryan et al. (2008) arată că microcristale de diamant poate fi sintetizat prin ultrasonare unei suspensii de grafit în lichid organic la presiune atmosferică și temperatura camerei. Ca fluid de cavitație, o formulă de oligomeri aromatici a fost ales datorită presiunii sale scăzute saturate de vapori și temperatură ridicată de fierbere. In acest lichid, pulberea de grafit pur specială – cu particule în intervalul între 100-200 pm - a fost suspendată. . In experimentele lui Kachatryan et al, raportul în greutate solid-fluid a fost de 1: 6, densitatea fluidului de cavitație a fost 1.1g cm^-3 la 25 ° C. Intensitatea maximă cu ultrasunete în sonoreactor a fost 75-80W cm^{-2 de} corespunzând unei amplitudini de presiune acustică de 15-16 bar.
Acesta a fost realizat aproximativ o conversie de 10% grafit-la-diamant. Diamantele au fost aproape Mono-dispersat cu o dimensiune foarte ascuțit, bine proiectat în intervalul de 6 sau 0,5pM ± 9μm, cu cubic, cristalin morfologie și puritate înaltă.

Imaginile SEM ale diamantelor sintetizate ultrasunetelor: imagini (a) și (b) prezintă seriile probei 1, (c) și (d) din seria probei 2. [Khachatryan et al. 2008]

La cheltuieli micro- și nanodiamonds produse prin această metodă se estimează a fi competitiv cu procesul de înaltă presiune-temperatură înaltă (HPHT). Acest lucru face cu ultrasunete o alternativă inovatoare pentru sinteza micro- și nanodiamonds (Khachatryan et al. 2008), în special în procesul de producție al nanodiamonds poate fi optimizat prin investigații suplimentare. Mulți parametri de amplitudine, presiune, temperatură, fluid de cavitație și de concentrare trebuie examinată cu acuratețe pentru a descoperi locul dulce al sintezei nanodiamond cu ultrasunete.
Prin rezultatele obținute în sintetizarea nanodiamonds, generat în continuare cu ajutorul ultrasunetelor cavitație oferă potențialul pentru sinteza altor compuși importanți, cum ar fi nitrura cubica de bor, nitrura de carbon etc. (Khachatryan et al. 2008)
Mai mult, se pare a fi posibilă crearea nanofire diamant și nanorozi din nanotuburi de carbon cu pereți multipli (MWCNTs) sub iradiere cu ultrasunete. nanofire Diamond sunt analogi unidimensionale de diamant în vrac. Datorită modulului său ridicat de elasticitate, rezistență la raportul greutate, și ușurința relativă cu care poate fi funcționalizate suprafețele sale, diamant a fost dovedit a fi materialul optim pentru design nanomecanice. (Sun și colab., 2004)

Cu ultrasunete dispersării nanodiamante

Așa cum deja descris, dezaglomerarea și distribuția mărimii particulelor chiar și în mediu sunt esențiale pentru exploatarea cu succes a caracteristicilor unice nanodiamonds.
dispersare și deaglomerare prin ultrasonare sunt rezultatul ultrasonic cavitație. Atunci când expunerea la ultrasunete lichide undele de sunet care se propagă în rezultatul lichid alternativ cicluri de înaltă presiune și joasă presiune. Acest lucru se aplică de stres mecanic asupra forțelor care atrag între particulele individuale. Cavitatie cu ultrasunete în lichide cauze de mare viteză jet de lichid de până la 1000km / oră (aproximativ 600 mph). Astfel de jeturi de lichid apăsați la presiune ridicată între particule și le separă unele de altele. Particulele mai mici sunt accelerate cu jet de lichid și se ciocnesc la viteze mari. Acest lucru face cu ultrasunete un mijloc eficient pentru dispersie dar și pentru frezare de microni dimensiuni și particule de dimensiunea micronilor sub.
De exemplu, (dimensiunea medie de aproximativ 4nm) nanodiamonds și polistiren poate fi dispersat în ciclohexan pentru a obține un compozit special. In studiul lor, Chipara și colab. (2010) au preparat compozite din polistiren și nanodiamonds, conținând nanodiamonds într-un interval cuprins între greutate 0 și 25%. Pentru a obține o chiar dispersare, Ei sonicate soluție timp de 60 min cu lui Hielscher Uip1000hd (1kW).

Ultrasonically asistată Funcționalizarea nanodiamante

Pentru funcționalizarea suprafeței complete a fiecărei particule de dimensiuni nanometrice, suprafața particulei trebuie să fie disponibilă pentru reacția chimică. Aceasta înseamnă că este necesară o dispersie uniformă și fină ca și particulele, bine dispersate sunt înconjurate de un strat limită de molecule atrase la suprafața particulei. Pentru a obține noi grupe funcționale la suprafata nanodiamonds, acest strat limită trebuie să fie rupte sau eliminate. Acest proces de pauză și îndepărtarea stratului limită poate fi realizată prin Ultrasonics.
Ultrasunete introdus în lichid generează diferite efecte extreme, cum ar fi cavitație, Temperatură locală foarte ridicată de până la 2000K și jeturi de lichid de până la 1000km / hr. (Suslick 1998) Prin acest stres factorii forțele care atrag (de exemplu, Van-der-Waals forțe) pot fi depășite și moleculele funcționale sunt transportate la suprafața particulei la functionalize, de ex suprafata nanodiamonds.

Schema 1: grafică a situ-dezaglomerare și funcționalizarea suprafață de nanodiamonds în (Liang 2011)

Experimentele cu Bead asistată Sonic Dezintegrare (ADDJB) tratament au demonstrat rezultate promițătoare pentru funcionalization suprafață de nanodiamonds, de asemenea. Astfel, mărgele (de exemplu, bile ceramice de dimensiuni micromecanice, cum ar fi perle de ZrO2) au fost utilizate pentru a pune în aplicare ultrasunete cavitaționale forțe pe particule nanodiamond. Deaglomerare apare ca urmare a coliziunii interparticular între particulele nanodiamond și ZrO₂ margele.
Datorită disponibilității mai bună a suprafeței particulelor, pentru reacții chimice, cum ar fi reducerea Boran, arilarea sau silanizare, o grupare (perlă asistată dezintegrare sonic) de pre-tratare cu ultrasunete sau ADDJB pentru dispersarea scop este foarte recomandat. Prin ultrasunete dispersant și deaglomerare reacția chimică poate avea loc mult mai complet.