Ultrazvuková disperzia nanomateriálov (nanočastice)

Nanomateriály sa stali neoddeliteľnou súčasťou rôznych výrobkov, ako sú opaľovacie krémy, výkonné povlaky alebo plastové kompozity. Ultrazvuková kavitácia sa používa na dispergovanie nanočasných častíc do kvapalín, ako je voda, olej, rozpúšťadlá alebo živice.

Ultrazvuková disperzia nanočastín

Uplatňovanie Ultrazvuková disperzia nanočastín má rôznorodé účinky. Najzrejmejšie je dispergovanie materiálov v kvapalinách aby sa zlomili aglomeráty častíc. Ďalším procesom je aplikácia ultrazvuku počas syntézy častíc alebo zrážania, Všeobecne to vedie k menším časticám a väčšej jednotnosti veľkosti. ultrazvukové kavitácie zlepšuje prenos materiálu aj na povrchu častíc. Tento efekt je možné použiť na zlepšenie povrchu funkcionalizace materiálov s vysokým špecifickým povrchom.

Dispergovanie a zmenšenie veľkosti nanomateriálov

Nanomateriály, napr. Oxidy kovov, nanočiare alebo uhlíkových nanotrubičiek majú tendenciu byť aglomerované, keď sú zmiešané do kvapaliny. Účinné prostriedky na deaglomeráciu a dispergačné sú potrebné na prekonanie spojovacích síl po namočení prášku. Ultrazvukové rozdelenie štruktúr aglomerátov vo vodných a nevodných suspenziách umožňuje využitie plného potenciálu materiálov nanozisie. Vyšetrovanie na rôznych disperziách nanočasticových aglomerátov s premenlivým obsahom tuhých látok preukázalo značnú výhodu ultrazvuku v porovnaní s inými technológiami, ako sú rotorové statorové miešače (napr. Ultra turrax), homogenizátory piestu alebo mokré mlecie metódy, napríklad guľôčkové mlyny alebo koloidné mlyny , Hielscher ultrazvukové systémy môžu byť spustené na pomerne vysokých koncentráciách pevných látok. Napríklad pre kremeň bola zistená miera zlomenia nezávislá na tuhá koncentrácia do 50% hmotnostných. Ultrazvuk môže byť použitý na dispergovanie vysoko koncentračných hlavných dávok - spracovanie kvapalín s nízkou a vysokou viskozitou. To je ultrazvukový dobrý spracovateľský roztok pre farby a nátery na základe rôznych médií, ako je voda, živica alebo olej.

Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukovom rozptýlení uhlíkových nanotrubičiek.

ultrazvukové kavitácie

Disperzia a deaglomerácia ultrazvukom sú výsledkom ultrazvukovej kavitácie. Pri vystavení kvapalín ultrazvuku sa zvukové vlny, ktoré sa šíria do kvapaliny, vedú k striedaniu vysokotlakových a nízkotlakových cyklov. Toto sa týka mechanického namáhania priťahujúcich síl medzi jednotlivými časticami. ultrazvukové kavitácie v kvapalinách spôsobuje vysokorýchlostné prúdové kvapaliny až do 1000 km / h (približne 600 míľ za hodinu). Takéto trysky tlakovú kvapalinu medzi vysokým tlakom medzi časticami a oddeľujú ich od seba. Menšie častice sa zrýchľujú kvapalnými tryskami a zrážajú sa pri vysokých rýchlostiach. Toto spôsobuje, že ultrazvuk je účinným prostriedkom na dispergovanie, ale aj pre frézovanie častíc veľkosti mikrónov a submikrových častíc.

Syntéza / zrážanie pomocou ultrazvukových asistovaných častíc

Nanočastice môžu byť generované zdola nahor syntézou alebo zrážaním. Sonochémia je jednou z najskorších techník, ktoré sa používajú pri príprave zlúčenín nanočasí. Suslick vo svojej pôvodnej práci, Sonicated Fe (CO)₅ buď ako čistá kvapalina alebo v deaklinovom roztoku a získali nanočastice amorfného železa o veľkosti 10 až 20 nm. Všeobecne presýtená zmes začne vytvárať tuhé častice z vysoko koncentrovaného materiálu. Ultrasonikácia zlepšuje miešanie predbežných kurzov a zvyšuje prenos hmoty na povrchu častíc. To vedie k menšej veľkosti častíc a vyššej jednotnosti.

Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukom asistovaných zrážkach nanomateriálov.

Funkcionalizácia povrchu pomocou ultrazvuku

Mnoho nanomateriálov, ako sú oxidy kovov, atramentový atrament a tonerové pigmenty alebo plnivá pre výkon povlaky, vyžadujú povrchovú funkcionalizáciu. Za účelom funkcionalizácie celého povrchu každej jednotlivých častíc je potrebná dobrá dispergačná metóda. Pri rozptýlení sú častice typicky obklopené hraničnou vrstvou molekúl priťahovaných k povrchu častice. Aby sa nové funkčné skupiny dostali na povrch častíc, táto hraničná vrstva musí byť rozbitá alebo odstránená. Prúd kvapaliny, ktorý vzniká ultrazvukovou kavitáciou, môže dosiahnuť rýchlosť až do 1000 km / h. Tento stres pomáha prekonať priťahujúce sily a prenáša funkčné molekuly na povrch častíc. v Sonochemistry, tento účinok sa používa na zlepšenie výkonu dispergovaných katalyzátorov.

Ultrazvuku pred meraním veľkosti častíc

Ultrasonikácia vzoriek zvyšuje presnosť merania veľkosti častíc alebo morfológie. Nový SonoStep kombinuje ultrazvuk, miešanie a čerpanie vzoriek v kompaktnom dizajne. Je ľahko ovládateľný a môže byť použitý na dodávanie sonikovaných vzoriek analytickým zariadeniam, ako sú analyzátory veľkosti častíc. Intenzívna sonikácia pomáha rozptýliť aglomerované častice, čo vedie ku konzistentnejším výsledkom.Kliknite tu pre viac informácií!

Ultrazvukové spracovanie pre laboratórne a výrobné stupnice

Sú k dispozícii ultrazvukové procesory a prietokové bunky na deaglomeráciu a disperziu laboratórium a výroba level. Priemyselné systémy sa dajú ľahko modernizovať a inštalovať. Pre výskum a vývoj procesov odporúčame používať UIP1000hd (1000 wattov),

Hielscher ponúka širokú škálu ultrazvukových zariadení a príslušenstva na efektívne rozptýlenie nanomateriálov, napr. V farbách, atramentoch a náteroch.

• Kompaktné laboratórne prístroje až do Výkon 400 wattov
  Tieto zariadenia sa používajú hlavne na prípravu vzoriek alebo počiatočné štúdie uskutočniteľnosti a sú k dispozícii na prenájom.
• 500 a 1000 a 2000 w ultrasonických procesorov, ako je UIP1000hd nastavenie s prietokom a rôznymi posilňovacími rohmi a sonotródami môžu spracovávať väčšie toky hlasitosti.
  Takéto zariadenia sa používajú na optimalizáciu parametrov (ako sú: amplitúda, prevádzkový tlak, prietok atď.) V stupnici bench-top alebo pilot.
• Ultrazvukové procesory 2, 4, 10 a 16kw a väčšie zhluky niekoľkých takýchto jednotiek môžu spracovávať objemy produkčného objemu na takmer ľubovoľnej úrovni.

Bench top zariadenia je k dispozícii na prenájom v dobrých podmienkach pre spustenie procesu skúšok. Výsledky takýchto pokusov sa môžu meniť lineárne na úroveň výroby – znižujú riziko a náklady spojené s vývojom procesu. Budeme radi pomôžeme vám on-line, na telefóne alebo osobne. Nájdete naše adresy tu, alebo použite nižšie uvedený formulár.

literatúra

Aharon Gedanken (2004): Použitie sonochemie na výrobu nanomateriálov, pozvaných príspevkov z ultrazvukovej sonochemie, 2004 Elsevier BV

nanomateriály – Základné informácie

Nanomateriály sú materiály s veľkosťou menšou ako 100 nm. Rýchlo postupujú do formulácií farieb, atramentov a náterov. Nanomateriály spadajú do troch širokých kategórií: oxidy kovov, nanočiare a uhlíkových nanotrubičiek, Nanočastice s oxidom kovu zahŕňajú oxid zinočnatý, oxid titaničitý, oxid železa, oxid ceričitý a oxid zirkoničitý, ako aj zmesi zlúčenín kovov, ako je oxid india a cínu a zirkón a titán, ako aj zlúčeniny zmiešaných kovov, ako je india -cínu. Táto malá záležitosť má vplyv na mnohé disciplíny, ako je fyzika, chémia a biológiu. V nanášach farieb a povlakov nanomateriály spĺňajú dekoratívne potreby (napr. Farbu a lesk), funkčné účely (napr. Vodivosť, mikrobiálna inaktivácia) a zlepšujú ochranu (napr. Odolnosť voči poškriabaniu, UV stabilitu) farieb a povlakov. Najmä oxidy kovov s veľkosťou nanometrov, ako sú TiO2 a ZnO alebo Alumina, Ceria a kremeň a nano-veľkosti pigmentov nájsť použitie v nových náterových a náterových formuláciách.

Keď sa hmotnosť zmenšuje, mení sa jej vlastnosti, ako je farba a interakcia s inými látkami, ako je chemická reaktivita. Zmena charakteristík je spôsobená zmenou elektronických vlastností. Od zníženie veľkosti častíc, povrchová plocha materiálu sa zvyšuje. V dôsledku toho môže vyššie percento atómov interagovať s inou hmotou, napr. S matricou živíc.

Povrchová činnosť je kľúčovým aspektom nanomateriálov. Aglomerácia a agregácia blokuje povrch plochy pri kontakte s inými látkami. Iba dobre rozptýlené alebo jednorozpustené častice umožňujú využívať celý prospešný potenciál látky. Výsledkom toho je, že dobré rozptýlenie znižuje množstvo nanomateriálov potrebných na dosiahnutie rovnakých účinkov. Keďže väčšina nanomateriálov je stále dosť drahá, tento aspekt je veľmi dôležitý pre komercializáciu prípravkov obsahujúcich nanomateriály. Dnes sa mnohé nanomateriály vyrábajú v suchom procese. Výsledkom je, že častice je potrebné miešať do kvapalných formulácií. Toto je miesto, kde väčšina nanočastíc tvorí aglomeráty počas zmáčania. obzvlášť uhlíkových nanotrubičiek sú veľmi kohézne, čo sťažuje ich dispergovanie do kvapalín, ako je voda, etanol, olej, polymér alebo epoxidová živica. Bežné zariadenia na spracovanie, napríklad vysokootáčkové alebo rotorové statorové miešače, vysokotlakové homogenizátory alebo koloidné a diskové mlyny, nedosahujú rozdelenie nanočastíc na diskrétne častice. Najmä pre malé látky od niekoľkých nanometrov po pár mikrónov je ultrazvuková kavitácia veľmi účinná pri lámaní aglomerátov, agregátov a dokonca aj primárnych. Ak sa ultrazvuk používa pre frézovanie dávok vysokej koncentrácie, prúdy kvapalných prúdov spôsobené ultrazvukovou kavitáciou, spôsobujú, že sa častice zrazia navzájom pri rýchlosti až do 1000 km / h. To rozbije sily van der Waals v aglomerátoch a dokonca aj primárne častice.