Ultrazvuková disperzia nanomateriálov (nanočastíc)
Nanomateriály sa stali neoddeliteľnou súčasťou výrobkov tak rôznorodých, ako sú vysokovýkonné materiály, opaľovacie krémy, výkonné nátery alebo plastové kompozity. Ultrazvuková kavitácia sa používa na rozptýlenie nanočastíc do kvapalín, ako je voda, olej, rozpúšťadlá alebo živice.
Ultrazvuková disperzia nanočastíc
Uplatňovanie Ultrazvuková disperzia nanočastíc má mnohostranné účinky. Najzreteľnejší je dispergácia materiálov v kvapalinách s cieľom rozbiť aglomeráty častíc. Ďalším procesom je aplikácia ultrazvuku počas syntéza častíc alebo zrážanie. Vo všeobecnosti to vedie k menším časticiam a zvýšenej rovnomernosti veľkosti. ultrazvuková kavitácia Zlepšuje prenos materiálu aj na povrchoch častíc. Tento efekt je možné použiť na zlepšenie povrchu Funkcionalizácia materiálov s vysokým špecifickým povrchom.
Rozptylovanie a zmenšovanie veľkosti nanomateriálov
Nanomateriály, napr. oxidy kovov, nanoly alebo Uhlíkové nanotrubice majú tendenciu byť aglomerované, keď sa zmiešajú do kvapaliny. Účinné prostriedky na deaglomeráciu a Rozptyľuje sú potrebné na prekonanie spojovacích síl po navlhčení prášku. Ultrazvukový rozpad aglomerátových štruktúr vo vodných a nevodných suspenziách umožňuje využiť plný potenciál nanorozmerných materiálov. Výskumy rôznych disperzií nanočasticových aglomerátov s premenlivým obsahom pevných látok preukázali značnú výhodu ultrazvuku v porovnaní s inými technológiami, ako sú rotorové statorové miešadlá (napr. ultra turrax), piestové homogenizátory alebo metódy mokrého mletia, napr. guľôčkové mlyny alebo koloidné mlyny. Ultrazvukové systémy Hielscher môžu byť prevádzkované pri pomerne vysokých koncentráciách pevných látok. Napríklad pre Oxid kremičitý Zistilo sa, že miera rozbitia je nezávislá od koncentrácia pevných látok do 50% podľa hmotnosti. Ultrazvuk je možné použiť na dispergáciu predzmesí s vysokou koncentráciou – spracovanie kvapalín s nízkou a vysokou viskozitou. Vďaka tomu je ultrazvuk dobrým riešením na spracovanie farieb a náterov na báze rôznych médií, ako je voda, živica alebo olej.
Ultrazvukový homogenizátor UP400St pre nanodisperzie
ultrazvuková kavitácia
Disperzia a deaglomerácia ultrazvukom sú výsledkom ultrazvukovej kavitácie. Pri vystavení kvapalín ultrazvuku majú zvukové vlny, ktoré sa šíria do kvapaliny, za následok striedanie vysokotlakových a nízkotlakových cyklov. Tým sa aplikuje mechanické namáhanie na príťažlivé sily medzi jednotlivými časticami. ultrazvuková kavitácia v kvapalinách spôsobuje vysokorýchlostné prúdy kvapaliny až 1000 km/h (približne 600 mph). Takéto trysky tlačia kvapalinu pod vysokým tlakom medzi častice a oddeľujú ich od seba. Menšie častice sa urýchľujú prúdmi kvapaliny a zrážajú sa vysokou rýchlosťou. Vďaka tomu je ultrazvuk účinným prostriedkom na rozptýlenie, ale aj na Frézovanie častíc veľkosti mikrónov a submikrónov.
Ultrazvukom asistovaná syntéza častíc / zrážanie
Nanočastice môžu byť generované zdola nahor syntézou alebo zrážaním. Sonochémia je jednou z prvých techník používaných na prípravu nanozlúčenín. Suslick vo svojom pôvodnom diele, sonikovaný Fe(CO)5 buď ako čistá kvapalina alebo v roztoku deaclín a získané amorfné nanočastice železa veľkosti 10-20 nm. Všeobecne platí, že presýtená zmes začne vytvárať pevné častice z vysoko koncentrovaného materiálu. Ultrazvuk zlepšuje miešanie prekurzorov a zvyšuje prenos hmoty na povrchu častíc. To vedie k menšej veľkosti častíc a vyššej rovnomernosti.
UIP2000hdT, výkonný ultrazvuk s výkonom 2 kW na rozptýlenie SWCNT.
Funkcionalizácia povrchu pomocou ultrazvuku
Mnohé nanomateriály, ako sú oxidy kovov, atramentový atrament a tonerové pigmenty alebo plnivá pre výkon Nátery, vyžadujú funkcionalizáciu povrchu. Na funkcionalizáciu celého povrchu každej jednotlivej častice je potrebná dobrá disperzná metóda. Po rozptýlení sú častice zvyčajne obklopené hraničnou vrstvou molekúl priťahovaných k povrchu častíc. Aby sa nové funkčné skupiny dostali na povrch častíc, je potrebné túto hraničnú vrstvu rozbiť alebo odstrániť. Kvapalné prúdy vznikajúce ultrazvukovou kavitáciou môžu dosiahnuť rýchlosť až 1000 km/h. Toto napätie pomáha prekonať príťažlivé sily a prenáša funkčné molekuly na povrch častíc. V Sonochémia, tento efekt sa používa na zlepšenie výkonu dispergovaných katalyzátorov.
Ultrazvuk pred meraním veľkosti častíc
Ultrazvuk vzoriek zlepšuje presnosť merania veľkosti častíc alebo morfológie. Nový SonoStep kombinuje ultrazvuk, miešanie a pumpovanie vzoriek v kompaktnom dizajne. Ľahko sa ovláda a možno ho použiť na dodávanie sonikovaných vzoriek do analytických zariadení, ako sú analyzátory veľkosti častíc. Intenzívna sonikácia pomáha rozptýliť aglomerované častice, čo vedie ku konzistentnejším výsledkom.Kliknite sem a prečítajte si viac!
Ultrazvukové spracovanie pre laboratórne a výrobné meradlo
Ultrazvukové procesory a prietokové články pre deaglomeráciu a disperziu sú k dispozícii pre Laboratórium a výroba úroveň. Priemyselné systémy je možné jednoducho dodatočne namontovať na prácu v rade. Na výskum a vývoj procesov odporúčame použiť UIP1000hd (1 000 wattov).
Spoločnosť Hielscher ponúka širokú škálu ultrazvukových prístrojov a príslušenstva na efektívne rozptyľovanie nanomateriálov, napr. vo farbách, atramentoch a náteroch.
- Kompaktné laboratórne prístroje až do Výkon 400 W.
Tieto zariadenia sa používajú hlavne na prípravu vzoriek alebo počiatočné štúdie uskutočniteľnosti a sú k dispozícii na prenájom. - 500 a 1,000 a 2,000 wattov ultrazvukových procesorov ako Súprava UIP1000hd s prietokovým článkom a rôznymi posilňovacími klaksónmi a sonotródami dokáže spracovať väčšie objemové streamy.
Takéto zariadenia sa používajú na optimalizáciu parametrov (ako napríklad: amplitúda, prevádzkový tlak, prietok atď.) v stolovom alebo poloprevádzkovom meradle. - Ultrazvukové procesory 2 kW, 4 kW, 10 kW a 16 kW a väčšie zoskupenia niekoľkých takýchto jednotiek môžu spracovať objemové toky výroby takmer na akejkoľvek úrovni.
Stolové vybavenie je k dispozícii na prenájom za dobrých podmienok na vykonávanie procesných skúšok. Výsledky takýchto skúšok je možné lineárne škálovať podľa úrovne výroby, čím sa znižuje riziko a náklady spojené s vývojom procesu. Radi vám pomôžeme online, telefonicky alebo osobne. Nájdite Naše adresy tualebo použite formulár nižšie.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Nanomateriály – Podkladové informácie
Nanomateriály sú materiály s veľkosťou menšou ako 100 nm. Rýchlo postupujú do formulácií farieb, atramentov a náterov. Nanomateriály patria do troch širokých kategórií: oxidy kovov, nanoíly a Uhlíkové nanotrubice. Nanočastice oxidu kovu zahŕňajú nanooxid zinočnatý, oxid titaničitý, oxid železa, oxid céru a oxid zirkoničitý, ako aj zlúčeniny zmiešaných kovov, ako je oxid india-cín a zirkónium a titán, ako aj zlúčeniny zmiešaných kovov, ako je oxid indium-cínový. Táto malá hmota má vplyv na mnohé disciplíny, ako je fyzika, Chémia a biológia. Vo farbách a náteroch nanomateriály spĺňajú dekoratívne potreby (napr. farba a lesk), funkčné účely (napr. vodivosť, mikrobiálna inaktivácia) a zlepšujú ochranu (napr. odolnosť proti poškriabaniu, UV stabilita) farieb a náterov. Najmä nanooxidy kovov, ako sú TiO2 a ZnO alebo oxid hlinitý, cér a Oxid kremičitý a pigmenty nanoveľkosti nachádzajú uplatnenie v nových prípravkoch farieb a náterov.
Keď sa hmota zmenšuje, mení svoje vlastnosti, ako je farba a interakcia s inou hmotou, ako je chemická reaktivita. Zmena charakteristík je spôsobená zmenou elektronických vlastností. Podľa zmenšenie veľkosti častíc, zväčšuje sa povrchová plocha materiálu. Vďaka tomu môže vyššie percento atómov interagovať s inou hmotou, napr. s matricou živíc.
Povrchová aktivita je kľúčovým aspektom nanomateriálov. Aglomerácia a agregácia blokujú povrchovú plochu pred kontaktom s inou hmotou. Iba dobre rozptýlené alebo jednodispergované častice umožňujú využiť plný prospešný potenciál hmoty. Výsledkom je, že dobré rozptýlenie znižuje množstvo nanomateriálov potrebných na dosiahnutie rovnakých účinkov. Keďže väčšina nanomateriálov je stále pomerne drahá, tento aspekt má veľký význam pre komercializáciu formulácií výrobkov obsahujúcich nanomateriály. V súčasnosti sa mnohé nanomateriály vyrábajú suchým procesom. V dôsledku toho je potrebné častice zmiešať do tekutých formulácií. To je miesto, kde väčšina nanočastíc vytvára aglomeráty počas zmáčania. Najmä Uhlíkové nanotrubice sú veľmi súdržné, čo sťažuje ich rozptýlenie do kvapalín, ako je voda, etanol, olej, polymér alebo epoxidová živica. Konvenčné spracovateľské zariadenia, napr. vysokošmykové alebo rotorové statorové miešačky, vysokotlakové homogenizátory alebo koloidné a diskové mlyny, nedokážu rozdeliť nanočastice na diskrétne častice. Najmä pre malé hmoty od niekoľkých nanometrov do niekoľkých mikrónov je ultrazvuková kavitácia veľmi účinná pri rozbíjaní aglomerátov, agregátov a dokonca aj primárnych látok. Keď sa ultrazvuk používa na Frézovanie Z dávok s vysokou koncentráciou prúdy kvapalín vznikajúce pri ultrazvukovej kavitácii spôsobujú, že častice sa navzájom zrážajú rýchlosťou až 1000 km/h. Tým sa rozbíjajú van der Waalsove sily v aglomerátoch a dokonca aj primárnych časticiach.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory na miešanie, disperziu, emulgáciu a extrakciu v laboratórnom, pilotnom a priemyselnom meradle.