Ультразвуковая технология Хильшера

Ультразвуковой синтез наноалмазов

  • Благодаря своей сильной кавитационной силе ультразвук мощности является многообещающим методом для производства алмазов из микрона и наноразмера из графита.
  • Микро- и нанокристаллические алмазы могут быть синтезированы для сушки графита в органической жидкости при атмосферном давлении и комнатной температуре.
  • Ультразвук также является полезным инструментом для последующей обработки синтезированных нано-алмазов, поскольку ультразвуковое рассеяние, деагломераты и функционализация наночастиц очень эффективно.

Ультразвук для лечения наноалмаза

Наноалмазы (также называемые детонационными алмазами (DND) или ультрадисперсные алмазы (UDD)) представляют собой особую форму углеродных наноматериалов, отличающихся уникальными характеристиками - такими как решетка структуры, ее большой поверхность, а также уникальные оптический а также магнитные свойства - и исключительные применения. Свойства ультрадисперсных частиц делают эти материалы инновационными соединениями для создания новых материалов с необычайными функциями. Размер частиц алмаза в саже составляет около 5 нм.

Ультразвуковой синтез наноалмазов

При интенсивных усилиях, таких как обработка ультразвуком или детонация, графит можно превратить в алмаз.

Ультразвуковые синтезированные наноалмазы

Синтез алмазов является важной областью исследований в области научных и коммерческих интересов. Обычно используемым способом синтеза микрокристаллических и нанокристаллических частиц алмаза является высокотемпературная (HPHT) технология высокого давления. Благодаря этому методу требуемое рабочее давление в десятки тысяч атмосфер и температуры более 2000K генерируется для производства основной части мировых поставок промышленного алмаза. Для превращения графита в алмаз обычно требуются высокие давления и высокие температуры, а катализаторы используются для увеличения выхода алмаза.
Эти требования, необходимые для трансформации, могут быть сгенерированы очень эффективно с помощью Высокая мощность ультразвука (= низкая частота, ультразвук высокой интенсивности):

Ультразвуковая кавитация

Ультразвук в жидкостях вызывает локально очень экстремальные эффекты. Звуковые волны, распространяющиеся в жидкие среды, при звукоизменяющих жидкостях при высоких интенсивностях приводят к чередованию циклов высокого давления (сжатия) и низкого давления (разрежения) со скоростями, зависящими от частоты. Во время цикла низкого давления высокоинтенсивные ультразвуковые волны создают небольшие вакуумные пузырьки или пустоты в жидкости. Когда пузырьки достигают объема, при котором они больше не могут поглощать энергию, они сильно разваливаются во время цикла высокого давления. Это явление называется кавитация, Во время имплозии очень высокие температуры (около 5000 К) и давления (около 2000 атм) достигаются локально. Имплозия кавитационного пузырька также приводит к жидкостным струям со скоростью до 280 м / с. (Suslick, 1998). Очевидно, что микро- и нанокристаллический алмазы могут быть синтезированы в области ультразвуковых кавитация,

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ультразвуковая методика синтеза наноалмазов

Фактически, исследование Хачатряна и др. (2008) показывает, что алмазные микрокристаллы также могут быть синтезированы путем ультразвуковой обработки суспензии графита в органической жидкости при атмосферном давлении и комнатной температуре. В качестве кавитационной жидкости выбрана формула ароматических олигомеров из-за низкого давления насыщенного пара и высокой температуры кипения. В этой жидкости специальный чистый графитовый порошок – с частицами в диапазоне между 100-200 мкм - была приостановлена. В опытах Качатряна и др. Весовое соотношение твердое вещество составляло 1: 6, плотность кавитационной жидкости составляла 1,1 г см-3 при 25 ° С. Максимальная ультразвуковая интенсивность в сонореакторе была 75-80 Вт см-2 что соответствует амплитуде звукового давления 15-16 бар.
Достигнуто приблизительно 10% конверсия графита в алмаз. Бриллианты были почти моно-дисперсионные с очень резким, хорошо спроектированным размером в диапазоне 6 или 9 мкм ± 0,5 мкм, с кубическим, кристаллический морфологии и высокая чистота,

Ультразвуковые синтезированные алмазы (SEM-изображения): ультразвук высокой мощности обеспечивает энергию, необходимую для индуцирования наноалмазов' синтезатор

SEM-изображения ультразвуковых синтезированных алмазов: изображения (a) и (b) показывают серию образцов 1, (c) и (d) серии образцов 2. [Khachatryan et al. 2008]

Teh расходы микро- и наноалмазов, полученных этим методом, оценивается как конкурентоспособный с высокотемпературным (HPHT) процессом. Это делает ультразвук инновационной альтернативой синтезу микро- и нано-алмазов (Хачатрян и др., 2008), тем более что процесс производства наноалмазов может быть оптимизирован путем дальнейших исследований. Многие параметры, такие как амплитуда, давление, температура, кавитационная жидкость и концентрация, должны быть тщательно исследованы, чтобы обнаружить сладкое пятно ультразвукового синтеза наноалмаза.
По результатам, полученным в синтезе наноалмазов, дальнейшая ультразвуковая генерация кавитация предлагает потенциал для синтеза других важных соединений, таких как кубический нитрид бора, нитрид углерода и т. д. (Хачатрян и др., 2008)
Кроме того, представляется возможным создать алмазные нанопроволки и наностержни из многослойных углеродных нанотрубок (MWCNT) при ультразвуковом облучении. Алмазные нанопроволки являются одномерными аналогами алмаза. Благодаря высокому модулю упругости, прочности и весу и относительной легкости, с которой могут функционировать его поверхности, алмаз оказался оптимальным материалом для наномеханических конструкций. (Sun et al., 2004)

Ультразвуковая дисперсия наноалмазов

Как уже было описано, дезагломерация и равномерное распределение частиц по размерам в среде являются необходимыми для успешного использования уникальных характеристик наноалмазов.
дисперсия а также Дезагломерация путем ультразвука являются результатом ультразвуковой кавитация, При экспонировании жидкостей ультразвуком звуковые волны, распространяющиеся в жидкость, приводят к чередованию циклов высокого давления и низкого давления. Это приводит к механическому воздействию на притягивающие силы между отдельными частицами. Ультразвуковая кавитация в жидкостях вызывает высокоскоростные жидкостные струи до 1000 км / ч (около 600 миль в час). Такие струи прижимают жидкость под высоким давлением между частицами и отделяют их друг от друга. Меньшие частицы ускоряются струями жидкости и сталкиваются на высоких скоростях. Это делает ультразвук эффективным средством для диспергирования, но также и для фрезерование микронного размера частиц и суб микронного размера.
Например, наноалмазы (средний размер около 4 нм) и полистирол могут быть диспергированы в циклогексане для получения специального композита. В своем исследовании Chipara et al. (2010) подготовили композиты из полистирола и наноалмазов, содержащие наноалмазы в диапазоне от 0 до 25 вес.%. Чтобы получить четное дисперсия, они обрабатывали раствор в течение 60 минут с помощью технологии Hielscher's Uip1000hd (1кВт).

Ультразвуковая вспомогательная функциональность наноалмазов

Для функционализации полной поверхности каждого наноразмерного частиц поверхность частицы должна быть доступна для химической реакции. Это означает, что требуется четная и тонкая дисперсия, так как хорошо диспергированные частицы окружены пограничным слоем молекул, притягивающихся к поверхности частицы. Чтобы получить новые функциональные группы на поверхности наноалмазов, этот пограничный слой должен быть сломан или удален. Этот процесс разрыва и удаления пограничного слоя может выполняться ультразвуком.
Ультразвук, вводимый в жидкость, генерирует различные экстремальные эффекты, такие как кавитация, локально очень высокая температура до 2000K и жидкие струи до 1000 км / час. (Suslick, 1998). Этими факторами напряжения могут быть преодолены притягивающие силы (например, силы Ван-дер-Ваальса) и функциональные молекулы переносятся на поверхность частицы, чтобы функционировать, например поверхность наноалмазов.

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

Схема 1: График in situ-деагломерации и поверхностной функционализации наноалмазов (Liang 2011)

Эксперименты с обработкой Sonic Disintegration (BASD) с использованием бисера показали многообещающие результаты для поверхностной фунционализации наноалмазов. Таким образом, бусины (например, микроразмерные керамические гранулы, такие как шарики ZrO2) использовались для обеспечения ультразвуковой кавитационные сил на частицы наноалмаза. Деагломерация происходит из-за межчастичного столкновения частиц наноалмаза с ZrO2 бусы.
Из-за лучшей доступности поверхности частиц, для химических реакций, таких как восстановление борана, арилирование или силанизация, настоятельно рекомендуется предварительная обработка ультразвуком или BASD (созвучная ультразвуковая дезинтеграция) для диспергирования цели. Ультразвуковой Диспергирование а также Дезагломерация химическая реакция может протекать гораздо более полно.

При высокой мощности, низкой частоты ультразвука вводится в жидкую среду, кавитация генерируется.

Ультразвуковая кавитация приводит к экстремальным перепадам температуры и давления и высокоскоростным жидкостным струям. Таким образом, ультразвук мощности является успешным методом обработки для смешивания и фрезерования.

Свяжитесь с нами / Спросите дополнительную информацию

Поговорите с нами о ваших требованиях к обработке. Мы порекомендуем наиболее подходящие параметры настройки и обработки для вашего проекта.





Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Литература / Ссылки

  • Chipara, AC et al .: Тепловые свойства частиц наноалмаза, диспергированных в полистироле. HESTEC 2010.
  • El-Say, KM: Наноалмазы как система доставки лекарств: применение и перспективы. В J Appl Pharm Sci 01/06, 2011; С. 29-39.
  • Хачатрян, А. Х. et al .: преобразование графита в алмаз, вызванное ультразвуковой кавитацией. В: Алмаз & Связанные материалы 17, 2008; pp931-936.
  • Krueger, A .: Структура и реакционная способность наноразмерного алмаза. В: J Mater Chem 18, 2008; С. 1485-1492.
  • Liang, Y .: Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung von Nanodiamant mittels thermochemischer und mechanochemischer Methoden. Диссертация Юлиус-Максимилиан-Университат Вюрцбург 2011.
  • Osawa, E .: Монодисперсные одиночные наноалмазные частицы. В: Pure Appl Chem 80/7, 2008; стр. 1365-1379.
  • Pramatarova, L. et al .: преимущество полимерных композитов с детонационными наноалмазовыми частицами для медицинских применений. В: О биомиметике; С. 298-320.
  • Sun, L .; Gong, J .; Zhu, D .; Zhu, Z .; Он, С .: Алмазные нанороды из углеродных нанотрубок. В: Расширенные материалы 16/2004. pp. 1849-1853.
  • Суслик К.С. Кирк-Отмерская энциклопедия химической технологии. 4-е изд. J. Wiley & Сыновья: Нью-Йорк; 26, 1998; С. 517-541.

Наноалмазов – Использование и приложения

Зерна наноалмазов неустойчивы из-за их дзета-потенциала. Таким образом, они имеют тенденцию к формированию агрегатов. Общим применением наноалмазов является использование абразивов, инструментов для резки и полировки, а также радиаторов. Другим потенциальным применением является применение наноалмазов в качестве лекарственного носителя для фармацевтических активных компонентов (см. Праматарова). От ультразвуковой, во-первых, наноалмазы могут быть синтезированы из графита, а во-вторых, наноалмазы, интенсивно стремящиеся к агломерации, могут быть равномерно рассеянный в жидкую среду (например, для приготовления полирующего агента).