Visokozmogljivi ultrazvok za obdelavo delcev: napotki za uporabo

Da bi delci v celoti izrazili svoje lastnosti, jih je treba deaglomerirati in enakomerno dispergirati, tako da je njihova površina dostopna. Močne ultrazvočne sile so znane kot zanesljivo orodje za dispergiranje in mletje, ki delce razdrobi do submikrometrskih in nanometrskih velikosti. Poleg tega sonikacija omogoča spreminjanje in funkcionalizacijo delcev, npr. s prevlečenjem nanodelcev s kovinsko plastjo.

Spodaj je izbor delcev in tekočin s pripadajočimi priporočili za obdelavo materiala z ultrazvočnim homogenizatorjem za mletje, dispergiranje, deaglomeracijo ali spreminjanje delcev.

Kako pripraviti praške in delce z visokozmogljivo sonikacijo.

Po abecednem vrstnem redu:

Aerosil

Uporaba ultrazvoka:
Disperzije delcev silicijevega dioksida Aerosil OX50 v vodi Millipore (pH 6) so pripravili z dispergiranjem 5,0 g praška v 500 mL vode z visokointenzivnim ultrazvočnim procesorjem UP200S (200W; 24kHz). Disperzije silicijevega dioksida so pripravili v raztopini z destilirano vodo (pH = 6) z ultrazvočnim obsevanjem z napravo UP200S 15 min., čemur je sledilo intenzivno mešanje 1 h. Za uravnavanje pH so uporabili HCl. Vsebnost trdnih snovi v disperzijah je bila 0,1% (w/v).
Priporočena naprava:
UP200S
Referenca / raziskovalni članek:
Licea-Claverie, A.; Schwarz, S.; Steinbach, Ch.; Ponce-Vargas, S. M.; Genest, S. (2013): Kombinacija naravnih in temperaturno občutljivih polimerov pri flokulaciji finih disperzij silicijevega dioksida. International Journal of Carbohydrate Chemistry 2013.

Nanotekočine Al₂O₃–voda

Uporaba ultrazvoka:
Nanotekočine Al₂O₃–voda lahko pripravite po naslednjih korakih: najprej stehtajte nanodelce Al₂O₃ z digitalno elektronsko tehtnico. Nato nanodelce Al₂O₃ postopoma dodajajte v stehtano destilirano vodo in mešajte mešanico Al₂O₃–voda. Mešanico neprekinjeno sonificirajte 1h z ultrazvočno napravo s sondo UP400S (400W, 24kHz), da dobite enakomerno disperzijo nanodelcev v destilirani vodi.
Nanotekočine lahko pripravite z različnimi deleži (0,1%, 0,5% in 1%). Površinsko aktivne snovi ali spremembe pH niso potrebne.
Priporočena naprava:
UP400S
Referenca / raziskovalni članek:
Isfahani, A. H. M.; Heyhat, M. M. (2013): Eksperimentalna študija pretoka nanotekočin v mikromodelu kot poroznem mediju. International Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9/2, 2013. 77-84.

Ultrazvočno dispergiranje aluminijevega oksida (Al2O3) povzroči znatno zmanjšanje velikosti delcev in enakomerno disperzijo.

Delci silicijevega dioksida, prevlečeni z bemitom

Uporaba ultrazvoka:
Delce silicijevega dioksida prevlečemo s plastjo bemita: da dobimo popolnoma čisto površino brez organskih snovi, delce segrejemo na 450°C. Po mletju delcev za razbitje aglomeratov pripravimo 6 vol% vodno suspenzijo (≈70 ml) in jo stabiliziramo pri pH 9 z dodatkom treh kapljic amonijeve raztopine. Suspenzijo nato deaglomeriramo s sonikacijo z napravo UP200S pri amplitudi 100% (200 W) 5 min. Po segrevanju raztopine nad 85°C dodamo 12,5 g aluminijevega sek-butoksida. Temperaturo vzdržujemo pri 85-90°C 90 min., suspenzijo pa ves čas postopka mešamo z magnetnim mešalom. Nato suspenzijo neprekinjeno mešamo, dokler se ne ohladi pod 40°C. Z dodatkom klorovodikove kisline nato nastavimo pH na 3. Takoj zatem suspenzijo sonificiramo v ledeni kopeli. Prašek speremo z redčenjem in naknadnim centrifugiranjem. Po odstranitvi supernatanta delce sušimo v sušilniku pri 120°C. Nazadnje delce toplotno obdelamo pri 300°C 3 ure.
Priporočena naprava:
UP200S
Referenca / raziskovalni članek:
Wyss, H. M. (2003): Mikrostruktura in mehansko obnašanje koncentriranih gelov delcev. Doktorska disertacija, Švicarski zvezni inštitut za tehnologijo 2003. str.71.

Sinteza nanokompozitov kadmija(II) in tioacetamida

Uporaba ultrazvoka:
Nanokompozite kadmija(II) in tioacetamida so sintetizirali po sonokemijski poti ob prisotnosti in odsotnosti polivinilnega alkohola. Za sonokemijsko sintezo (sonosintezo) so 0,532 g kadmijevega(II) acetata dihidrata (Cd(CH3COO)2.2H2O), 0,148 g tioacetamida (TAA, CH3CSNH2) in 0,664 g kalijevega jodida (KI) raztopili v 20mL dvakrat destilirane deionizirane vode. To raztopino so sonificirali z visokozmogljivo ultrazvočno napravo s sondo UP400S (24 kHz, 400W) pri sobni temperaturi 1 h. Med sonikacijo reakcijske zmesi se je temperatura povišala na 70-80degC, kar so izmerili s termočlenom železo–constantin. Po eni uri je nastala svetlo rumena oborina. Izolirali so jo s centrifugiranjem (4.000 rpm, 15 min), jo sprali z dvakrat destilirano vodo in nato z absolutnim etanolom, da bi odstranili preostale nečistoče, ter jo nazadnje posušili na zraku (izkoristek: 0,915 g, 68%). Temperatura razpada: 200°C. Za pripravo polimernega nanokompozita so 1,992 g polivinilnega alkohola raztopili v 20 mL dvakrat destilirane deionizirane vode in ga nato dodali zgornji raztopini. To zmes so ultrazvočno obsevali z napravo UP400S 1 h, pri čemer je nastal svetlo oranžen produkt.
Rezultati SEM so pokazali, da se je ob prisotnosti PVA velikost delcev zmanjšala s približno 38 nm na 25 nm. Nato smo s toplotnim razpadom polimernega nanokompozita kadmija(II) in tioacetamida/PVA kot prekurzorja sintetizirali heksagonalne nanodelce CdS s sferično morfologijo. Velikost nanodelcev CdS smo izmerili z XRD in SEM, rezultati pa so se med seboj zelo dobro ujemali.
Ranjbar in sod. (2013) so tudi ugotovili, da je polimerni nanokompozit Cd(II) primeren prekurzor za pripravo nanodelcev kadmijevega sulfida z zanimivimi morfologijami. Vsi rezultati so pokazali, da lahko ultrazvočno sintezo uspešno uporabimo kot preprosto, učinkovito, poceni, okolju prijazno in zelo obetavno metodo za sintezo materialov nanometrskih velikosti brez potrebe po posebnih pogojih, kot so visoka temperatura, dolgi reakcijski časi in visok tlak.
Priporočena naprava:
UP400S
Referenca / raziskovalni članek:
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013): Sinteza in karakterizacija nanokompozitov kadmija in tioacetamida. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203-212.

CaCO₃

Uporaba ultrazvoka:
Ultrazvočno prevlečenje nanooborjenega CaCO₃ (NPCC) s stearinsko kislino so izvedli za izboljšanje njegove disperzije v polimeru in zmanjšanje aglomeracije. 2g neprevlečenega nanooborjenega CaCO₃ (NPCC) so sonificirali z napravo UP400S v 30ml etanola. V etanolu so raztopili 9 wt% stearinske kisline. Etanol s stearinsko kislino so nato zmešali s sonificirano suspenzijo.
Priporočena naprava:
UP400S s sonotrodo premera 22mm (H22D) in pretočno celico s hladilnim plaščem
Referenca / raziskovalni članek:
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009): Vplivi ultrazvoka pri prevlečenju nanooborjenega CaCO3 s stearinsko kislino. Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering 4/5, 2009. 807-813.

Celulozni nanokristali

Ultrazvočna uporaba:
Celulozni nanokristali (CNC), pripravljeni iz evkaliptusove celuloze CNC: Celulozni nanokristali, pripravljeni iz evkaliptusove celuloze, so bili modificirani z reakcijo z metil adipoil kloridom, CNCm, ali z mešanico ocetne in žveplove kisline, CNCa. Zato so bili liofilizirani CNC, CNCm in CNCa ponovno dispergirani v čistih topilih (EA, THF ali DMF) pri 0,1 wt% z magnetnim mešanjem čez noč pri 24 ± 1 degC, čemur je sledila 20 min. sonikacija z ultrazvočno napravo s sondo UP100H. Sonikacija je potekala z intenzivnostjo 130 W/cm² pri 24 ± 1 degC. Nato je bil disperziji CNC dodan CAB, tako da je bila končna koncentracija polimera 0,9 wt%.
Priporočena naprava:
UP100H
Referenca/raziskovalni članek:
Blachechen, L. S.; de Mesquita, J. P.; de Paula, E. L.; Pereira, F. V.; Petri, D. F. S. (2013): Medsebojni vpliv koloidne stabilnosti celuloznih nanokristalov in njihove disperzibilnosti v matrici iz celuloznega acetat butirata. Cellulose 20/3, 2013. 1329–1342.

Silan, dopiran s cerijevim nitratom

Ultrazvočna uporaba:
Hladno valjane plošče iz ogljikovega jekla (6,5cm 6,5cm 0,3cm; kemično očiščene in mehansko polirane) so bile uporabljene kot kovinske podlage. Pred nanosom premaza so bile plošče ultrazvočno očiščene z acetonom, nato pa 10 min. čiščene z alkalno raztopino (raztopina NaOH s koncentracijo 0,3molL 1) pri 60°C. Za uporabo kot temeljni premaz je bila pred predobdelavo podlage običajna formulacija, ki je vsebovala 50 delov γ-glicidoksipropiltrimetoksisilana (γ-GPS), razredčena s približno 950 deli metanola pri pH 4,5 (uravnanem z ocetno kislino), nato pa je bila omogočena hidroliza silana. Postopek priprave dopiranega silana s pigmenti cerijevega nitrata je bil enak, le da je bilo raztopini metanola pred dodatkom (γ-GPS) dodanih 1, 2, 3 wt% cerijevega nitrata, nato pa je bila ta raztopina 30 min. mešana s propelerskim mešalom pri 1600 rpm in sobni temperaturi. Disperzije, ki so vsebovale cerijev nitrat, so bile nato 30 min sonikirane pri 40°C z zunanjo hladilno kopeljo. Ultrazvočna obdelava je bila izvedena z ultrazvočno napravo UIP1000hd (1000W, 20 kHz) z vhodno ultrazvočno močjo približno 1 W/mL. Predobdelava podlage je bila izvedena s 100 sec. spiranjem vsake plošče z ustrezno raztopino silana. Po obdelavi so se plošče 24 h sušile pri sobni temperaturi, nato pa so bile predobdelane plošče premazane z dvokomponentnim epoksidnim premazom, utrjevanim z amini (Epon 828, shell Co.), da je debelina mokrega filma znašala 90μm. Plošče z epoksidnim premazom so se 1h utrjevale pri 115°C; po utrjevanju epoksidnih premazov je bila debelina suhega filma približno 60μm.
Priporočena naprava:
UIP1000hd
Referenca/raziskovalni članek:
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013): Elektrokemijski učinki predobdelav s silanom, ki vsebujejo cerijev nitrat, na lastnosti katodnega odstopanja epoksidnih premazov na jeklu. Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013. 2411–2420.

