Nanodiamondy dispergované vo vodnej suspenzii s ultrazvukom

Nanodiamondové disperzie sú efektívne a rýchlo sa vyrábajú pomocou ultrazvukových dispergátorov. Ultrazvukovú deagregáciu a disperziu nanodiamondov je možné spoľahlivo vykonať vo vodnej suspenzii. Ultrazvuková disperzná technika využíva soľ na úpravu pH a je tak jednoduchou, lacnou a bezkontaminantnou technikou, ktorú možno ľahko použiť v priemyselnom meradle.

Nanodiamondy môžu byť efektívne a spoľahlivo rozptýlené pomocou ultrazvukových prístrojov Hielscher.

Ako funguje ultrazvukové frézovanie a disperzia nanodiamondov?

Ultrazvuková disperzia používa samotné nanodiamondy ako frézovacie médium. Akustická kavitácia generovaná vysokovýkonnými ultrazvukovými vlnami vytvára vysokorýchlostné prúdenie kvapalín. Tieto kvapalné prúdy urýchľujú častice (napr. diamanty) v suspenzii tak, že častice sa zrazia až s rýchlosťou až 280 km/s a rozbijú sa na nepatrné častice nano veľkosti. Vďaka tomu je ultrazvukové mletie a disperzia jednoduchou, lacnou technikou bez kontaminantov, ktorá spoľahlivo deaglomeruje nanodiamond na častice nano veľkosti stabilné vo vodnom koloidnom roztoku v širokom rozsahu pH. Soľ (chlorid sodný) sa používa na stabilizáciu nanodiamondov vo vodnej suspenzii.

Ultrazvukové nanodiamondové frézovanie vyniká korálkovými mlynmi

Sondové ultrazvukové prístroje sú vysoko účinné mlyny a sú zavedenou frézovacou technikou pre veľkovýrobu nanodiamondových suspenzií v priemyselnom meradle. Keďže ultrazvukové mlyny využívajú nanodiamondy ako mlynské médium, úplne sa zabráni kontaminácii frézovacími médiami, napr. zo zirkónových guľôčok. Namiesto toho ultrazvukové kavitačné sily urýchľujú častice tak, aby sa nanodiamondy navzájom prudko zrazili a rozpadli sa na jednotnú nano veľkosť. Táto ultrazvukom indukovaná interčasticová kolízia je vysoko efektívna a spoľahlivá metóda výroby rovnomerne rozložených nanodisperzií.
Ultrazvuková disperzia a deagregačná metóda používa vo vode rozpustné, netoxické a nekontaminujúce prísady, ako je chlorid sodný alebo sacharóza, na reguláciu pH a stabilizáciu ultrazvukovej disperzie. Tieto kryštálové štruktúry chloridu sodného alebo sacharózy pôsobia dodatočne ako mlecie médium, čím podporujú ultrazvukový postup mletia. Po dokončení procesu mletia sa tieto prísady dajú ľahko odstrániť jednoduchým opláchnutím vodou, čo je pozoruhodná výhoda oproti procesným keramickým korálkom. Tradičné frézovanie guľôčok, ako sú attritory, používajú nerozpustné keramické frézovacie médiá (napr. guľôčky, korálky alebo perly), ktorých abrazované zvyšky kontaminujú konečnú disperziu. Odstránenie kontaminácie spôsobenej mlecími médiami zahŕňa komplexné dodatočné spracovanie a je časovo a zároveň nákladné.

Ultrazvuková dispergačná technológia účinne produkuje vodné nanodiamondové suspenzie s úzkou distribúciou veľkosti častíc.
(Štúdia a grafika: ©Turcheniuk et al., 2016)

Vzorový protokol pre ultrazvukovú disperziu nanodiamondov

Soľou asistovaná ultrazvuková deagregácia nanodiamondov vo vode:
Zmes 10 g chloridu sodného a 0,250 g nanodiamondového prášku sa krátko ručne rozomelie pomocou porcelánovej malty a paličky a vloží sa do 20 ml sklenenej injekčnej liekovky spolu s 5 ml DI vody. Pripravená vzorka bola sonikovaná pomocou ultrazvukového prístroja sondového typu po dobu 100 minút pri 60% výstupnom výkone a 50% pracovnom cykle. Po sonikácii sa vzorka rovnomerne rozdelila medzi dve 50 ml plastové skúmavky Falconovej odstredivky a dispergovala sa v destilovanej vode až do celkového objemu 100 ml (2 × 50 ml). Každá vzorka sa potom odstreďovala pomocou Eppendorfovej centrifúgy 5810-R pri 4000 ot./min a 25 °C počas 10 minút a číry supernatant sa zlikvidoval. Mokré ND zrazeniny sa potom znovu rozptýlili v destilovanej vode (celkový objem 100 ml) a druhýkrát sa odstreďovali pri 12000 ot./min a 25 °C počas 1 hodiny. Číry supernatant bol opäť zlikvidovaný a mokré nanodiamondové zrazeniny boli znovu rozptýlené, tentoraz v 5 ml destilovanej vody na charakterizáciu. Štandardný test AgNO3 ukázal úplnú absenciu Cl⁻ v ultrazvukom deagovaných nanodiamondoch s podporou soli sa premyjú destilovanou vodou dvakrát, ako je opísané vyššie. Po odparení vody zo vzoriek sa pozorovala tvorba čiernych pevných nanodiamondových "triesok" s výťažkom ∼200 mg alebo 80% počiatočnej hmotnosti nanodiamondu. (pozri obrázok nižšie)
(porov. Turcheniuk a kol., 2016)

Sušená vzorka ultrazvukom rozptýlených nanodiamondov.
(Štúdia a grafika: ©Turcheniuk et al., 2016)

Vysoko výkonné ultrazvukové prístroje pre disperzie nanodiamondov

Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysoko výkonné ultrazvukové frézovacie a dispergačné zariadenia pre náročné aplikácie, ako je výroba nanodiamondových kaly, leštiacich médií a nanokompozitov. Hielscher ultrasonicators sa používajú na celom svete na dispergovanie nanomateriálov do vodných koloidných suspenzií, polymérov, živíc, povlakov a iných vysoko výkonných materiálov.
Hielscher ultrazvukové dispergátory sú spoľahlivé a efektívne pri spracovaní nízkych až vysokých viskozít. V závislosti od vstupných materiálov a cieľovej konečnej veľkosti častíc je možné intenzitu ultrazvuku presne upraviť pre optimálne výsledky procesu.
Na spracovanie viskóznych pást, nanomateriálov a vysokých koncentrácií tuhých látok musí byť ultrazvukový dispergátor schopný produkovať nepretržite vysoké amplitúdy. Hielscher Ultrasonics’ priemyselné ultrazvukové procesory môžu dodávať veľmi vysoké amplitúdy v nepretržitej prevádzke pri plnom zaťažení. Amplitúdy až do 200 μm je možné ľahko spustiť v prevádzke 24/7. Možnosť prevádzkovať ultrazvukový dispergátor pri vysokých amplitúdach a presne nastaviť amplitúdu je potrebná na prispôsobenie podmienok ultrazvukového procesu pre optimálnu formuláciu vysoko naplnených nano-riedkych zmesí, nano-vystužených polymérnych zmesí a nanokompozitov.
Okrem ultrazvukovej amplitúdy je tlak ďalším veľmi dôležitým parametrom procesu. Pod zvýšeným tlakom sa intenzita ultrazvukovej kavitácie a jej šmykových síl zintenzívňuje. Hielscher ultrazvukové reaktory môžu byť podtlačené, čím sa získajú zintenzívnené výsledky ultrazvukom.
Monitorovanie procesov a zaznamenávanie údajov sú dôležité pre nepretržitú štandardizáciu procesov a kvalitu výrobkov. Pripojiteľné snímače tlaku a teploty sa pripájajú k ultrazvukovému generátoru na monitorovanie a riadenie procesu ultrazvukovej disperzie. Všetky dôležité parametre spracovania, ako je ultrazvuková energia (netto + celkom), teplota, tlak a čas, sa automaticky protokolujú a ukladajú na vstavanú SD kartu. Prístupom k automaticky zaznamenaným procesným údajom môžete revidovať predchádzajúce sonikačné behy a vyhodnotiť výsledky procesu.
Ďalšou užívateľsky prívetivou funkciou je diaľkové ovládanie našich digitálnych ultrazvukových systémov prehliadačom. Pomocou diaľkového ovládania prehliadača môžete spustiť, zastaviť, upraviť a monitorovať ultrazvukový procesor na diaľku odkiaľkoľvek.
Kontaktujte nás teraz a dozviete sa viac o našich vysoko výkonných ultrazvukových homogenizátoroch na frézovanie a nano-disperzie!
Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: