Ultrazvukom s vysokým výkonom môže efektívne a spoľahlivo rozbiť častice aglomeruje a dokonca rozložiť primárne častice. Vďaka svojmu vysoko výkonnému disperzičnému výkonu sa ultrazvukom typu sondy používajú ako preferovaná metóda na vytvorenie homogénnych nanočastíc.

Spoľahlivá disperzia nanočastíc ultrazvukom

Mnohé priemyselné odvetvia vyžadujú prípravu suspenzií, ktoré sú naložené nanočastice. Nanočastice sú tuhé látky s veľkosťou častíc menšou ako 100nm. Vďaka minútovej veľkosti častíc nanočastice vyjadrujú jedinečné vlastnosti, ako je výnimočná pevnosť, tvrdosť, optické vlastnosti, tvárnosť, UV odolnosť, vodivosť, elektrické a elektromagnetické (EM) vlastnosti, antikorozívnosť, odolnosť proti poškriabaniu a ďalšie mimoriadne vlastnosti.
Vysoko intenzívny, nízkofrekvenčný ultrazvuk vytvára intenzívnu akustickú kavitáciu, ktorá sa vyznačuje extrémnymi podmienkami, ako sú šmykové sily, veľmi vysoké tlakové a teplotné diferenciály a turbulencie. Tieto kavitačné sily urýchľujú častice, ktoré spôsobujú medzičastice kolízie a následne rozbíjajú častice. V dôsledku toho sa získajú nanoštruktúrované materiály s úzkou krivkou veľkosti častíc a rovnomerným rozložením.
Ultrazvukové disperzné zariadenie je vhodné na liečbu akéhokoľvek druhu nanomateriálov vo vode a organických rozpúšťadlách, s nízkou až veľmi vysokou viskozitami.

Ultrazvuková disperzia uhlíkových nanotrubíc

Ultrazvukové disperzná sú široko používané na účely rozptyľovania uhlíkových nanorúrok (CNT). Ultrazvukom je spoľahlivá metóda na detangle a rozptýlenie jednostenných uhlíkových nanorúrok (SWCNTs), ako aj viacstenných uhlíkových nanorúrok (MWCNTs). Napríklad, aby sa vytvoril vysoko vodivý termoplastický polymér, vysoko čistý (> 95%) Nanoyl® 3100 (MWCNTs; vonkajší priemer 9,5 nm; čistota 95 +%) boli rozpúšťadle rozptýlené Hielscher UP200S po dobu 30 minút. pri izbovej teplote. Rozpúšťadle rozptýlené Nanocyl® 3100 MWCNTs v koncentrácii 1% w / w v epoxidovej živici vykazovali vynikajúcu vodivosť približne 1,5 × 10-2 S / m.

Ultrazvuková disperzia nanočastíc niklu

Nikel nanočastice môžu byť úspešne vyrobené prostredníctvom rozpúšťadle-assited hydrazín redukcie syntézy. Cesta syntézy redukcie hydrazínu umožňuje tp pripraviť čistú kovovú nanočasticu niklu s guľovitým tvarom chemickou redukciou chloridu niklu s hydrazínom. Výskumná skupina Adám preukázala, že ultrazvukom – pomocou Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – bol schopný udržiavať priemernú primárnu veľkosť kryštitulitu (7–8 nm) nezávisle od aplikovanej teploty, zatiaľ čo použitie intenzívnych a kratších ultrazvukom by mohlo znížiť solvodynamické priemery sekundárnych, agregovaných častíc zo 710 nm na 190 nm pri absencii žiadnej povrchovo aktívnej látky. Najvyššia kyslosť a katalytická aktivita bola meraná pre nanočastice pripravené miernym (30 W výstupný výkon) a nepretržitou ultrazvukovou liečbou. Katalytické správanie nanočastíc bolo testované v skríženej reakcii Suzuki-Miyaura na piatich vzorkách pripravených konvenčnými aj ultrazvukovými spôsobmi. Rozpúšťadle pripravené katalyzátory zvyčajne fungovali lepšie a najvyššia katalytická aktivita bola meraná nad nanočasticami pripravenými pri nepretržitej ultrazvukom s nízkym výkonom (30 W).
Ultrazvuková liečba mala zásadný vplyv na tendenciu agregácie nanočastíc: vplyv defragmentácie zničených kavitačných dutín s intenzívnym prenosom hmoty by mohol prekonať atraktívny elektrostatický z zničených kavitačných dutín s intenzívnym prenosom hmoty by mohol prekonať atraktívne elektrostatické a van der Waalsove sily medzi časticami.
(porovnaj Adám et al. 2020)

Ultrazvuková syntéza wollastonitových nanočastíc

Wollastonite je minerál neozilikát vápenatý s chemickým vzorcom CaSiO3 Wollastonite je široko používaný ako komponent na výrobu cementu, skla, tehál a dlaždíc v stavebnom priemysle, ako tok pri odlievaní ocele, ako aj prísada pri výrobe náterov a farieb. Napríklad wollastonit poskytuje výstuž, vytvrdzovanie, nízku absorpciu oleja a ďalšie zlepšenia. Na získanie vynikajúcich výstužných vlastností wollastonitu je nevyhnutná nano-škála deagglomerácia a jednotná disperzia.
Dordane a Doroodmand (2021) preukázali vo svojich štúdiách, že ultrazvuková disperzia je veľmi dôležitým faktorom, ktorý významne podporuje veľkosť a morfológiu wollastonitových nanočastíc. Na vyhodnotenie príspevku ultrazvukom na wollastonit nano-disperziu výskumný tím syntetizoval wollastonit nanočastice s aplikáciou vysoko výkonných ultrazvukom a bez neho. Pre svoje ultrazvukom štúdie výskumníci použili Ultrazvukový procesor UP200H (Hielscher Ultrasonics) s frekvenciou 24 kHz počas 45,0 min. Výsledky ultrazvukovej nano-disperzie sú uvedené v SEM s vysokým rozlíšením nižšie. Obrázok SEM jasne ukazuje, že vzorka wollastonitu pred ultrazvukovou liečbou je aglomerovaná a agregovaná; po ultrazvukom s ULTRASONICATOR UP200H je priemerná veľkosť wollastonitových častíc približne 10nm. Štúdia dokazuje, že ultrazvuková disperzia je spoľahlivá a efektívna technika na syntézu wollastonitových nanočastíc. Priemerná veľkosť nanočastíc môže byť riadená úpravou ultrazvukových parametrov spracovania.
(porov. Dordane a Doroodmand, 2021)

SEM obrázky wollastonit nanočastíc (A) pred a (B) po ultrazvukom pomocou Ultrazvukový procesor UP200H 45,0 min.
Štúdia a obrázok: ©Dordane a Doroodmand, 2021.

Ultrazvukový nanofiller disperzia

Ultrazvukom je všestranná metóda na rozptýlenie a deagglomeráciu nanofillerov v kvapalinách a kaloch, napr. polyméroch, epoxidových živiciach, tužidlách, termoplastoch atď. Sonifikácia sa preto široko používa ako vysoko účinná disperzia v R&D a priemyselná výroba.
Zanghellini et al. (2021) skúmal ultrazvukovú disperziu techniky pre nanofillery v epoxidovej živici. Mohol preukázať, že ultrazvukom bola schopná rozptýliť malé a vysoké koncentrácie nanofillerov do polymérnej matrice.
Pri porovnaní rôznych formulácií 0,5 wt% oxidovaný CNT vykazoval najlepšie výsledky zo všetkých sonicated vzoriek, odhaľujúc rozloženie veľkosti väčšiny aglomerátov v porovnateľnom rozsahu s tromi vzorkami vyrobenými valcami mlyna, dobrú väzbu na tužidlo, vytvorenie perkolačnej siete vo vnútri disperzie, ktorá poukazuje na stabilitu proti sedimentácii a tým na správnu dlhodobú stabilitu. Vyššie množstvo plniva vykazovalo podobné dobré výsledky, ale aj tvorbu výraznejších vnútorných sietí, ako aj o niečo väčších aglomerátov. Dokonca aj uhlíkové nanovlákna (CNF) by sa mohli úspešne rozptýliť ultrazvukom. Priama americká disperzia nanofillerov v kalichových systémoch bez ďalších rozpúšťadiel bola úspešne dosiahnutá, a preto ju možno považovať za použiteľnú metódu pre jednoduchú a priamu disperziu s potenciálom priemyselného použitia. (porov. Zanghellini et al., 2021)

Porovnanie rôznych nanofillerov rozptýlených v tužidle pomocou ultrazvukom typu sondy): (a) 0,5 wt% uhlíkového nanovlákna (CNF); b) 0,5 wt% CNToxid; c) 0,5 wt% uhlíkovej nanorúrky (CNT); d) 0,5 wt% čiastočne rozptýlené CNT.
Štúdia a obrázok: ©Zanghellini et al., 2021

Ultrazvuková disperzia nanočastín – Vedecky dokázané pre nadradenosť

Výskum ukazuje v mnohých sofistikovaných štúdiách, že ultrazvuková disperzia je jednou z vynikajúcich techník na deagglomeráciu a distribúciu nanočastíc aj pri vysokej koncentrácii v kvapalinách. Napríklad Vikash (2020) skúmal rozptyl vysokého zaťaženia nano-oxidu kremičitého vo viskóznych kvapalinách pomocou Hielscher ultrazvukového disperátora UP400S. Vo svojej štúdii dospel k záveru, že "stabilná a jednotná disperzia nanočastíc možno dosiahnuť pomocou ultra-ultrazvukom zariadenia pri vysokom pevnom zaťažení viskóznych kvapalín." [Vikash, 2020]

Vysokovýkonné ultrazvukové procesory pre disperziu nanočastíc

Hielscher Ultrasonics je váš dôveryhodný dodávateľ pre spoľahlivé vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia od laboratória a pilota až po plne priemyselné systémy. Hielscher Ultrasonics’ zariadenia sú vybavené sofistikovaným hardvérom, inteligentným softvérom a vynikajúcou užívateľskou prívetivosťou – Navrhnuté a vyrobené v Nemecku. Hielscher je robustné ultrazvukové stroje pre disperziu, deagglomeráciu, syntézu nanočastíc a funkcionalizáciu môžu byť prevádzkované 24/7/365 pri plnom zaťažení. V závislosti od vášho procesu a vášho výrobného zariadenia môžu byť naše ultrasonicators prevádzkované v dávkovom alebo nepretržitom in-line režime. Rôzne príslušenstvo, ako sú sonotródy (ultrazvukové sondy), posilňovacie rohy, prietokové bunky a reaktory sú ľahko dostupné.
Kontaktujte nás teraz, aby ste získali viac technických informácií, vedeckých štúdií, protokolov a cenovej ponuky pre naše ultrazvukové nano-disperzie systémy! Náš dobre vyškolený, dlhoročný personál s vami rád prediskutuje vašu nano-aplikáciu!

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: