Nanodiamanti, razpršeni v vodni suspenziji z ultrazvočnim razbijanjem

Nanodiamantne disperzije so učinkovite in hitro proizvedene z uporabo ultrazvočnih dispergatorjev. Ultrazvočno deagregacijo in disperzijo nanodiamantov je mogoče zanesljivo izvesti v vodni suspenziji. Tehnika ultrazvočne disperzije uporablja sol za spremembo pH in je tako enostavna, poceni in brez onesnaževalcev, ki jo je mogoče enostavno uporabiti v industrijskem merilu.

Nanodiamanti so lahko učinkoviti in zanesljivo razpršeni z uporabo Hielscherjevih ultrazvočnih aparatov.

Kako deluje ultrazvočno rezkanje in disperzija nanodiamantov?

Ultrazvočna disperzija uporablja nanodiamante kot medij za mletje. Akustična kavitacija, ki jo ustvarjajo ultrazvočni valovi visoke moči, ustvarja hitro pretok tekočine. Ti tekoči tokovi pospešijo delce (npr. diamante) v gnojevki, tako da delci trčijo do 280 km / s in se razbijejo v majhne nanodelce. Zaradi tega je ultrazvočno mletje in disperzija enostavna, poceni in brez onesnaževal tehnika, ki zanesljivo deaglomerira nanodiamant v nano-velike delce, ki so stabilni v vodni koloidni raztopini v širokem območju pH. Sol (natrijev klorid) se uporablja za stabilizacijo nanodiamantov v vodni gnojevki.

Ultrazvočno nanodiamantno rezkanje odlikuje mline kroglic

Ultrazvočni aparati so zelo učinkoviti mlini in so uveljavljena tehnika mletja za obsežno proizvodnjo nanodiamantnih suspenzij v industrijskem obsegu. Ker ultrazvočni mlini uporabljajo nanodiamante kot medij za mletje, se popolnoma izognemo kontaminaciji z rezkalnimi mediji, npr. S cirkonskimi kroglicami. Namesto tega ultrazvočne kavitacijske sile pospešijo delce, tako da nanodiamanti silovito trčijo med seboj in se razgradijo v enakomerno nano-velikost. Ta ultrazvočno povzročen trk med delci je zelo učinkovita in zanesljiva metoda za proizvodnjo enakomerno porazdeljenih nanodisperzij.
Metoda ultrazvočne disperzije in deagregacije uporablja vodotopne, nestrupene in neonesnažujoče dodatke, kot sta natrijev klorid ali saharoza za regulacijo pH in stabilizacijo ultrazvočne disperzije. Te kristalne strukture natrijevega klorida ali saharoze delujejo dodatno kot mediji za mletje, s čimer podpirajo postopek ultrazvočnega mletja. Ko je postopek mletja končan, se lahko ti dodatki enostavno odstranijo s preprostim izpiranjem z vodo, kar je izjemna prednost pred postopkom keramičnih kroglic. Tradicionalno mletje kroglic, kot so attritorji, uporabljajo netopne keramične mletne medije (npr. kroglice, kroglice ali bisere), katerih ostanki onesnažujejo končno disperzijo. Odstranjevanje onesnaženja, ki ga povzročajo mediji za mletje, vključuje zapleteno naknadno obdelavo in je zamudno in drago.

Tehnologija ultrazvočne disperzije učinkovito proizvaja vodne nanodiamantne suspenzije z ozko porazdelitvijo velikosti delcev.
(Študija in grafika: ©Turcheniuk et al., 2016)

Vzorčni protokol za ultrazvočno disperzijo nanodiamantov

Ultrazvočna deagregacija nanodiamantov v vodi s pomočjo soli:
Mešanico 10 g natrijevega klorida in 0,250 g nanodiamantnega prahu smo na kratko ročno zmeljemo s porcelansko malto in pestičem ter položimo v 20 ml stekleno vialo skupaj s 5 ml vode DI. Pripravljeni vzorec je bil sonikiran z ultrazvočnim sondom za 100 minut pri 60% izhodni moči in 50% delovnem ciklu. Po ultrazvočni obdelavi je bil vzorec enakomerno razdeljen med dve 50 ml plastični centrifugalni epruveti Falcon in razpršen v destilirani vodi do 100 ml skupne prostornine (2 × 50 ml). Vsak vzorec je bil nato centrifugiran z Eppendorfovo centrifugo 5810-R pri 4000 vrtljajih na minuto in 25 °C za 10 minut, bister supernatant pa je bil zavržen. Mokre ND oborine so nato ponovno razpršili v destilirani vodi (100 ml skupne prostornine) in drugič centrifugirali pri 12000 vrtljajih na minuto in 25 °C za 1 uro. Še enkrat je bil bister supernatant zavržen in mokre nanodiamantne oborine so bile ponovno razpršene, tokrat v 5 ml destilirane vode za karakterizacijo. Standardni test AgNO3 je pokazal popolno odsotnost Cl⁻ v ultrazvočno okrepljenih nanodiamantih, ki jih je z uporabo soli dvakrat oprali z destilirano vodo, kot je opisano zgoraj. Po izhlapevanju vode iz vzorcev so opazili tvorbo črnih trdnih nanodiamantnih "čipov" z donosom ∼200 mg ali 80% začetne mase nanodiamanta. (glej sliko spodaj)
(prim. Turcheniuk et al., 2016)

Posušen vzorec ultrazvočno razpršenih nanodiamantov.
(Študija in grafika: ©Turcheniuk et al., 2016)

Visoko zmogljivi ultrazvočni aparati za nanodiamantne disperzije

Hielscher Ultrasonics načrtuje, proizvaja in distribuira visoko zmogljivo ultrazvočno opremo za rezkanje in razprševanje za težke aplikacije, kot so proizvodnja nanodiamantnih gnojevk, polirnih medijev in nanokompozitov. Hielscher ultrazvočni aparati se uporabljajo po vsem svetu za razprševanje nanomaterialov v vodne koloidne suspenzije, polimere, smole, premaze in druge visoko zmogljive materiale.
Hielscher ultrazvočni razpršilniki so zanesljivi in učinkoviti pri obdelavi nizke do visoke viskoznosti. Glede na vhodne materiale in ciljno končno velikost delcev se lahko ultrazvočna intenzivnost natančno prilagodi za optimalne rezultate procesa.
Za obdelavo viskoznih past, nanomaterialov in visokih koncentracij trdnih snovi mora biti ultrazvočni dispergator sposoben proizvajati neprekinjeno visoke amplitude. Hielscher Ultrasonics’ Industrijski ultrazvočni procesorji lahko zagotovijo zelo visoke amplitude pri neprekinjenem delovanju pri polni obremenitvi. Amplitude do 200 μm se lahko enostavno izvajajo v 24/7 delovanju. Možnost delovanja ultrazvočnega dispergatorja pri visokih amplitudah in natančno prilagoditev amplitude je potrebna za prilagoditev ultrazvočnih procesnih pogojev za optimalno formulacijo visoko napolnjenih nano-suspenzij, nano-ojačanih polimernih mešanic in nanokompozitov.
Poleg ultrazvočne amplitude je tlak še en zelo pomemben procesni parameter. Pod povišanimi tlaki se intenzivira intenzivnost ultrazvočne kavitacije in njene strižne sile. Hielscherjevi ultrazvočni reaktorji se lahko pod tlakom, s čimer se dosežejo okrepljeni rezultati ultrazvočne obdelave.
Spremljanje procesov in beleženje podatkov sta pomembna za stalno standardizacijo procesov in kakovost izdelkov. Vtični senzorji tlaka in temperature so povezani z ultrazvočnim generatorjem za spremljanje in nadzor procesa ultrazvočne disperzije. Vsi pomembni parametri obdelave, kot so ultrazvočna energija (neto + skupaj), temperatura, tlak in čas, se samodejno protokolirajo in shranijo na vgrajeno SD kartico. Z dostopom do samodejno zabeleženih procesnih podatkov lahko pregledate prejšnje ultrazvočne postopke in ocenite rezultate procesa.
Druga uporabniku prijazna funkcija je daljinski upravljalnik brskalnika naših digitalnih ultrazvočnih sistemov. Z oddaljenim upravljanjem brskalnika lahko zaženete, ustavite, prilagodite in spremljate ultrazvočni procesor na daljavo od koder koli.
Kontaktirajte nas zdaj, če želite izvedeti več o naših visoko zmogljivih ultrazvočnih homogenizatorjih za mletje in nano-disperzije!
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov: