Výkonový ultrazvuk na spracovanie častíc: aplikačné poznámky

Aby sa vlastnosti častíc mohli naplno prejaviť, častice musia byť deaglomerované a rovnomerne dispergované tak, aby bol ich povrch dostupný. Silné ultrazvukové sily sú známe ako spoľahlivý nástroj na dispergovanie a mletie, ktorý rozdrobuje častice na submikrónovú a nanometrovú veľkosť. Sonikácia navyše umožňuje modifikovať a funkcionalizovať častice, napr. pokrývaním nanočastíc kovovou vrstvou.

Nižšie nájdete výber častíc a kvapalín s príslušnými odporúčaniami, ako materiál spracovať pomocou ultrazvukového homogenizátora s cieľom častice mlieť, dispergovať, deaglomerovať alebo modifikovať.

Ako pripraviť prášky a častice pomocou výkonnej sonikácie.

V abecednom poradí:

Aerosil

Ultrazvuková aplikácia:
Disperzie častíc oxidu kremičitého Aerosil OX50 vo vode Millipore (pH 6) boli pripravené dispergovaním 5,0 g prášku v 500 mL vody pomocou ultrazvukového procesora s vysokou intenzitou UP200S (200W; 24kHz). Disperzie oxidu kremičitého boli pripravené v roztoku destilovanej vody (pH = 6) pôsobením ultrazvuku pomocou prístroja UP200S počas 15 min., po ktorých nasledovalo intenzívne miešanie počas 1 h. Na úpravu pH sa použila HCl. Obsah tuhých látok v disperziách bol 0,1% (w/v).
Odporúčaný prístroj:
UP200S
Referencia/vedecká práca:
Licea-Claverie, A.; Schwarz, S.; Steinbach, Ch.; Ponce-Vargas, S. M.; Genest, S. (2013): Kombinácia prírodných a termosenzitívnych polymérov pri flokulácii jemných disperzií oxidu kremičitého. International Journal of Carbohydrate Chemistry 2013.

Al₂O₃–voda: nanokvapaliny

Ultrazvuková aplikácia:
Al₂O₃–voda: tieto nanokvapaliny možno pripraviť nasledujúcim postupom: Najprv odvážte nanočastice Al₂O₃ na digitálnych elektronických váhach. Potom postupne pridávajte nanočastice Al₂O₃ do odváženej destilovanej vody a miešajte zmes Al₂O₃–voda. Zmes nepretržite sonikujte počas 1h pomocou sondového ultrazvukového prístroja UP400S (400W, 24kHz), aby sa dosiahla rovnomerná disperzia nanočastíc v destilovanej vode.
Nanokvapaliny možno pripraviť s rôznymi podielmi častíc (0,1%, 0,5% a 1%). Nie je potrebná žiadna povrchovo aktívna látka ani zmena pH.
Odporúčaný prístroj:
UP400S
Referencia/vedecká práca:
Isfahani, A. H. M.; Heyhat, M. M. (2013): Experimentálna štúdia prúdenia nanokvapalín v mikromodeli ako pórovitom médiu. International Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9/2, 2013. 77–84.

Ultrazvukové dispergovanie oxidu hlinitého (Al2O3) vedie k výraznému zmenšeniu veľkosti častíc a k rovnomernej disperzii.

Častice oxidu kremičitého pokryté böhmitom

Ultrazvuková aplikácia:
Častice oxidu kremičitého sa pokrývajú vrstvou böhmitu: Na získanie dokonale čistého povrchu bez organických látok sa častice zahrejú na 450°C. Po zomletí častíc na rozrušenie aglomerátov sa pripraví vodná suspenzia s obsahom 6 objemových % (≈70 ml) a stabilizuje sa pri pH 9 pridaním troch kvapiek amónneho roztoku. Suspenzia sa potom deaglomeruje pôsobením ultrazvuku pomocou prístroja UP200S pri amplitúde 100% (200 W) počas 5 min. Po zahriatí roztoku na teplotu vyššiu ako 85°C sa pridalo 12,5 g sek-butoxidu hlinitého. Teplota sa udržiava na 85–90°C počas 90 min. a suspenzia sa počas celého postupu mieša magnetickým miešadlom. Potom sa suspenzia nepretržite mieša, kým sa neochladí na teplotu nižšiu ako 40°C. Následne sa hodnota pH upraví na 3 pridaním kyseliny chlorovodíkovej. Bezprostredne potom sa suspenzia sonikuje v ľadovom kúpeli. Prášok sa premýva zriedením a následnou centrifugáciou. Po odstránení supernatantu sa častice sušia v sušiarni pri 120°C. Nakoniec sa častice tepelne spracujú pri 300°C počas 3 hodín.
Odporúčaný prístroj:
UP200S
Referencia/vedecká práca:
Wyss, H. M. (2003): Mikroštruktúra a mechanické správanie koncentrovaných časticových gélov. Dizertačná práca, Švajčiarsky federálny technologický inštitút 2003. s.71.

Syntéza nanokompozitov kadmium(II)–tioacetamid

Ultrazvuková aplikácia:
Nanokompozity kadmium(II)–tioacetamid boli syntetizované sonochemickou cestou v prítomnosti aj neprítomnosti polyvinylalkoholu. Pri sonochemickej syntéze (sonosyntéze) sa 0,532 g dihydrátu octanu kademnatého (Cd(CH3COO)2.2H2O), 0,148 g tioacetamidu (TAA, CH3CSNH2) a 0,664 g jodidu draselného (KI) rozpustilo v 20mL dvakrát destilovanej deionizovanej vody. Tento roztok sa sonikoval vysokovýkonným sondovým ultrazvukovým prístrojom UP400S (24 kHz, 400W) pri izbovej teplote počas 1 h. Počas sonikácie reakčnej zmesi sa teplota zvýšila na 70–80degC, ako sa zistilo meraním termočlánkom železo–konštantán. Po jednej hodine sa vytvorila jasnožltá zrazenina. Izolovala sa centrifugáciou (4 000 rpm, 15 min), premyla sa dvakrát destilovanou vodou a potom absolútnym etanolom na odstránenie zvyškových nečistôt a nakoniec sa vysušila na vzduchu (výťažok: 0,915 g, 68%). Teplota rozkladu 200°C. Na prípravu polymérneho nanokompozitu sa 1,992 g polyvinylalkoholu rozpustilo v 20 mL dvakrát destilovanej deionizovanej vody a potom sa pridalo do vyššie uvedeného roztoku. Táto zmes sa ožarovala ultrazvukom pomocou prístroja UP400S počas 1 h, pričom sa vytvoril jasne oranžový produkt.
Výsledky SEM preukázali, že v prítomnosti PVA sa veľkosť častíc znížila z približne 38 nm na 25 nm. Potom sme syntetizovali hexagonálne nanočastice CdS so sférickou morfológiou tepelným rozkladom polymérneho nanokompozitu kadmium(II)–tioacetamid/PVA ako prekurzora. Veľkosť nanočastíc CdS sa merala pomocou XRD aj SEM a výsledky sa navzájom veľmi dobre zhodovali.
Ranjbar a kol. (2013) tiež zistili, že polymérny nanokompozit Cd(II) je vhodným prekurzorom na prípravu nanočastíc sulfidu kademnatého so zaujímavými morfológiami. Všetky výsledky ukázali, že ultrazvukovú syntézu možno úspešne využiť ako jednoduchú, účinnú, nízkonákladovú, ekologickú a veľmi sľubnú metódu syntézy materiálov v nanometrovej mierke bez potreby osobitných podmienok, ako sú vysoká teplota, dlhé reakčné časy a vysoký tlak.
Odporúčané zariadenie:
UP400S
Referencia/vedecká práca:
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013): Syntéza a charakterizácia nanokompozitov kadmia-tioacetamidu. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203-212.

CaCO₃

Ultrazvuková aplikácia:
Ultrazvukové pokrývanie nanozrážaného CaCO₃ (NPCC) kyselinou stearovou sa uskutočnilo s cieľom zlepšiť jeho dispergovanie v polyméri a znížiť aglomeráciu. 2g nepokrytého nanozrážaného CaCO₃ (NPCC) sa sonikovali prístrojom UP400S v 30ml etanolu. V etanole sa rozpustilo 9 wt% kyseliny stearovej. Etanol s kyselinou stearovou sa potom zmiešal so sonikovanou suspenziou.
Odporúčané zariadenie:
UP400S so sonotródou s priemerom 22mm (H22D) a prietokovou celou s chladiacim plášťom
Referencia/vedecká práca:
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, AR (2009): Účinky ultrazvuku pri poťahovaní nano-vyzrážaného CaCO3 kyselinou stearovou. Ázijsko-tichomorský časopis chemického inžinierstva 4/5, 2009. 807-813.

Nanokryštály celulózy

Ultrazvuková aplikácia:
Nanokryštály celulózy (CNC) pripravené z eukalyptovej celulózy CNC: Nanokryštály celulózy pripravené z eukalyptovej celulózy sa modifikovali reakciou s metyladipoylchloridom, CNCm, alebo so zmesou kyseliny octovej a sírovej, CNCa. Preto sa lyofilizované CNC, CNCm a CNCa opätovne dispergovali v čistých rozpúšťadlách (EA, THF alebo DMF) pri koncentrácii 0,1 wt% miešaním magnetickým miešadlom cez noc pri 24 ± 1 degC, po ktorom nasledovala 20 min. sonikácia pomocou sondového ultrazvukového prístroja UP100H. Sonikácia sa vykonávala s intenzitou 130 W/cm² pri teplote 24 ± 1 degC. Potom sa do disperzie CNC pridal CAB tak, aby konečná koncentrácia polyméru bola 0,9 wt%.
Odporúčané zariadenie:
UP100H
Referencia/vedecká práca:
Blachechen, L. S.; de Mesquita, J. P.; de Paula, E. L.; Pereira, F. V.; Petri, D. F. S. (2013): Vzájomné pôsobenie koloidnej stability nanokryštálov celulózy a ich dispergovateľnosti v matrici z acetátbutyrátu celulózy. Cellulose 20/3, 2013. 1329-1342.

Silán dopovaný dusičnanom céru

Ultrazvuková aplikácia:
Ako kovové substráty sa použili panely z uhlíkovej ocele valcovanej za studena (6,5cm 6,5cm 0,3cm; chemicky vyčistené a mechanicky vyleštené). Pred nanesením povlaku sa panely ultrazvukovo vyčistili v acetóne a potom sa 10 min čistili alkalickým roztokom (roztok NaOH s koncentráciou 0,3molL 1) pri 60°C. Na použitie ako základný náter pred predúpravou substrátu sa bežná formulácia obsahujúca 50 dielov γ-glycidoxypropyltrimetoxysilánu (γ-GPS) zriedila približne 950 dielmi metanolu pri pH 4,5 (upravenom kyselinou octovou) a nechala sa prebehnúť hydrolýza silánu. Postup prípravy silánu dopovaného pigmentmi na báze dusičnanu céru bol rovnaký, ibaže pred pridaním (γ-GPS) sa do metanolového roztoku pridalo 1, 2, 3 hmotn.% dusičnanu céru a tento roztok sa potom miešal vrtuľovým miešadlom pri 1600 rpm počas 30 min. pri izbovej teplote. Disperzie obsahujúce dusičnan céru sa potom sonikovali počas 30 min pri 40°C s použitím externého chladiaceho kúpeľa. Ultrazvukové spracovanie sa vykonalo pomocou ultrazvukového prístroja UIP1000hd (1000W, 20 kHz) s privádzaným ultrazvukovým výkonom približne 1 W/mL. Predúprava substrátu sa vykonala oplachovaním každého panela príslušným silánovým roztokom počas 100 s. Po ošetrení sa panely nechali schnúť pri izbovej teplote počas 24 h a potom sa na predpripravené panely naniesol dvojzložkový epoxidový náter vytvrdzovaný amínom. (Epon 828, shell Co.) tak, aby hrúbka mokrého filmu bola 90μm. Panely s epoxidovým povlakom sa nechali vytvrdzovať počas 1h pri 115°C; po vytvrdení epoxidových povlakov bola hrúbka suchého filmu približne 60μm.
Odporúčané zariadenie:
UIP1000hd
Referencia/vedecká práca:
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013): Elektrochemické účinky silánových predúprav obsahujúcich dusičnan céru na vlastnosti katódového oddeľovania epoxidového povlaku od ocele. Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013. 2411–2420.

Íl: dispergovanie/frakcionácia

Ultrazvuková aplikácia:
Frakcionácia podľa veľkosti častíc: Na izoláciu častíc < 1 μm od častíc s veľkosťou 1–2 μm sa častice ílovej veľkosti (< 2 μm) separovali v ultrazvukovom poli a následným použitím rôznych sedimentačných rýchlostí.
Častice ílovej veľkosti (< 2 μm) sa separovali ultrazvukovým spracovaním s prívodom energie 300 J mL^-1 (1 min.) pomocou sondového ultrazvukového dezintegrátora UP200S (200W, 24kHz) vybaveného sonotródou S7 s priemerom 7 mm. Po pôsobení ultrazvuku sa vzorka centrifugovala pri 110 x g (1000 rpm) počas 3 min. Usadená fáza (zvyšok po frakcionácii) sa následne použila pri hustotnej frakcionácii na izoláciu frakcií s nízkou hustotou a získaná plávajúca fáza (frakcia < 2 μm) sa preniesla do ďalšej centrifugačnej skúmavky a centrifugovala pri 440 x g (2000 rpm) počas 10 min., aby sa oddelila frakcia < 1 μm (supernatant) od frakcie 1–2 μm (sediment). Supernatant obsahujúci frakciu < 1 μm sa preniesol do ďalšej centrifugačnej skúmavky a po pridaní 1 mL MgSO₄ sa centrifugoval pri 1410 x g (4000 rpm) počas 10 min, aby sa zvyšná voda mohla dekantovať.
Aby sa zabránilo prehriatiu vzorky, postup sa zopakoval 15-krát.
Odporúčané zariadenie:
UP200S so S7 alebo UP200St so S26d7
Referencia/vedecká práca:
Jakubowska, J. (2007): Vplyv typu závlahovej vody na frakcie pôdnej organickej hmoty (SOM) a ich interakcie s hydrofóbnymi zlúčeninami. Dizertačná práca, Martin-Luther University Halle-Wittenberg 2007.

Íl: exfoliácia anorganického ílu

Ultrazvuková aplikácia:
Anorganický íl sa exfolioval na prípravu nanokompozitov na báze pululánu pre náterovú disperziu. Na tento účel sa stanovené množstvo pululánu (4 hmotn. % na mokrej báze) rozpustilo vo vode pri 25degC počas 1 h za mierneho miešania (500 rpm). Súčasne sa práškový íl v množstve od 0,2 do 3,0 hmotn. % dispergoval vo vode za intenzívneho miešania (1000 rpm) počas 15 minút. Výsledná disperzia sa ošetrila ultrazvukom pomocou ultrazvukového prístroja UP400S (výkon_max = 400 W; frekvencia = 24 kHz) vybaveného titánovou sonotródou H14, priemer hrotu 14 mm, amplitúda_max = 125 μm; povrchová intenzita = 105 Wcm^-2) za nasledujúcich podmienok: 0,5 cyklu a 50% amplitúda. Trvanie ultrazvukového ošetrenia sa menilo podľa experimentálneho plánu. Organický roztok pululánu a anorganická disperzia sa potom zmiešavali za mierneho miešania (500 rpm) počas ďalších 90 minút. Po zmiešaní koncentrácie oboch zložiek zodpovedali pomeru anorganickej a organickej zložky (I/O) v rozsahu od 0,05 do 0,75. Distribúcia veľkosti častíc vo vodnej disperzii ílov Na⁺-MMT pred ultrazvukovým ošetrením a po ňom sa vyhodnotila pomocou analyzátora nanočastíc IKO-Sizer CC-1.
Pri stanovenom množstve ílu sa ako najúčinnejší čas sonikácie ukázalo 15 minút, zatiaľ čo dlhšie ultrazvukové ošetrenie zvyšuje hodnotu P’O₂ (v dôsledku reaglomerácie), ktorá pri najdlhšom čase sonikácie (45 min) opäť klesá, pravdepodobne v dôsledku fragmentácie doštičiek aj taktoidov.
Podľa experimentálneho usporiadania použitého v dizertačnej práci Introzzi sa pre 15-minútové ošetrenie vypočítal merný energetický výstup 725 Ws mL^-1 , zatiaľ čo predĺžený čas ultrazvukového ošetrenia 45 minút viedol k mernej spotrebe energie 2060 Ws mL^-1. To by umožnilo ušetriť pomerne veľké množstvo energie počas celého procesu, čo sa napokon prejaví vo výsledných nákladoch na spracovanie.
Odporúčaný prístroj:
UP400S so sonotródou H14
Referencia/vedecká práca:
Introzzi, L. (2012): Vývoj vysokovýkonných biopolymérnych povlakov na použitie v obaloch na potraviny. Dizertačná práca, University of Milano 2012.

Vodivý atrament

Ultrazvuková aplikácia:
Vodivý atrament sa pripravil dispergovaním častíc Cu+C a Cu+CNT s dispergačnými činidlami v zmesovom rozpúšťadle (publikácia IV). Dispergačnými činidlami boli tri vysokomolekulové dispergačné činidlá, DISPERBYK-190, DISPERBYK-198 a DISPERBYK-2012, od spoločnosti BYK Chemie GmbH, určené na vodné disperzie sadzového pigmentu. Ako hlavné rozpúšťadlo sa použila deionizovaná voda (DIW). Ako pomocné rozpúšťadlá sa použili monometyléter etylénglykolu (EGME) (Sigma-Aldrich), monobutyléter etylénglykolu (EGBE) (Merck) a n-propanol (Honeywell Riedel-de Haen).
Zmiešaná suspenzia sa sonikovala 10 minút v ľadovom kúpeli pomocou ultrazvukového procesora UP400S . Potom sa suspenzia nechala hodinu sedimentovať a následne sa dekantovala. Pred rotačným nanášaním alebo tlačou sa suspenzia sonikovala v ultrazvukovom kúpeli počas 10 min.
Odporúčaný prístroj:
UP400S
Referencia/vedecká práca:
Forsman, J. (2013): Výroba nanočastíc Co, Ni a Cu redukciou vodíkom. Dizertačná práca, VTT Finland 2013.

Ultrazvukové ošetrenie je vysoko účinné pri zmenšovaní veľkosti častíc a dispergovaní pigmentov v atramente pre atramentovú tlač.

Ftalocyanín medi

Ultrazvuková aplikácia:
Rozklad metaloftalocyanínov
Ftalocyanín medi (CuPc) sa sonikuje s vodou a organickými rozpúšťadlami pri teplote okolia a atmosférickom tlaku v prítomnosti oxidačného činidla ako katalyzátora pomocou 500W ultrazvukového prístroja UIP500hd s prietokovou komorou. Intenzita sonikácie: 37–59 W/cm², zmes vzorky: 5 mL vzorky (100 mg/L), 50 D/D vody s chloroformom a pyridínom pri 60% ultrazvukovej amplitúde. Reakčná teplota: 20°C pri atmosférickom tlaku.
Miera rozkladu až 95% počas 50 min. sonikácie.
Odporúčaný prístroj:
UIP500hd

Dibutyrylchitín (DBCH)

Ultrazvuková aplikácia:
Dlhé polymérne makromolekuly možno štiepiť ultrazvukom. Ultrazvukom podporované znižovanie molárnej hmotnosti umožňuje vyhnúť sa nežiaducim vedľajším reakciám alebo oddeľovaniu vedľajších produktov. Predpokladá sa, že ultrazvuková degradácia je na rozdiel od chemického alebo tepelného rozkladu nenáhodný proces, pri ktorom dochádza k štiepeniu približne v strede molekuly. Z tohto dôvodu väčšie makromolekuly degradujú rýchlejšie.
Experimenty sa uskutočnili pomocou ultrazvukového generátora UP200S vybaveného sonotródou S2. Príkon pri ultrazvukovom spracovaní bol nastavený na 150 W. Použili sa roztoky dibutyrylchitínu v dimetylacetamide s koncentráciou dibutyrylchitínu 0,3 g/100 cm3 a objemom 25 cm3. Sonotróda (ultrazvuková sonda / nadstavec) bola ponorená do roztoku polyméru 30 mm pod hladinu. Roztok bol umiestnený do termostatovaného vodného kúpeľa udržiavaného pri 25°C. Každý roztok bol vystavený pôsobeniu ultrazvuku počas vopred stanoveného časového intervalu. Po tomto čase sa roztok zriedil 3-krát a analyzoval pomocou vylučovacej chromatografie.
Uvedené výsledky naznačujú, že dibutyrylchitín nepodlieha deštrukcii pôsobením výkonového ultrazvuku, ale dochádza k degradácii polyméru, ktorá sa chápe ako riadená sonochemická reakcia. Ultrazvuk sa preto môže použiť na zníženie priemernej molárnej hmotnosti dibutyrylchitínu a to isté platí aj pre pomer hmotnostne priemernej k číselne priemernej molárnej hmotnosti. Pozorované zmeny sa zosilňujú so zvyšovaním ultrazvukového výkonu a predlžovaním sonikácie. Za skúmaných podmienok sonikácie mala na rozsah degradácie DBCH významný vplyv aj východisková molárna hmotnosť: čím vyššia bola počiatočná molárna hmotnosť, tým väčší bol stupeň degradácie.
Odporúčané zariadenie:
UP200S
Referencia / vedecká práca:
Szumilewicz, J.; Pabin-Szafko, B. (2006): Ultrasonic Degradation of Dibuyrylchitin. Polish Chitin Society, Monograph XI, 2006. 123–128.

Ferocénový prášok

Ultrazvuková aplikácia:
Sonochemický postup prípravy SWNCNTs: Prášok oxidu kremičitého (priemer 2–5 mm) sa pridáva do roztoku 0,01 mol% ferocénu v p-xyléne a následne sa sonikuje pomocou UP200S vybaveného sondou s titánovým hrotom (sonotróda S14). Ultrazvukové spracovanie prebiehalo 20 min. pri izbovej teplote a atmosférickom tlaku. Ultrazvukom podporovanou syntézou sa na povrchu prášku oxidu kremičitého vytvorili vysokočisté SWCNTs.
Odporúčané zariadenie:
UP200S s ultrazvukovou sondou S14
Referencia / vedecká práca:
Srinivasan C.(2005): A SOUND method for synthesis of single-walled carbon nanotubes under ambient conditions. Current Science 88/ 1, 2005. 12–13.

Popolček / metakaolinit

Ultrazvuková aplikácia:
Skúška lúhovania: K 50g pevnej vzorky sa pridalo 100mL lúhovacieho roztoku. Intenzita sonikácie: max. 85 W/cm² pomocou UP200S vo vodnom kúpeli pri 20°C.
Geopolymerizácia: Suspenzia sa na účely geopolymerizácie miešala ultrazvukovým homogenizátorom UP200S . Intenzita sonikácie bola max. 85 W/cm². Na zabezpečenie chladenia prebiehala sonikácia v kúpeli s ľadovou vodou.
Použitie výkonového ultrazvuku pri geopolymerizácii vedie k zvýšeniu pevnosti vytvorených geopolymérov v tlaku a k rastu pevnosti pri predlžovaní sonikácie až do určitého času. Ultrazvukové spracovanie zlepšilo rozpúšťanie metakaolinitu a popolčeka v alkalických roztokoch, keďže sa do gélovej fázy uvoľnilo viac Al a Si na polykondenzáciu.
Odporúčané zariadenie:
UP200S
Referencia / vedecká práca:
Feng, D.; Tan, H.; van Deventer, J. S. J. (2004): Ultrasound enhanced geopolymerisation. Journal of Materials Science 39/2, 2004. 571–580

Grafén

Ultrazvuková aplikácia:
Čisté grafénové vrstvy možno vyrábať vo veľkých množstvách, ako ukázala práca Stengla a kol. (2011) pri výrobe nestechiometrického nanokompozitu TiO₂ a grafénu tepelnou hydrolýzou suspenzie s grafénovými nanovrstvami a peroxokomplexom titánu. Čisté grafénové nanovrstvy sa vyrobili z prírodného grafitu pôsobením výkonového ultrazvuku pomocou 1000W ultrazvukového procesora UIP1000hd vo vysokotlakovej komore ultrazvukového reaktora pri tlaku 5 barg. Získané grafénové vrstvy sa vyznačujú veľkým merným povrchom a jedinečnými elektronickými vlastnosťami. Výskumníci tvrdia, že kvalita ultrazvukovo pripraveného grafénu je oveľa vyššia ako kvalita grafénu získaného Hummerovou metódou, pri ktorej sa grafit exfoliuje a oxiduje. Keďže fyzikálne podmienky v ultrazvukovom reaktore možno presne regulovať a za predpokladu, že koncentrácia grafénu ako dopantu sa bude pohybovať v rozsahu 1 – 0,001%, je možná výroba grafénu v kontinuálnom systéme v komerčnom meradle.
Odporúčaný prístroj:
UIP1000hd
Referencia/vedecká práca:
Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): Nanokompozit TiO2-grafén ako vysokoúčinné fotokatalyzátory. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. s. 25209–25218.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovej výrobe a príprave grafénu!

Oxid grafénu

Použitie ultrazvuku:
Vrstvy oxidu grafénu (GO) boli pripravené nasledujúcim postupom: 25mg práškového oxidu grafénu sa pridalo do 200 ml deionizovanej vody. Miešaním sa získala nehomogénna hnedá suspenzia. Výsledné suspenzie sa sonikovali (30 min, 1,3 × 105J) a po vysušení (pri 373 K) sa získal ultrazvukovo upravený oxid grafénu. FTIR spektroskopia ukázala, že ultrazvuková úprava nezmenila funkčné skupiny oxidu grafénu.
Odporúčaný prístroj:
UP400S
Referencia/vedecká práca:
Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): Vplyv tepelnej a ultrazvukovej úpravy na tvorbu nanovrstiev oxidu grafénu. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. s. 1097–1102.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovej exfoliácii a príprave grafénu!

Polymérne nanočastice s vlasovitým povrchom získané degradáciou poly(vinylalkoholu)

Použitie ultrazvuku:
Jednoduchý jednokrokový postup založený na sonochemickej degradácii vo vode rozpustných polymérov vo vodnom roztoku v prítomnosti hydrofóbneho monoméru vedie k funkčným polymérnym časticiam s vlasovitým povrchom v sére bez rezíduí. Všetky polymerizácie sa uskutočnili v dvojplášťovom sklenenom reaktore s objemom 250 mL, vybavenom usmerňovacími prepážkami, snímačom teploty, magnetickým miešadielkom a prístrojom Hielscher US200S na ultrazvukové spracovanie (200 W, 24 kHz) vybaveným titánovou sonotródou S14 (priemer = 14 mm, dĺžka = 100 mm).
Roztok poly(vinylalkoholu) (PVOH) sa pripravil rozpustením presného množstva PVOH vo vode počas noci pri 50°C za intenzívneho miešania. Pred polymerizáciou sa roztok PVOH umiestnil do reaktora a teplota sa upravila na požadovanú reakčnú teplotu. Roztok PVOH a monomér sa oddelene prebublávali argónom počas 1 hodiny. Požadované množstvo monoméru sa po kvapkách pridalo do roztoku PVOH za intenzívneho miešania. Následne sa ukončilo prebublávanie kvapaliny argónom a spustila sa sonikácia pomocou UP200S pri amplitúde 80%. Tu treba poznamenať, že použitie argónu má dva účely: (1) odstránenie kyslíka a (2) je potrebný na vytváranie ultrazvukovej kavitácie. Nepretržitý tok argónu by teda v zásade bol pre polymerizáciu prospešný, dochádzalo však k nadmernému peneniu; tu použitý postup tomuto problému zabránil a postačoval na účinnú polymerizáciu. Vzorky sa odoberali v pravidelných intervaloch na sledovanie konverzie gravimetricky, distribúcie molekulových hmotností a/alebo distribúcie veľkostí častíc.
Odporúčaný prístroj:
US200S
Referencia/vedecká práca:
Smeets, N. M. B.; E-Rramdani, M.; Van Hal, R. C. F.; Gomes Santana, S.; Quéléver, K.; Meuldijk, J.; Van Herk, JA. M.; Heuts, J. P. A. (2010): Jednoduchý jednokrokový sonochemický postup na získanie funkčných polymérnych nanočastíc s vlasovitým povrchom. Soft Matter, 6, 2010. 2392–2395.

HiPco-SWCNTs

Použitie ultrazvuku:
Dispergovanie HiPco-SWCNT pomocou UP400S: V 5 mL liekovke sa 0,5 mg oxidovaných HiPcoTM SWCNT (0,04 mmol uhlíka) suspendovalo v 2 mL deionizovanej vody pomocou ultrazvukového procesora UP400S za vzniku čiernej suspenzie (0,25 mg/mL SWCNT). Do tejto suspenzie sa pridalo 1,4 μL roztoku PDDA (20 wt./%, molekulová hmotnosť = 100 000–200 000) a zmes sa miešala na vortexovom miešadle 2 minúty. Po ďalšej sonikácii vo vodnom kúpeli počas 5 minút sa suspenzia nanorúrok centrifugovala pri 5000g počas 10 minút. Supernatant sa odobral na merania AFM a následne sa funkcionalizoval pomocou siRNA.
Odporúčané zariadenie:
UP400S
Referencia/vedecká publikácia:
Jung, A. (2007): Funkčné materiály na báze uhlíkových nanorúrok. Dizertačná práca Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

Hydroxyapatitová biokeramika

Ultrazvuková aplikácia:
Na syntézu nano-HAP sa do malej kadičky vložilo 40 mL roztoku 0,32M Ca(NO₃)² ⋅ 4H₂O. Hodnota pH roztoku sa potom upravila na 9,0 pomocou približne 2,5 mL hydroxidu amónneho. Roztok sa následne sonikoval ultrazvukovým procesorom UP50H (50 W, 30 kHz) vybaveným sonotródou MS7 (priemer ultrazvukového hrotu 7mm), nastaveným na maximálnu amplitúdu 100% počas 1 hodiny. Na konci prvej hodiny sa do prvého roztoku začalo pomaly po kvapkách pridávať 60 mL roztoku 0,19M [KH₂PO₄], pričom pôsobenie ultrazvuku pokračovalo druhú hodinu. Počas miešania sa hodnota pH kontrolovala a udržiavala na 9, zatiaľ čo pomer Ca/P sa udržiaval na 1,67. Roztok sa potom prefiltroval pomocou centrifugácie (~2000 g), po ktorej sa výsledná biela zrazenina rozdelila na viacero vzoriek na tepelné spracovanie. Vytvorili sa dve súpravy vzoriek, pričom prvá pozostávala z dvanástich vzoriek na tepelné spracovanie v rúrkovej peci a druhá z piatich vzoriek na mikrovlnné spracovanie
Odporúčané zariadenie:
UP50H
Referencia/vedecká publikácia:
Poinern, G. J. E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D.(2011): Vplyv tepla a ultrazvuku na tvorbu hydroxyapatitovej biokeramiky v nanometrovej mierke. International Journal of Nanomedicine 6, 2011. 2083–2095.

Hydroxyapatit vápenatý so zmenšenou veľkosťou častíc a dispergovaný pomocou ultrazvuku

Anorganické nanočastice WS₂ podobné fullerénom

Ultrazvuková aplikácia:
Pôsobenie ultrazvuku počas elektrolytického vylučovania anorganických nanočastíc WS₂ podobných fullerénom (IF) v niklovej matrici vedie k vytvoreniu rovnomernejšieho a kompaktnejšieho povlaku. Použitie ultrazvuku má navyše významný vplyv na hmotnostný podiel častíc zabudovaných do kovového povlaku. Hmotnostný podiel častíc IF-WS₂ v niklovej matrici sa tak zvyšuje zo 4,5 wt.% (vo vrstvách vytvorených iba za mechanického miešania) na približne 7 wt.% (vo vrstvách pripravených pri sonikácii s intenzitou ultrazvuku 30 W cm^-2 ).
Nanokompozitné povlaky Ni/IF-WS₂ sa elektrolyticky vylučovali zo štandardného Wattsovho niklovacieho kúpeľa, do ktorého sa pridali nanočastice technickej kvality IF-WS₂ (anorganické fullerény-WS₂).
Na experiment sa IF-WS₂ pridal do Wattsových niklovacích elektrolytov a suspenzie sa pred experimentmi so spoluvylučovaním intenzívne miešali magnetickým miešadlom (300 rpm) najmenej 24 h pri izbovej teplote. Bezprostredne pred elektrolytickým vylučovaním sa suspenzie podrobili 10 min. ultrazvukovej predúprave, aby sa zabránilo aglomerácii. Na pôsobenie ultrazvuku sa použil UP200S sondový ultrazvukový prístroj so sonotródou S14 (priemer hrotu 14 mm), nastavený na amplitúdu 55%.
Na experimenty so spoluvylučovaním sa použili valcovité sklenené cely s objemom 200 mL. Povlaky sa vylučovali na plochých katódach z komerčne dostupnej nízkouhlíkovej ocele (trieda St37) s plochou 3cm². Anódou bola fólia z čistého niklu (3cm²) umiestnená na boku nádoby oproti katóde. Vzdialenosť medzi anódou a katódou bola 4cm. Substráty sa odmastili, opláchli v studenej destilovanej vode, aktivovali v 15% roztoku HCl (1 min.) a opäť opláchli v destilovanej vode. Elektrolytické spoluvylučovanie sa uskutočňovalo pri konštantnej prúdovej hustote 5,0 A dm^-2 počas 1 h pomocou zdroja jednosmerného prúdu (5 A/30 V, BLAUSONIC FA-350). Na udržanie rovnomernej koncentrácie častíc v celom objeme roztoku sa počas elektrolytického vylučovania použili dva spôsoby miešania: mechanické miešanie magnetickým miešadlom (ω = 300 rpm) umiestneným na dne cely a sonikácia pomocou sondového ultrazvukového zariadenia UP200S. Ultrazvuková sonda (sonotróda) sa ponorila priamo do roztoku zhora a presne sa umiestnila medzi pracovnú elektródu a protielektródu tak, aby nedochádzalo k tieneniu. Intenzita ultrazvuku privádzaného do elektrochemického systému sa menila reguláciou amplitúdy ultrazvuku. V tejto štúdii sa amplitúda kmitania nastavila na 25, 55 a 75% v kontinuálnom režime, čo zodpovedalo intenzite ultrazvuku 20, 30 a 40 W cm^-2 v uvedenom poradí, meranej procesorom pripojeným k meraču ultrazvukového výkonu (Hielscher Ultrasonics). Teplota elektrolytu sa pomocou termostatu udržiavala na 55◦C. Teplota sa merala pred každým experimentom a po ňom. Zvýšenie teploty spôsobené ultrazvukovou energiou nepresiahlo 2–4◦C. Po elektrolýze sa vzorky ultrazvukovo čistili v etanole počas 1 min., aby sa z povrchu odstránili slabo adsorbované častice.
Odporúčané zariadenie:
UP200S s ultrazvukovým nadstavcom / sonotródu S14
Referencia / vedecká publikácia:
García-Lecina, E.; García-Urrutia, I.; Díeza, J.A.; Fornell, B.; Pellicer, E.; Sort, J. (2013): Kódovanie anorganických fullerénu podobných nanočastíc WS2 v elektrolyticky nanesenej niklovej matrici pod vplyvom ultrazvukového miešania. Electrochimica Acta 114, 2013. 859-867.

Syntéza latexu

Ultrazvuková aplikácia:
Príprava latexu P(St-BA)
Latexové častice P(St-BA) poly(styrén-r-butylakrylátu) P(St-BA) sa syntetizovali emulznou polymerizáciou v prítomnosti povrchovo aktívnej látky DBSA. Najprv sa v trojhrdlej banke rozpustil 1 g DBSA v 100 mL vody a hodnota pH roztoku sa upravila na 2,0. Zmes monomérov 2,80 g St a 8,40 g BA s iniciátorom AIBN (0,168 g) sa naliala do roztoku DBSA. Emulzia O/W sa pripravila magnetickým miešaním počas 1 h, po ktorom nasledovala sonikácia pomocou zariadenia UIP1000hd vybaveného ultrazvukovým nadstavcom (sondou / sonotródou) počas ďalších 30 min v ľadovom kúpeli. Nakoniec sa polymerizácia uskutočnila pri 90degC v olejovom kúpeli počas 2 h v dusíkovej atmosfére.
Odporúčané zariadenie:
UIP1000hd
Referencia / vedecká publikácia:
Výroba pružných vodivých filmov odvodených od poly(3,4-etyléndioxytiofén)epoly(kyselina styrénsulfónová) (PEDOT:PSS) na substráte z netkaných textílií. Materiálová chémia a fyzika 143, 2013. 143-148.
Kliknite sem a prečítajte si viac o sonosyntéze latexu!

Odstraňovanie olova (sonolúhovanie)

Ultrazvuková aplikácia:
Ultrazvukové lúhovanie olova z kontaminovanej pôdy:
Experimenty s ultrazvukovým lúhovaním sa uskutočnili pomocou ultrazvukového zariadenia UP400S s titánovou ultrazvukovou sondou (priemer 14mm), ktoré pracuje pri frekvencii 20kHz. Ultrazvuková sonda (sonotróda) sa kalorimetricky kalibrovala, pričom intenzita ultrazvuku bola nastavená na 51 ± 0,4 W cm^-2 pri všetkých experimentoch so sonolúhovaním. Experimenty so sonolúhovaním sa termostatovali pomocou sklenenej cely s plochým dnom a temperačným plášťom pri 25 ± 1°C. Ako roztoky na lúhovanie pôdy (0,1L) pri sonikácii sa použili tri systémy: 6 mL 0,3 mol L^-2 roztoku kyseliny octovej (pH 3,24), 3% (v/v) roztok kyseliny dusičnej (pH 0,17) a tlmivý roztok kyseliny octovej a octanu (pH 4,79) pripravený zmiešaním 60mL 0,3 mol L^-1 kyseliny octovej s 19 mL 0,5 mol L^-1 NaOH. Po procese ultrazvukového lúhovania sa vzorky prefiltrovali cez filtračný papier, aby sa výluh oddelil od pôdy, po čom nasledovalo elektrolytické vylučovanie olova z výluhu a rozklad pôdy po aplikácii ultrazvuku.
Preukázalo sa, že ultrazvuk je cenným nástrojom na zlepšenie vylúhovania olova zo znečistenej pôdy. Ultrazvuk je tiež účinnou metódou na takmer úplné odstránenie vylúhovateľného olova z pôdy, čím sa dosiahne podstatne menej nebezpečná pôda.
Odporúčané zariadenie:
UP400S so sonotródou H14
Referencia / vedecká publikácia:
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007): Ultrazvukové lúhovanie a elektrochemické ošetrenie v kombinácii s pôdou na odstraňovanie olova. Časopis nových materiálov pre elektrochemické systémy 10, 2007. 195-199.

Príprava suspenzií nanočastíc

Použitie ultrazvuku:
Na prípravu suspenzií nanočastíc sa použili prášky nepovlakovaných nTiO2 (5nm podľa transmisnej elektrónovej mikroskopie (TEM)) a nZnO (20nm podľa TEM) a polymérom povlakovaných nTiO2 (3–4nm podľa TEM) a nZnO (3–9nm podľa TEM). Kryštalickou formou nanočastíc bol v prípade nTiO2 anatas a v prípade nZnO amorfná forma.
Do kadičky s objemom 250mL obsahujúcej niekoľko kvapiek deionizovanej (DI) vody sa navážilo 0,1 g prášku nanočastíc. Nanočastice sa potom premiešali špachtľou z nehrdzavejúcej ocele, kadička sa doplnila DI vodou na objem 200 mL, obsah sa premiešal a následne sa sonikoval 60 sekúnd pri 90% amplitúde pomocou ultrazvukového procesora od spoločnosti Hielscher UP200S , čím sa získala zásobná suspenzia s koncentráciou 0,5 g/L. Všetky zásobné suspenzie sa uchovávali najviac dva dni pri 4°C.
Odporúčané zariadenie:
UP200S alebo UP200St
Referencia / vedecká publikácia:
Petosa, A. R. (2013): Transport, depozícia a agregácia nanočastíc oxidov kovov v nasýtených zrnitých poréznych médiách: úloha chémie vody, povrchu kolektora a povlaku častíc. Dizertačná práca McGill University Montreal, Quebec, Kanada 2013. 111-153.
Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukovom dispergovaní nanočastíc!

Zrážanie nanočastíc magnetitu

Použitie ultrazvuku:
Nanočastice magnetitu (Fe₃O₄) sa vyrábajú spoluzrážaním vodného roztoku hexahydrátu chloridu železitého a heptahydrátu síranu železnatého s molárnym pomerom Fe3+/Fe2+ = 2:1. Roztok železa sa zráža koncentrovaným hydroxidom amónnym, resp. hydroxidom sodným. Zrážacia reakcia prebieha za pôsobenia ultrazvuku, pričom sa reaktanty privádzajú cez kavitačnú zónu v komore ultrazvukového prietokového reaktora. Aby sa zabránilo akémukoľvek gradientu pH, zrážadlo sa musí čerpať v nadbytku. Distribúcia veľkosti častíc magnetitu sa merala pomocou fotónovej korelačnej spektroskopie. Miešanie vyvolané ultrazvukom znižuje strednú veľkosť častíc z 12–14 nm až na približne 5–6 nm.
Odporúčané zariadenie:
UIP1000hd s prietokovým reaktorom
Referencia / vedecká publikácia:
Banert, T.; Horst, C.; Kunz, U., Peuker, U. A. (2004): Kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen-(II,III) Oxid. ICVT, TU-Clausthal. Poster prezentovaný na výročnom zasadnutí GVC 2004.
Banert, T.; Brenner, G.; Peuker, U. A. (2006): Prevádzkové parametre kontinuálneho sono-chemického zrážacieho reaktora. Proc. 5. WCPT, Orlando Fl., 23.-27. Apríl 2006.
Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukovom zrážaní!

Niklové prášky

Použitie ultrazvuku:
Príprava suspenzie práškov Ni s polyelektrolytom pri zásaditom pH (na zabránenie rozpúšťaniu a podporu tvorby foriem obohatených o NiO na povrchu), polyelektrolytom na akrylovej báze a hydroxidom tetrametylamónnym (TMAH).
Odporúčané zariadenie:
UP200S
Referencia / vedecká publikácia:
Mora, M.; Lennikov, V.; Amaveda, H.; Angurel, L. A.; de la Fuente, G. F.; Bona, M. T.; Starosta, C.; Andres, J. M.; Sanchez-Herencia, J. (2009): Výroba supravodivých náterov na štrukturálnych keramických dlaždiciach. Aplikovaná supravodivosť 19/3, 2009. 3041-3044.

PbS – syntéza nanočastíc sulfidu olovnatého

Použitie ultrazvuku:
Pri izbovej teplote sa 0,151 g octanu olovnatého (Pb(CH3COO)2.3H2O) a 0,03 g TAA (CH3CSNH2) pridalo do 5mL iónovej kvapaliny, [EMIM] [EtSO4], a 15mL dvakrát destilovanej vody v kadičke s objemom 50mL a zmes sa vystavila pôsobeniu ultrazvuku pomocou prístroja UP200S počas 7 min. Hrot ultrazvukovej sondy/sonotródy S1 bol ponorený priamo do reakčného roztoku. Vzniknutá tmavohnedá suspenzia sa centrifugovala na oddelenie zrazeniny a dvakrát sa premyla dvakrát destilovanou vodou a etanolom na odstránenie nezreagovaných činidiel. Na preskúmanie vplyvu ultrazvuku na vlastnosti produktov sa pripravila ešte jedna porovnávacia vzorka pri zachovaní rovnakých reakčných parametrov s výnimkou toho, že produkt sa pripravoval za nepretržitého miešania počas 24 h bez pôsobenia ultrazvuku.
Na prípravu nanočastíc PbS bola navrhnutá syntéza za pomoci ultrazvuku vo vodnej iónovej kvapaline pri izbovej teplote. Táto ekologická metóda šetrná k životnému prostrediu, ktorá prebieha pri izbovej teplote, je rýchla a nevyžaduje šablónu, čo výrazne skracuje čas syntézy a umožňuje vyhnúť sa zložitým syntetickým postupom. Takto pripravené nanoklastre vykazujú obrovský modrý posun 3,86 eV, ktorý možno pripísať veľmi malej veľkosti častíc a efektu kvantového obmedzenia.
Odporúčaný prístroj:
UP200S
Referencia/výskumná práca:
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008): Jednoduchá príprava a charakterizácia nanočastíc PbS pri izbovej teplote vo vodnej [EMIM][EtSO4] iónovej kvapaline pomocou ultrazvukového ožarovania. Bulletin of Korean Chemical Society 29/ 1, 2008. 53–56.

Vyčistené nanorúrky

Ultrazvuková aplikácia:
Vyčistené nanorúrky sa potom suspendovali v 1,2-dichlóretáne (DCE) sonikáciou pomocou vysokovýkonného ultrazvukového prístroja UP400S, 400W, 24 kHz) v pulznom režime (cykloch), čím vznikla čierna suspenzia. Zväzky aglomerovaných nanorúrok sa následne odstránili centrifugáciou počas 5 minút pri 5000 rpm.
Odporúčaný prístroj:
UP400S
Referencia/výskumná práca:
Witte, P. (2008): Amfifilné fullerény pre biomedicínske a optoelektronické aplikácie. Dizertačná práca Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2008.

Kompozit SAN/CNTs

Ultrazvuková aplikácia:
Na dispergovanie CNTs v matrici SAN sa použil prístroj Hielscher UIS250V so sonotródou na sondovú sonikáciu. Najprv sa CNTs dispergovali v 50mL destilovanej vody sonikáciou počas približne 30 min. Na stabilizáciu roztoku sa pridal SDS v pomere ~1% roztoku. Potom sa získaná vodná disperzia CNTs spojila s polymérnou suspenziou a miešala sa počas 30 min. mechanickým miešadlom Heidolph RZR 2051 a následne sa opakovane sonikovala počas 30 min. Na účely analýzy sa disperzie SAN obsahujúce rôzne koncentrácie CNTs odlievali do teflónových foriem a sušili sa pri teplote okolia počas 3–4 dní.
Odporúčaný prístroj:
UIS250v
Referencia/výskumná práca:
Bitenieks, J.; Meri, R. M.; Zicans, J.; Maksimovs, R.; Vasile, C.; Musteata, V. E. (2012): Nanokompozity styrén–akrylát/uhlíkové nanorúrky: mechanické, tepelné a elektrické vlastnosti. In: Proceedings of the Estonian Academy of Sciences 61/ 3, 2012. 172–177.

Nanoprášok karbidu kremíka (SiC)

Ultrazvuková aplikácia:
Nanoprášok karbidu kremíka (SiC) sa deaglomeroval a rozptýlil v roztoku náterovej hmoty v tetrahydrofuráne pomocou prístroja Hielscher UP200S , vysokovýkonného ultrazvukového procesora pracujúceho pri hustote akustického výkonu 80 W/cm². Deaglomerácia SiC sa spočiatku uskutočňovala v čistom rozpúšťadle s malým množstvom detergentu, potom sa postupne pridávali dávky náterovej hmoty. Celý proces trval 30 minút pri vzorkách pripravených na nanášanie ponáraním a 60 minút pri vzorkách pripravených na sieťotlač. Počas sonikácie sa zabezpečilo dostatočné chladenie zmesi, aby sa zabránilo varu rozpúšťadla. Po sonikácii sa tetrahydrofurán odparil v rotačnej odparke a do zmesi sa pridalo tvrdidlo, aby sa dosiahla vhodná viskozita na tlač. Koncentrácia SiC vo výslednom kompozite bola 3% hmotn. vo vzorkách pripravených na nanášanie ponáraním. Na sieťotlač sa pripravili dve série vzoriek s obsahom SiC 1 – 3% hmotn. na predbežné skúšky opotrebovania a trenia a 1,6 – 2,4% hmotn. na doladenie kompozitov na základe výsledkov skúšok opotrebovania a trenia.
Odporúčané zariadenie:
UP200S
Referencia/vedecká práca:
Celichowski G.; Psarski M.; Wiśniewski M. (2009): Elastic Yarn Tensioner with a Noncontinuous Antiwear Nanocomposite Pattern. Fibres & Textiles in Eastern Europe 17/ 1, 2009. 91–96.

SWNT – jednostenné uhlíkové nanorúrky

Ultrazvuková aplikácia:
Sonochemická syntéza: 10 mg SWNT a 30ml 2% roztoku MCB 10 mg SWNT a 30ml 2% roztoku MCB, UP400S Intenzita sonikácie: 300 W/cm2, trvanie sonikácie: 5h
Odporúčané zariadenie:
UP400S
Referencia/vedecká práca:
Koshio, A.; Yudasaka, M.; Zhang, M.; Iijima, S. (2001): Jednoduchý spôsob chemickej reakcie jednostenných uhlíkových nanotrubíc s organickými materiálmi pomocou ultrazvuku. Nano listy 1/ 7, 2001. 361–363.

Tiolované SWCNT

Ultrazvuková aplikácia:
25 mg tiolovaných SWCNT (2,1 mmol uhlíka) sa suspendovalo v 50 mL deionizovanej vody pomocou ultrazvukového procesora s výkonom 400W (UP400S). Následne sa suspenzia pridala do čerstvo pripraveného roztoku Au(NP) a zmes sa miešala 1h. Au(NP)-SWCNT sa oddelili mikrofiltráciou (nitrát celulózy) a dôkladne sa premyli deionizovanou vodou. Filtrát mal červenú farbu, pretože malé Au(NP) (priemerný priemer ≈ 13 nm) mohli účinne prechádzať cez filtračnú membránu (veľkosť pórov 0,2μm).
Odporúčané zariadenie:
UP400S
Referencia/vedecká práca:
Jung, A. (2007): Functional Materials based on Carbon Nanotubes. Dissertation Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

TiO₂ / perlitový kompozit

Ultrazvuková aplikácia:
Kompozitné materiály TiO2/perlit sa pripravili nasledujúcim spôsobom. Najprv sa 5 mL izopropoxidu titaničitého (TIPO), Aldrich 97%, rozpustilo v 40 mL etanolu, Carlo Erba, a miešalo sa 30 min. Potom sa pridalo 5 g perlitu a disperzia sa miešala 60 min. Zmes sa ďalej homogenizovala pomocou hrotového sonikátora UIP1000hd. Počas 2 min. sonikácie sa dodala celková energia 1 Wh. Nakoniec sa suspenzia zriedila etanolom na objem 100 mL a získaná kvapalina sa označila ako prekurzorový roztok (PS). Pripravený PS bol pripravený na spracovanie v systéme plameňovej sprejovej pyrolýzy.
Odporúčané zariadenie:
UIP1000hd
Referencia/vedecká práca:
Giannouri, M.; Kalampaliki, Th.; Todorova, N.; Giannakopoulou, T.; Boukos, N.; Petrakis, D.; Vaimakis, T.; Trapalis, C. (2013): Jednokroková syntéza kompozitov TiO2/perlitu pyrolýzou v spreji plameňom a ich fotokatalytické správanie. Medzinárodný časopis fotoenergie 2013.

Výkonný ultrazvuk vnášaný do kvapalín vytvára intenzívnu kavitáciu. Extrémne kavitačné účinky vytvárajú suspenzie jemných práškov s veľkosťou častíc v submikrónovej a nanometrovej oblasti. Okrem toho sa aktivuje povrch častíc. Nárazy mikroprúdov a rázových vĺn a zrážky medzi časticami majú výrazný vplyv na chemické zloženie a fyzikálnu morfológiu tuhých látok, čo môže dramaticky zvýšiť chemickú reaktivitu organických polymérov aj anorganických tuhých látok.

„Extrémne podmienky vo vnútri kolabujúcich bublín vytvárajú vysoko reaktívne častice, ktoré možno využiť na rôzne účely, napríklad na iniciáciu polymerizácie bez pridaných iniciátorov. Ďalším príkladom je sonochemický rozklad prchavých organokovových prekurzorov v rozpúšťadlách s vysokou teplotou varu, pri ktorom vznikajú nanoštruktúrované materiály rôznych foriem s vysokou katalytickou aktivitou. Týmto všeobecným postupom možno pripraviť nanoštruktúrované kovy, zliatiny, karbidy a sulfidy, nanometrové koloidy aj nanoštruktúrované katalyzátory na nosičoch.“

[Suslick/ Price 1999: 323]

Literatúra/Referencie

• Suslick, K. S.; Price, G. J. (1999): Využitie ultrazvuku v chémii materiálov. Annu. Rev. Mater. Sci. 29, 1999. 295–326.
• Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliovaný CrPS4 so sľubnou fotovodivosťou. Small roč.16, č.1. January 9, 2020.
• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentácia molekulových kryštálov. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
• Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Vplyv tepla a ultrazvuku na tvorbu hydroxyapatitovej biokeramiky v nanometrovej mierke. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.