Наноалмазы, диспергированные в водной суспензии с ультразвуком

Дисперсии наноалмазов можно быстро и эффективно приготовить с помощью соникаторов Hielscher. Ультразвуковая деагрегация в водной суспензии обеспечивает надежное разрушение агрегатов и образование стабильных коллоидов. В сочетании с простым добавлением соли для регулировки рН этот метод является простым, недорогим и не загрязняющим. Благодаря масштабируемости и простоте реализации ультразвуковое диспергирование хорошо подходит не только для лабораторных исследований, но и для промышленной обработки наноалмазов.

Эффективная и незагрязненная деагрегация наноалмазов

Наноалмазы находят все большее применение в биомедицине, квантовых технологиях, трибологии и передовых композитах, однако присущая им склонность к образованию твердых агрегатов часто ограничивает их эффективность. Поэтому получение стабильных коллоидов из дискретных частиц является необходимым условием для точного определения характеристик и надежного применения. Традиционные методы деагрегации часто основаны на жестких технологиях измельчения, которые вносят диоксид циркония или другие примеси, усложняя очистку и ограничивая биомедицинское применение. Ультразвуковое диспергирование предлагает быструю, масштабируемую и свободную от примесей альтернативу. Применяя акустическую кавитацию в водной среде, соникаторы зондового типа эффективно разбивают агрегаты на наноалмазы размером в одну цифру. В сочетании с простой модуляцией pH с помощью соли этот метод позволяет получать стабильные коллоиды в широком диапазоне pH без образования токсичных побочных продуктов, что делает его весьма привлекательным как для лабораторных исследований, так и для промышленного производства.

Наноалмазы могут быть эффективно и надежно диспергированы с помощью ультразвуковых аппаратов Хильшера.

Как работает ультразвуковое измельчение и диспергирование наноалмазов?

Ультразвуковая дисперсия использует сами наноалмазы в качестве мелющей среды. Акустическая кавитация, создаваемая мощными ультразвуковыми волнами, создает высокоскоростной поток жидкости. Эти потоки жидкости ускоряют частицы (например, алмазы) в суспензии, так что частицы сталкиваются со скоростью до 280 км/с и разбиваются на мельчайшие наночастицы. Это делает ультразвуковое измельчение и диспергирование простым, недорогим и не содержащим загрязнений методом, который надежно деагломерирует наноалмаз до наноразмерных частиц, стабильных в водном коллоидном растворе в широком диапазоне pH. Соль (хлорид натрия) используется для стабилизации наноалмазов в водной суспензии.
 

 
Узнайте больше об ультразвуковой деагрегации наноалмазов для преаналитической подготовки проб!
 

Ультразвуковое фрезерование наноалмазов превосходит бисерные мельницы

Ультразвуковые аппараты зондового типа являются высокоэффективными мельницами и являются признанной технологией измельчения для крупномасштабного производства наноалмазных суспензий в промышленных масштабах. Поскольку в ультразвуковых мельницах в качестве мелющей среды используются наноалмазы, загрязнение через мелющие среды, например, из гранул диоксида циркония, полностью исключено. Вместо этого ультразвуковые кавитационные силы ускоряют частицы так, что наноалмазы сильно сталкиваются друг с другом и распадаются до однородного наноразмера. Это ультразвуковое столкновение между частицами является высокоэффективным и надежным методом получения равномерно распределенных нанодисперсий.
В методе ультразвукового диспергирования и дезагрегации используются водорастворимые, нетоксичные и не загрязняющие окружающую среду добавки, такие как хлорид натрия или сахароза, для регулирования pH и стабилизации ультразвукового диспергирования. Эти кристаллические структуры хлорида натрия или сахарозы действуют дополнительно в качестве мелющей среды, тем самым поддерживая процедуру ультразвукового измельчения. Когда процесс помола завершен, эти добавки могут быть легко удалены путем простого промывки водой, что является замечательным преимуществом по сравнению с процессом изготовления керамических шариков. При традиционном измельчении швов, таких как аттриторы, используются нерастворимые керамические среды (например, шарики, бусины или жемчуг), истиранные остатки которых загрязняют конечную дисперсию. Удаление загрязнений, вызванных мелющими телами, включает в себя сложную последующую обработку и является трудоемким и дорогостоящим.

Технология ультразвукового диспергирования позволяет эффективно получать водные наноалмазные суспензии с узким распределением частиц по размерам.
(Исследование и график: ©Турченюк и др., 2016)

Примерный протокол ультразвукового диспергирования наноалмазов

Солевая ультразвуковая деагрегация наноалмазов в воде:
Смесь из 10 г хлорида натрия и 0,250 г порошка наноалмаза кратковременно растирали вручную с помощью фарфоровой ступки и пестика и помещали в стеклянный флакон объемом 20 мл вместе с 5 мл деионизированной воды. Подготовленный образец обрабатывали ультразвуком с помощью ультразвукового аппарата зондового типа в течение 100 мин при выходной мощности 60% и коэффициенте заполнения 50%. После ультразвуковой обработки образец поровну разделили между двумя пластиковыми центрифужными пробирками Falcon объемом 50 мл и диспергировали в дистиллированной воде общим объемом до 100 мл (2 × 50 мл). Затем каждый образец центрифугировали с помощью центрифуги Eppendorf 5810-R при 4000 об/мин и 25°C в течение 10 минут, а прозрачный надосадочный жидкость отбрасывали. Затем влажные осадки ND повторно диспергировали в дистиллированной воде (общий объем 100 мл) и центрифугировали второй раз при 12000 об/мин и 25 °C в течение 1 ч. И снова прозрачный надосадочный слой был отброшен, а влажные наноалмазные осадки были повторно диспергированы, на этот раз в 5 мл дистиллированной воды для определения характеристик. Стандартный анализ на AgNO3 показал полное отсутствие Cl⁻ в солевом ультразвуковом деагрегировании наноалмазов, дважды промытых дистиллированной водой, как описано выше. После испарения воды из образцов образовывался черный твердый наноалмаз “стружка” наблюдался с выходом ∼200 мг или 80% от исходной массы наноалмаза. (см. рисунок ниже)
(ср. Турченюк и др., 2016)

Высушенный образец ультразвукодисперсных наноалмазов.
(Исследование и график: ©Турченюк и др., 2016)

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для наноалмазных дисперсий

Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и распространяет высокопроизводительное ультразвуковое измельченное и диспергирующее оборудование для тяжелых условий эксплуатации, таких как производство наноалмазных суспензий, полировальных сред и нанокомпозитов. Ультразвуковые аппараты Hielscher используются во всем мире для диспергирования наноматериалов в водных коллоидных суспензиях, полимерах, смолах, покрытиях и других высокоэффективных материалах.
Ультразвуковые диспергаторы Hielscher надежны и эффективны при обработке с низкой и высокой вязкостью. В зависимости от исходных материалов и целевого конечного размера частиц интенсивность ультразвука может быть точно отрегулирована для достижения оптимальных результатов процесса.
Для обработки вязких паст, наноматериалов и высоких концентраций твердых частиц ультразвуковой диспергатор должен быть способен производить непрерывно высокие амплитуды. Ультразвуковые технологии Hielscher’ Промышленные ультразвуковые процессоры могут обеспечивать очень высокую амплитуду при непрерывной работе при полной нагрузке. Амплитуды до 200 μм могут быть легко запущены в режиме 24/7. Возможность работы ультразвукового диспергатора на высоких амплитудах и точной регулировки амплитуды необходима для адаптации условий ультразвукового процесса для оптимальной рецептуры высоконаполненных наносуспензий, наноармированных полимерных смесей и нанокомпозитов.
Помимо амплитуды ультразвука, еще одним очень важным параметром процесса является давление. При повышенном давлении интенсивность ультразвуковой кавитации и ее поперечные силы усиливаются. Ультразвуковые реакторы Хильшера могут подвергаться давлению, что позволяет получать результаты интенсификации ультразвуком.
Мониторинг процесса и запись данных важны для непрерывной стандартизации процессов и качества продукции. Вставные датчики давления и температуры подключаются к ультразвуковому генератору для контроля и управления процессом ультразвукового диспергирования. Все важные параметры обработки, такие как ультразвуковая энергия (чистая + общая), температура, давление и время, автоматически протоколируются и сохраняются на встроенной SD-карте. Получив доступ к автоматически записанным данным процесса, вы можете пересмотреть предыдущие прогоны ультразвуковой обработки и оценить результаты процесса.
Еще одной удобной функцией является дистанционное управление нашими цифровыми ультразвуковыми системами через браузер. С помощью удаленного управления через браузер вы можете запускать, останавливать, настраивать и контролировать ультразвуковой процессор удаленно из любого места.
Свяжитесь с нами сейчас, чтобы узнать больше о наших высокопроизводительных ультразвуковых гомогенизаторах для измельчения и нанодисперсий!
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: