Hielscher Ultrazvukové technológie

Ultrazvuková syntéza Nanodiamonds

  • Vzhľadom k svojej intenzívnej kavitačnej sily, výkon ultrazvuk je sľubný techniku produkovať mikrónov-a nano-veľké diamanty z grafitu.
  • Mikro-a nano-kryštalické diamanty môžu byť syntetizované sonicating pozastavenie grafitu v organickej kvapaliny pri atmosférickom tlaku a izbovej teplote.
  • Ultrazvukový je tiež užitočný nástroj pre post-processing syntetizované nano diamanty, ako ultrazvukom rozptyľuje, deaglomerates a functionalizes nano častice veľmi efektívne.

Ultrazvukom pre Nanodiamond liečba

Nanodiamonds (nazývané aj detonačné diamanty (DND) alebo ultradispersed diamanty (UDD)) sú osobitnou formou uhlíkových nanomateriálov, ktoré sa vyznačujú jedinečnými vlastnosťami – ako je Mreže štruktúra, jej veľké Povrchu, ako aj unikátne Optické a Magnetické vlastnosti – a výnimočné aplikácie. Vlastnosti ultradispersed častíc, aby tieto materiály inovatívne zlúčeniny pre tvorbu nových materiálov s mimoriadnymi funkciami. Veľkosť diamantových častíc v sadze je asi 5nm.

Ultrazvuková syntéza Nanodiamonds

Pod intenzívnymi silami, ako je ultrazvukom alebo detonácie, môže byť grafit transformovaný do diamantu.

Rozpúšťadle syntetizované Nanodiamonds

Syntéza diamantov je dôležitým výskumným poľom týkajúcim sa vedeckých a komerčných záujmov. Bežne používaný proces syntézy mikro-kryštalických a nano-kryštalických diamantových častíc je vysokotlaková-vysoká teplota (HPHT) technika. Touto metódou sa generuje požadovaný procesový tlak desiatok tisícov atmosféry a teplôt viac ako 2000K na výrobu hlavnej časti celosvetového zásobovania priemyselného diamantu. Pre transformáciu grafitu do diamantu, všeobecne vysoké tlaky a vysoké teploty sú potrebné, a katalyzátory sa používajú na zvýšenie výťažnosti diamantu.
Tieto požiadavky potrebné na transformáciu sa môžu generovať veľmi účinne použitím Vysoký výkon ultrazvuk (= nízka frekvencia, ultrazvuk s vysokou intenzitou):

ultrazvukové kavitácie

Ultrazvuk v kvapalinách spôsobuje lokálne veľmi extrémne účinky. Pri sonicating kvapaliny s vysokou intenzitou, zvukové vlny, ktoré šíria do kvapalných médií za následok striedavý vysokotlakové (kompresia) a nízkotlakové (rarefaction) cykly, s mierou v závislosti na frekvencii. Počas nízkotlakového cyklu, High-intenzita ultrazvukových vĺn vytvoriť malé vákuové bubliny alebo dutín v kvapaline. Keď bubliny dosiahnuť objemu, na ktorom už nemôžu absorbovať energiu, sa zrúti násilne počas vysokotlakového cyklu. Tento jav sa nazýva kavitácia. Počas implozie veľmi vysoké teploty (cca 5, 000K) a tlaky (cca 2 000 ATM) sú dosiahnuté lokálne. Imploze kavitácie bublina tiež vedie tekuté trysky až 280m/s rýchlosťou. (Suslick 1998) Je zrejmé, že mikro-a Nano-kryštalická diamanty môžu byť syntetizované v oblasti ultrazvukových kavitácia,

Žiadosť o informácie





Ultrazvukový postup pre syntézu Nanodiamonds

De facto, štúdium Khachatryan et al. (2008) ukazuje, že diamantové Mikrokryštály môžu byť tiež syntetizované ultrazvukom pozastavenie grafitu v organickej kvapaliny pri atmosférickom tlaku a izbovej teplote. Ako Kavitácia tekutiny, vzorec aromatických oligomérov bol zvolený vzhľadom na jeho nízky tlak nasýtených pár a jeho vysokú teplotu varu. V tejto tekutine sa špeciálny čistý grafitový prášok – s časticami v rozmedzí medzi 100-200 μm – bol pozastavený. V experimentoch Kachatryan et al., hmotnosť pevnej tekutiny pomer bol 1:6, Kavitácia tekutina hustota bola 1,1 g cm-3 pri teplote 25 ° c. Maximálna ultrazvuková intenzita v sonoreactor bola 75-80W cm-2 minúty zodpovedajúce akustického tlaku amplitúdy 15-16 Bar.
To bolo dosiahnuté približne 10% grafitu-k-diamant konverzie. Diamanty boli takmer mono-rozptýlené s veľmi prudkým, dobre navrhnutým rozmerom v rozmedzí 6 alebo 9μm ± 0,5 μm, s kubickými, Kryštalický morfológia a vysoká čistota,

Ultrasonically syntetizované diamanty (SEM obrázky): vysoký výkon ultrazvuk poskytuje energiu potrebnú na vyvolanie Graphenenanodiamonds' syntýza

SEM obrazy rozpúšťadle syntetizované diamanty: obrázky (a) a (b) vykazujú vzorku série 1, (c) a (d) vzorka série 2. [Khachatryan et al. 2008]

Na Náklady mikroorganizmu a Graphenenanodiamonds vyrobených touto metódou sa odhaduje na Konkurenčné s vysokotlakovým-high-teplotným (HPHT) procesom. To je ultrazvuk inovatívne alternatívou pre syntézu mikro-a nano-diamanty (Khachatryan et al. 2008), najmä preto, že výrobný proces Graphenenanodiamonds možno optimalizovať ďalšie vyšetrovanie. Mnoho parametrov, ako amplitúda, tlak, teplota, Kavitácia tekutiny, a koncentrácia musí byť preskúmané presne objavovať sladké miesto ultrazvukovej nanodiamond syntézy.
Výsledky dosiahnuté v syntetizovať nanodiamonds, ďalej rozpúšťadle generované kavitácia ponúka potenciál pre syntézu ďalších dôležitých zlúčenín, ako je kubický nitridu, uhlíkové nitridu atď (khachatryan et al. 2008)
Ďalej sa zdá, že je možné vytvoriť diamantové nanodrôty a nanorods z multi-murované uhlíkové nanotrubice (MWCNTs) pod ultrazvukové ožarovanie. Diamantové nanodrôty sú jednorozmerné analógy hromadného diamantu. Vzhľadom k svojej vysokej elastickej modulus, sila-k-váha pomer, a relatívna jednoduchosť, s ktorou jeho povrchy môžu byť funkné, diamant sa zistilo, že je optimálny materiál pre nanomechanical vzorov. (Nedeľa a kol. 2004)

Ultrazvukový rozptyľuje Nanodiamonds

Ako už bolo popísané, deagglomeration a rovnomerné rozdelenie veľkosti častíc v médiu sú podstatné pre úspešné využitie s unikátnymi vlastnosťami nanodiamonds '.
Rozptyl a rozdružovanie ultrazvukom sú výsledkom ultrazvukového kavitácia. Pri odhaľovaní tekutín na ultrazvuku zvukové vlny, ktoré sa množiť do kvapaliny za následok striedavý vysokotlakové a nízkotlakové cykly. To platí mechanické namáhanie na prilákanie síl medzi jednotlivými časticami. Ultrazvukový kavitácie v kvapalinách spôsobuje vysokorýchlostné kvapalné trysky až 1000km/hod (cca 600mph). Takéto trysky stlačte kvapalinu pri vysokom tlaku medzi časticami a oddeliť ich od seba navzájom. Menšie častice sa zrýchľujú s kvapalnými tryskami a zrazí pri vysokých rýchlostiach. To robí ultrazvuk účinným prostriedkom pre rozptyľuje, ale aj pre frézovanie častíc veľkosti mikrónov a submikrových častíc.
Napríklad Graphenenanodiamonds (Priemerná veľkosť cca 4nm) a polystyrén môže byť rozptýlený v cyklohexane získať špeciálne kompozitné. Vo svojej štúdii, Chipara et al. (2010) pripravili kompozity polystyrénu a Graphenenanodiamonds, obsahujúce Graphenenanodiamonds v rozmedzí medzi 0 a 25% hmotnosti. Ak chcete získať ešte Rozptyl, oni sonicated riešenie pre 60 min s Hielscher je Uip1000hd (1kW).

Ultrasonically Asistovaná funkcionalizácia Nanodiamonds

Pre funkcionalizáciu kompletného povrchu každej nano-veľké častice, musí byť povrch častice k dispozícii pre chemickú reakciu. To znamená, že rovnomerná a jemná disperzia je potrebná, pretože dobre rozptýlené častice sú obklopené hraničnou vrstvou molekúl priťahovaných k povrchu častíc. Ak chcete získať nové funkčné skupiny nanodiamonds ' povrch, táto hranica vrstva musí byť rozbité alebo odstránené. Tento proces prerušenia a odstránenia hranice vrstvy môže byť vykonaná ultrazvukom.
Ultrazvuk zavedený do kvapaliny generuje rôzne extrémne efekty, ako je kavitácia, lokálne veľmi vysoká teplota až 2000K a kvapalné trysky až 1000km/hod. (Suslick 1998) týmto stresovým faktorom je možné prekonať priťahovacie sily (napr. sily Van-der-Waals) a funkčné molekuly sa vykonávajú na povrchu častice, aby napríklad nanodiamonds ' povrch.

Under powerful ultrasonic irradiation (e.g. with Hielscher's UIP2000hdT) it becomes possible to synthesis, deagglomerate and functionalize nanodiamonds efficiently.

Schéma 1: grafika in situ-deagglomeration a povrchová funkcionalizácia Graphenenanodiamonds (Liang 2011)

Experimenty s korálku-asistovanej Sonic Disintegration (BASD) liečba ukázala sľubné výsledky pre povrchové funcionalization Graphenenanodiamonds rovnako. Tak, korálky (napr. mikro-veľké keramické korálky, ako sú ZrO2 korálky) boli použité na presadenie ultrazvukového Cavitational sily na nanodiamond častice. Deagglomeration sa vyskytuje v dôsledku interkonkrétnej zrážky medzi časticami nanodiamond a ZrO2 Korálky.
Vzhľadom k lepšej dostupnosti častíc ' povrchu, pre chemické reakcie, ako je zníženie Boran, arylation alebo silanization, ultrazvukové alebo BASD (korálek-asistovanej Sonic Disintegration) predbežnej úpravy pre disperzné účel je vysoko odporúčané. Ultrazvukový dispergačné a rozdružovanie chemická reakcia môže pokračovať oveľa viac úplne.

Keď high-výkon, nízkofrekvenčné ultrazvuk zavádza do kvapalného média, Kavitácia je generovaný.

Ultrazvukový kaviatácia vedie k extrémnym teplotným a tlakovým diferenciálmi a vysokorýchlostné tekuté trysky. Tým, moc ultrazvuk je úspešný spôsob spracovania pre miešanie a frézovanie aplikácií.

Kontaktujte nás / požiadajte o ďalšie informácie

Porozprávajte sa s nami o vaše požiadavky na spracovanie. Odporučíme najvhodnejšie nastavenie a spracovanie parametrov pre váš projekt.





Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Literatúra / Referencie

  • Chipara, A. C. et al.: tepelné vlastnosti nanodiamond častíc rozptýlené v polystyréne. HESTEC 2010.
  • El-say, K. M.: Nanodiamonds ako systém poskytovania drog: aplikácie a perspektívne. V J appl Pharm sci 01/06, 2011; PP. 29-39.
  • Khachatryan, A. KH. et al.: grafit-to-Diamond transformácie vyvolané Ultrazvukový kavitácie. V: Diamond & Príbuzné materiály 17, 2008; pp931-936.
  • Krueger, a.: štruktúra a reaktivita nanometrov diamant. V: J mater Chem 18, 2008; PP. 1485-1492.
  • Liang, Y.: Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung von Nanodiamant mittels thermochemischer und mechanochemischer Methoden. Dizertačnej práce Julius-Maximilian-Universität Würzburg 2011.
  • Osawa, E.: Monodisperse jednotlivé nanodiamond častice. In: Pure appl Chem 80/7, 2008; PP. 1365-1379.
  • Pramatarova, L. et al.: výhodou polymérnych kompozitov s detonáciou Nanodiamond častice pre lekárske aplikácie. In: na biomimetike; PP. 298-320.
  • Slnko, L.; Gong, J.; Zhu, D.; Zhu, Z.; On, S.: Diamond Nanorods z Carbon Nanotubes. In: Pokročilé materiály 16/2004. PP. 1849-1853.
  • Suslick, K.S.: Kirk-Othmer encyklopédia chemickej technológie. 4. Ed. J. Wiley & Synovia: New York; 26, 1998; PP. 517-541.

Graphenenanodiamonds – Použitie a aplikácie

Nanodiamond zrná sú nestabilné kvôli ich Zeta-potenciál. Tým, že majú tendenciu tvoriť agregáty. Bežná aplikácia Graphenenanodiamonds je použitie v abrazívne, rezanie a leštenie náradia a chladiča. Ďalším možným použitím je aplikácia Graphenenanodiamonds ako nosič liečiv pre farmaceutické aktívne zložky (porovnaj Pramatarova). Od Ultrazvukom, po prvé Graphenenanodiamonds môže byť syntetizovaný z grafitu a po druhé, Graphenenanodiamonds silne tendenciu k aglomerácii môže byť rovnomerne Rozptýlené do tekutých médií (napr. na formulovanie leštiacej látky).