Ультразвуковое диспергирование наноматериалов (наночастиц)
Наноматериалы стали неотъемлемым компонентом таких разнообразных продуктов, как высокоэффективные материалы, солнцезащитные кремы, высокоэффективные покрытия или пластиковые композиты. Ультразвуковая кавитация используется для диспергирования наноразмерных частиц в жидкостях, таких как вода, масло, растворители или смолы.
Ультразвуковое диспергирование наночастиц
Применение Ультразвуковое диспергирование наночастиц обладает разнообразными эффектами. Наиболее очевидным является метод диспергирование материалов в жидкостях для того, чтобы разрушить агломераты частиц. Еще одним процессом является применение ультразвука во время синтез частиц или осаждение. Как правило, это приводит к уменьшению размера частиц и повышению однородности размеров. ультразвуковая кавитация Также улучшает перенос материала на поверхности частиц. Этот эффект можно использовать для улучшения поверхности Функционализация материалов с высокой удельной поверхностью.
Диспергирование и уменьшение размера наноматериалов
Наноматериалы, например, оксиды металлов, наноглины или Углеродные нанотрубки имеют тенденцию агломерироваться при смешивании с жидкостью. Эффективные средства деагломерации и Диспергирующий нужны для преодоления связующих сил после смачивания порошка. Ультразвуковое разрушение агломератных структур в водных и неводных суспензиях позволяет использовать весь потенциал наноразмерных материалов. Исследования различных дисперсий агломератов наночастиц с переменным содержанием твердых частиц продемонстрировали значительное преимущество ультразвука по сравнению с другими технологиями, такими как роторные смесители статора (например, ultra turrax), поршневые гомогенизаторы или методы мокрого измельчения, например, бисерные мельницы или коллоидные мельницы. Ультразвуковые системы Hielscher могут работать при довольно высоких концентрациях твердых частиц. Например, для Кремнезем Было установлено, что коэффициент поломки не зависит от Концентрация твердых частиц до 50% по весу. Ультразвук может применяться для диспергирования суперконцентратов высокой концентрации – обработки жидкостей с низкой и высокой вязкостью. Это делает ультразвук хорошим решением для обработки красок и покрытий на основе различных сред, таких как вода, смола или масло.
Ультразвуковой гомогенизатор УП400Ст для нанодисперсий
ультразвуковая кавитация
Диспергирование и деагломерация под действием ультразвука являются результатом ультразвуковой кавитации. При воздействии на жидкости ультразвука звуковые волны, которые распространяются в жидкость, приводят к чередованию циклов высокого и низкого давления. Это оказывает механическое воздействие на силы притяжения между отдельными частицами. ультразвуковая кавитация В жидкостях вызывает высокоскоростные струи жидкости со скоростью до 1000 км/ч (около 600 миль в час). Такие форсунки выдавливают жидкость под высоким давлением между частицами и отделяют их друг от друга. Более мелкие частицы ускоряются струями жидкости и сталкиваются на высоких скоростях. Это делает ультразвук эффективным средством для диспергирования, а также для измельчение частиц микронного и субмикронного размера.
Ультразвуковой синтез частиц / осаждение
Наночастицы могут быть получены снизу вверх путем синтеза или осаждения. Сонохимия является одним из самых ранних методов, используемых для получения наноразмерных соединений. Суслик в своей оригинальной работе, обработанный ультразвуком Fe(CO)5 либо в виде чистой жидкости, либо в растворе деклина и получаемых аморфных наночастиц железа размером 10-20 нм. Как правило, пересыщенная смесь начинает образовывать твердые частицы из высококонцентрированного материала. Ультразвуковая обработка улучшает перемешивание прекурсоров и увеличивает массоперенос на поверхности частицы. Это приводит к меньшему размеру частиц и более высокой однородности.
УИП2000HDT, мощный ультразвуковой аппарат мощностью 2 кВт для диспергирования одностенных углеродных нанотрубок.
Функционализация поверхности с помощью ультразвука
Многие наноматериалы, такие как оксиды металлов, Струйные чернила и тонер-пигменты, или филлеры для повышения производительности Покрытия, требуют функционализации поверхности. Для того, чтобы функционализировать всю поверхность каждой отдельной частицы, требуется хороший метод диспергирования. Диспергированные частицы обычно окружены пограничным слоем молекул, притягивающихся к поверхности частиц. Для того, чтобы новые функциональные группы попали на поверхность частицы, этот пограничный слой необходимо разбить или удалить. Струи жидкости, возникающие в результате ультразвуковой кавитации, могут достигать скорости до 1000 км/ч. Это напряжение помогает преодолеть силы притяжения и переносит функциональные молекулы на поверхность частицы. В Сонохимия, этот эффект используется для улучшения характеристик дисперсных катализаторов.
Ультразвуковое исследование перед измерением размера частиц
Ультразвуковое исследование образцов повышает точность измерения размера или морфологии частиц. Новый SonoStep сочетает в себе ультразвук, перемешивание и перекачивание образцов в компактной конструкции. Он прост в эксплуатации и может использоваться для подачи образцов, обработанных ультразвуком, в аналитические устройства, такие как анализаторы размера частиц. Интенсивная ультразвуковая обработка помогает диспергировать агломерированные частицы, что приводит к более стабильным результатам.Нажмите здесь, чтобы узнать больше!
Ультразвуковая обработка в лабораторных и производственных масштабах
Ультразвуковые процессоры и проточные ячейки для деагломерации и диспергирования доступны для Лаборатория и производство уровень. Промышленные системы могут быть легко модернизированы для работы в потоке. Для проведения исследований и разработки технологических процессов мы рекомендуем использовать метод UIP1000HD (1 000 Вт).
Hielscher предлагает широкий ассортимент ультразвуковых устройств и аксессуаров для эффективного диспергирования наноматериалов, например, в красках, чернилах и покрытиях.
- Компактные лабораторные приборы до Мощность 400 Вт.
Эти устройства в основном используются для подготовки образцов или первоначального технико-экономического обоснования и доступны для аренды. - 500 и 1,000 и 2,000 Ультразвуковые процессоры мощностью Ватт, такие как Комплект UIP1000HD с проточной ячейкой и различными рупорами и сонотродами Может обрабатывать большие объемы потоков.
Подобные устройства используются для оптимизации параметров (таких как амплитуда, рабочее давление, расход и т. д.) в масштабе настольной или пилотной установки. - Ультразвуковые процессоры 2 кВт, 4кВт, 10 кВт и 16кВт А более крупные кластеры из нескольких таких блоков могут обрабатывать потоки объемов производства практически на любом уровне.
Настольное оборудование можно взять в аренду в хороших условиях для проведения технологических испытаний. Результаты таких испытаний могут быть линейно масштабированы до производственного уровня, что снижает риски и затраты, связанные с разработкой процесса. Мы будем рады помочь вам онлайн, по телефону или лично. Пожалуйста, найдите Наши адреса здесьили воспользуйтесь формой ниже.
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:
| Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 1 до 500 мл | От 10 до 200 мл/мин | УП100Ч |
| от 10 до 2000 мл | от 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20 л | 0от 0,2 до 4 л/мин | УИП2000HDT |
| От 10 до 100 л | От 2 до 10 л/мин | УИП4000HDT |
| н.а. | От 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
| н.а. | больше | Кластер UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!
Наноматериалы – Справочная информация
Наноматериалы — это материалы размером менее 100 нм. Они быстро внедряются в рецептуры красок, чернил и покрытий. Наноматериалы делятся на три большие категории: оксиды металлов, наноглины и Углеродные нанотрубки. Наночастицы оксида металла включают наноразмерный оксид цинка, оксид титана, оксид железа, оксид церия и оксид циркония, а также смешанные соединения металлов, такие как оксид индия-олова, цирконий и титан, а также смешанные соединения металлов, такие как оксид индия и олова. Эта маленькая материя оказывает влияние на многие дисциплины, такие как физика, Химия и биология. В красках и покрытиях наноматериалы удовлетворяют декоративные потребности (например, цвет и блеск), функциональные цели (например, проводимость, микробная инактивация) и улучшают защиту (например, устойчивость к царапинам, устойчивость к ультрафиолетовому излучению) красок и покрытий. В частности, наноразмерные оксиды металлов, такие как TiO2 и ZnO или оксид алюминия, церия и Кремнезем А наноразмерные пигменты находят применение в новых составах красок и покрытий.
Когда материя уменьшается в размерах, она изменяет свои характеристики, такие как цвет и взаимодействие с другими веществами, например, химическая реакционная способность. Изменение характеристик вызвано изменением электронных свойств. По уменьшение размера частиц, площадь поверхности материала увеличивается. Благодаря этому больший процент атомов может взаимодействовать с другими веществами, например, с матрицей смол.
Поверхностная активность является ключевым аспектом наноматериалов. Агломерация и агрегация блокируют поверхность от контакта с другими веществами. Только хорошо диспергированные или однодисперсные частицы позволяют в полной мере использовать полезный потенциал вещества. В результате, хорошая диспергация уменьшает количество наноматериалов, необходимых для достижения тех же эффектов. Поскольку большинство наноматериалов все еще достаточно дороги, этот аспект имеет большое значение для коммерциализации рецептур продуктов, содержащих наноматериалы. Сегодня многие наноматериалы производятся сухим способом. В результате частицы необходимо смешать в жидкие составы. Именно здесь большинство наночастиц образуют агломераты во время смачивания. Особенно Углеродные нанотрубки являются очень связными, что затрудняет их диспергирование в жидкостях, таких как вода, этанол, масло, полимер или эпоксидная смола. Традиционные технологические устройства, такие как смесители с большими сдвиговыми усилиями или роторно-статорные смесители, гомогенизаторы высокого давления или коллоидные и дисковые мельницы, не могут разделить наночастицы на дискретные частицы. В частности, для малых частиц размером от нескольких нанометров до пары микрон ультразвуковая кавитация очень эффективна при дроблении агломератов, агрегатов и даже первичных частиц. Когда ультразвук используется для измельчение В партиях с высокой концентрацией струи жидкости, возникающие в результате ультразвуковой кавитации, заставляют частицы сталкиваться друг с другом со скоростью до 1000 км/ч. Это разрушает силы Ван-дер-Ваальса в агломератах и даже первичных частицах.
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы для смешивания, диспергирования, эмульгирования и экстракции в лабораторном, пилотном и промышленном масштабе.