Glina: dispergiranje/frakcioniranje

Ultrazvočna uporaba:
Frakcioniranje po velikosti delcev: Za izolacijo delcev < 1 μm iz delcev velikosti 1–2 μm so bili delci velikostnega razreda gline (< 2 μm) ločeni v ultrazvočnem polju in z naknadno uporabo različnih hitrosti sedimentacije.
Delci velikostnega razreda gline (< 2 μm) so bili ločeni z ultrazvočno obdelavo z vnosom energije 300 J mL^-1 (1 min.) z uporabo ultrazvočnega dezintegratorja s sondo UP200S (200W, 24kHz), opremljenega s sonotrodo S7 s premerom 7 mm. Po ultrazvočnem obsevanju je bil vzorec 3 min. centrifugiran pri 110 x g (1000 rpm). Usedla faza (ostanek frakcioniranja) je bila nato uporabljena pri gostotnem frakcioniranju za izolacijo frakcij z nizko gostoto, dobljena plavajoča faza (frakcija < 2 μm) pa je bila prenesena v drugo centrifugirko in 10 min. centrifugirana pri 440 x g (2000 rpm), da bi ločili frakcijo < 1 μm (supernatant) od frakcije 1–2 μm (sediment). Supernatant, ki je vseboval frakcijo < 1 μm, je bil prenesen v drugo centrifugirko in po dodatku 1 mL MgSO₄ 10 min centrifugiran pri 1410 x g (4000 rpm), da bi preostalo vodo oddekantirali.
Da bi preprečili pregrevanje vzorca, je bil postopek ponovljen 15-krat.
Priporočena naprava:
UP200S s S7 ali UP200St s S26d7
Referenca/raziskovalni članek:
Jakubowska, J. (2007): Vpliv vrste namakalne vode na frakcije organske snovi v tleh (SOM) in njihove interakcije s hidrofobnimi spojinami. Doktorska disertacija, Univerza Martina Luthra Halle-Wittenberg 2007.

Glina: eksfoliacija anorganske gline

Ultrazvočna uporaba:
Anorganska glina je bila eksfoliirana za pripravo nanokompozitov na osnovi pululana za premazno disperzijo. Zato je bila določena količina pululana (4 wt% na mokri osnovi) 1 h raztapljana v vodi pri 25degC ob rahlem mešanju (500 rpm). Hkrati je bil glineni prah v količini od 0,2 do 3,0 wt% 15 minut dispergiran v vodi ob močnem mešanju (1000 rpm). Nastala disperzija je bila ultrazvočno obdelana z ultrazvočno napravo UP400S (moč_max = 400 W; frekvenca = 24 kHz), opremljeno s titanovo sonotrodo H14 (premer konice 14 mm, amplituda_max = 125 μm; površinska intenzivnost = 105 Wcm^-2), pri naslednjih pogojih: 0,5 cikla in 50% amplituda. Trajanje ultrazvočne obdelave se je spreminjalo glede na zasnovo poskusa. Organska raztopina pululana in anorganska disperzija sta bili nato zmešani ob rahlem mešanju (500 rpm) še dodatnih 90 minut. Po mešanju sta koncentraciji obeh komponent ustrezali razmerju anorgansko/organsko (I/O) od 0,05 do 0,75. Porazdelitev velikosti delcev v vodni disperziji glin Na⁺-MMT pred ultrazvočno obdelavo in po njej je bila ocenjena z analizatorjem nanodelcev IKO-Sizer CC-1.
Za določeno količino gline je bilo ugotovljeno, da je najučinkovitejši čas sonikacije 15 minut, medtem ko daljša ultrazvočna obdelava poveča vrednost P’O₂ (zaradi ponovne agregacije), ki se pri najdaljšem času sonikacije (45 min) ponovno zmanjša, domnevno zaradi fragmentacije tako ploščic kot taktoidov.
Glede na eksperimentalno postavitev, uporabljeno v disertaciji Introzzi, je bila oddana energija na enoto prostornine 725 Ws mL^-1 izračunana za 15-minutno obdelavo, medtem ko je podaljšan čas ultrazvočne obdelave 45 minut povzročil porabo energije na enoto prostornine 2060 Ws mL^-1. To bi omogočilo prihranek precej velike količine energije skozi celoten postopek, kar se bo nazadnje odrazilo v končnih stroških obdelave.
Priporočena naprava:
UP400S s sonotrodo H14
Referenca/raziskovalni članek:
Introzzi, L. (2012): Razvoj visokozmogljivih biopolimernih premazov za uporabo pri pakiranju živil. Doktorska disertacija, Univerza v Milanu 2012.

Prevodno črnilo

Ultrazvočna uporaba:
Prevodno črnilo je bilo pripravljeno z dispergiranjem delcev Cu+C in Cu+CNT z dispergatorji v mešanem topilu (publikacija IV). Dispergatorji so bili tri dispergirna sredstva z visoko molekulsko maso, DISPERBYK-190, DISPERBYK-198 in DISPERBYK-2012 podjetja BYK Chemie GmbH, namenjena vodnim disperzijam pigmenta saj. Kot glavno topilo je bila uporabljena deionizirana voda (DIW). Kot sotopila so bili uporabljeni monometil eter etilenglikola (EGME) (Sigma-Aldrich), monobutil eter etilenglikola (EGBE) (Merck) in n-propanol (Honeywell Riedel-de Haen).
Mešana suspenzija je bila 10 minut sonikirana v ledeni kopeli z ultrazvočnim procesorjem UP400S . Nato je bila suspenzija eno uro puščena, da se usede, čemur je sledilo dekantiranje. Pred nanosom z vrtenjem ali tiskanjem je bila suspenzija 10 min. sonikirana v ultrazvočni kopeli.
Priporočena naprava:
UP400S
Referenca / raziskovalni članek:
Forsman, J. (2013): Proizvodnja nanodelcev Co, Ni in Cu z redukcijo z vodikom. Doktorska disertacija, VTT, Finska 2013.

Sonikacija je zelo učinkovita pri zmanjševanju velikosti delcev in dispergiranju pigmentov v črnilu za brizgalni tisk.

Bakrov ftalocianin

Ultrazvočna uporaba:
Razgradnja kovinskih ftalocianinov
Bakrov ftalocianin (CuPc) se sonificira z vodo in organskimi topili pri temperaturi okolice in atmosferskem tlaku v prisotnosti oksidanta kot katalizatorja z uporabo ultrazvočne naprave z močjo 500W UIP500hd s pretočno komoro. Intenziteta sonikacije: 37–59 W/cm², vzorčna mešanica: 5 mL vzorca (100 mg/L), 50 vode D/D s kloroformom in piridinom pri 60% ultrazvočne amplitude. Reakcijska temperatura: 20°C pri atmosferskem tlaku.
Stopnja razgradnje do 95% v 50 min. sonikacije.
Priporočena naprava:
UIP500hd

Dibutirilhitin (DBCH)

Ultrazvočna uporaba:
Dolge polimerne makromolekule je mogoče razcepiti s sonikacijo. Ultrazvočno podprto zmanjševanje molske mase omogoča preprečevanje neželenih stranskih reakcij ali izogibanje ločevanju stranskih produktov. Domneva se, da je ultrazvočna razgradnja v nasprotju s kemijsko ali toplotno razgradnjo nenaključen proces, pri katerem razcep poteka približno na sredini molekule. Zato se večje makromolekule razgrajujejo hitreje.
Poskusi so bili izvedeni z uporabo ultrazvočnega generatorja UP200S s sonotrodo S2. Vhodna moč ultrazvočne naprave je bila nastavljena na 150 W. Uporabljene so bile raztopine dibutirilhitina v dimetilacetamidu s koncentracijo dibutirilhitina 0,3 g/100 cm3 in prostornino 25 cm3. Sonotroda (ultrazvočna sonda / rog) je bila potopljena v polimerno raztopino 30 mm pod gladino. Raztopina je bila postavljena v termostatirano vodno kopel, vzdrževano pri 25°C. Vsaka raztopina je bila izpostavljena ultrazvoku vnaprej določen časovni interval. Po tem času je bila raztopina razredčena 3-krat in analizirana s kromatografijo z izključevanjem po velikosti.
Predstavljeni rezultati kažejo, da se dibutirilhitin zaradi močnostnega ultrazvoka ne uniči, vendar pride do razgradnje polimera, ki jo razumemo kot nadzorovano sonokemijsko reakcijo. Zato se ultrazvok lahko uporablja za zmanjševanje povprečne molske mase dibutirilhitina, enako pa velja za razmerje med masno povprečno in številčno povprečno molsko maso. Opažene spremembe se stopnjujejo s povečevanjem moči ultrazvoka in trajanja sonikacije. Tudi začetna molska masa je pomembno vplivala na obseg razgradnje DBCH pri preučevanih pogojih sonikacije: večja kot je začetna molska masa, večja je stopnja razgradnje.
Priporočena naprava:
UP200S
Referenca / raziskovalni članek:
Szumilewicz, J.; Pabin-Szafko, B. (2006): Ultrazvočna razgradnja dibutirilhitina. Polish Chitin Society, monografija XI, 2006. 123-128.

Prah Ferrocine

Ultrazvočna uporaba:
Sonokemijski postopek za pripravo SWNCNTs: Prah silicijevega dioksida (premer 2–5 mm) se doda raztopini 0,01 mol% ferocena v p-ksilenu, nato pa sledi sonikacija z napravo UP200S s sondo s titanovo konico (sonotroda S14). Sonikacija je potekala 20 min. pri sobni temperaturi in atmosferskem tlaku. Z ultrazvočno podprto sintezo so bile na površini prahu silicijevega dioksida proizvedene SWCNTs visoke čistosti.
Priporočena naprava:
UP200S z ultrazvočno sondo S14
Referenca / raziskovalni članek:
Srinivasan C.(2005): ZVOČNA metoda za sintezo enostenskih ogljikovih nanocevk pri pogojih okolice. Current Science 88/ 1, 2005. 12-13.

Elektrofiltrski pepel / metakaolinit

Ultrazvočna uporaba:
Preskus izluževanja: 100mL raztopine za izluževanje je bilo dodanih k 50g trdnega vzorca. Intenziteta sonikacije: največ 85 W/cm² z napravo UP200S v vodni kopeli pri 20°C.
Geopolimerizacija: Suspenzija je bila za geopolimerizacijo mešana z ultrazvočnim homogenizatorjem UP200S . Intenziteta sonikacije je bila največ 85 W/cm². Zaradi hlajenja je sonikacija potekala v kopeli z ledeno vodo.
Uporaba močnostnega ultrazvoka za geopolimerizacijo poveča tlačno trdnost nastalih geopolimerov, trdnost pa se povečuje s podaljševanjem sonikacije do določenega časa. Sonikacija je izboljšala raztapljanje metakaolinita in elektrofiltrskega pepela v alkalnih raztopinah, saj se je v gelsko fazo za polikondenzacijo sprostilo več Al in Si.
Priporočena naprava:
UP200S
Referenca / raziskovalni članek:
Feng, D.; Tan, H.; van Deventer, J. S. J. (2004): Z ultrazvokom izboljšana geopolimerizacija. Journal of Materials Science 39/2, 2004. 571-580

Grafen

Ultrazvočna uporaba:
Čiste grafenske plasti je mogoče proizvajati v velikih količinah, kot so pokazali Stengl in sod. (2011) pri proizvodnji nanokompozita iz nestehiometričnega TiO₂ in grafena s toplotno hidrolizo suspenzije z grafenskimi nanoplastmi in peroksokompleksom titanovega dioksida. Čiste grafenske nanoplasti so bile proizvedene iz naravnega grafita z močnostno sonikacijo z ultrazvočnim procesorjem z močjo 1000W UIP1000hd v visokotlačni komori ultrazvočnega reaktorja pri 5 barg. Za pridobljene grafenske plasti so značilne velika specifična površina in edinstvene elektronske lastnosti. Raziskovalci trdijo, da je kakovost ultrazvočno pripravljenega grafena veliko višja od kakovosti grafena, pridobljenega po Hummerjevi metodi, pri kateri se grafit eksfoliira in oksidira. Ker je mogoče fizikalne pogoje v ultrazvočnem reaktorju natančno nadzorovati in ob predpostavki, da se bo koncentracija grafena kot dopanta spreminjala v območju 1 – 0,001%, je mogoča proizvodnja grafena v kontinuiranem sistemu v komercialnem obsegu.
Priporočena naprava:
UIP1000hd
Referenca / raziskovalni članek:
Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): Nanokompozit TiO2-grafen kot visokozmogljiv fotokatalizator. V: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. str. 25209-25218.
Kliknite tukaj za več informacij o ultrazvočni proizvodnji in pripravi grafena!

Grafenov oksid

Ultrazvočna uporaba:
Plasti grafenovega oksida (GO) so bile pripravljene po naslednjem postopku: 25mg prahu grafenovega oksida je bilo dodanih v 200 ml deionizirane vode. Z mešanjem so dobili nehomogeno rjavo suspenzijo. Nastale suspenzije so bile sonificirane (30 min, 1,3 × 105J), po sušenju (pri 373 K) pa je bil pridobljen ultrazvočno obdelan grafenov oksid. Spektroskopija FTIR je pokazala, da ultrazvočna obdelava ni spremenila funkcionalnih skupin grafenovega oksida.
Priporočena naprava:
UP400S
Referenca / raziskovalni članek:
Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): Vpliv toplotne in ultrazvočne obdelave na nastanek nanoplasti grafenovega oksida. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. str. 1097-1102.
Kliknite tukaj za več informacij o ultrazvočni eksfoliaciji in pripravi grafena!

Dlakavi polimerni nanodelci z razgradnjo poli(vinil alkohola)

Ultrazvočna uporaba:
Preprost enostopenjski postopek, ki temelji na sonokemijski razgradnji vodotopnih polimerov v vodni raztopini v prisotnosti hidrofobnega monomera, vodi do funkcionalnih dlakavih polimernih delcev v serumu brez ostankov. Vse polimerizacije so bile izvedene v 250 mL steklenem reaktorju z dvojno steno, opremljenem s pregradami, temperaturnim senzorjem, magnetno mešalno paličico in ultrazvočnim procesorjem Hielscher US200S (200 W, 24 kHz), opremljenim s titanovo sonotrodo S14 (premer = 14 mm, dolžina = 100 mm).
Raztopina poli(vinil alkohola) (PVOH) je bila pripravljena z raztapljanjem natančno odmerjene količine PVOH v vodi čez noč pri 50°C ob intenzivnem mešanju. Pred polimerizacijo je bila raztopina PVOH prenesena v reaktor, temperatura pa nastavljena na želeno reakcijsko temperaturo. Skozi raztopino PVOH in monomer je bil ločeno 1 uro prepihovan argon. Potrebna količina monomera je bila po kapljicah dodana raztopini PVOH ob intenzivnem mešanju. Nato je bilo prepihovanje tekočine z argonom prekinjeno in začela se je sonikacija z napravo UP200S pri amplitudi 80%. Pri tem je treba poudariti, da uporaba argona služi dvema namenoma: (1) odstranjevanju kisika in (2) nastanku ultrazvočne kavitacije, za katero je potreben. Zato bi bil stalen pretok argona načeloma koristen za polimerizacijo, vendar je prišlo do prekomernega penjenja; s postopkom, ki smo ga uporabili tukaj, smo se tej težavi izognili in zadostoval je za učinkovito polimerizacijo. Vzorci so bili odvzeti v rednih časovnih presledkih za spremljanje pretvorbe z gravimetrijo, porazdelitev molekulskih mas in/ali porazdelitev velikosti delcev.
Priporočena naprava:
US200S
Referenca / raziskovalni članek:
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): Preprosta enostopenjska sonokemična pot do funkcionalnih kosmatih polimernih nanodelcev. Soft Matter, 6, 2010. 2392-2395.

HiPco-SWCNTs

Ultrazvočna uporaba:
Dispergiranje HiPco-SWCNTs z UP400S: V 5 mL viali smo 0,5 mg oksidiranih HiPcoTM SWCNTs (0,04 mmol ogljika) suspendirali v 2 mL deionizirane vode z ultrazvočnim procesorjem UP400S in dobili črno obarvano suspenzijo (0,25 mg/mL SWCNTs). Tej suspenziji smo dodali 1,4 μL raztopine PDDA (20 wt./%, molekulska masa = 100.000-200.000) in zmes 2 minuti mešali z vrtinčnim mešalnikom. Po dodatni 5-minutni sonikaciji v vodni kopeli smo suspenzijo nanocevk centrifugirali pri 5000g 10 minut. Supernatant smo odvzeli za meritve AFM in ga nato funkcionalizirali s siRNA.
Priporočena naprava:
UP400S
Referenca / raziskovalni članek:
Jung, A. (2007): Funkcionalni materiali na osnovi ogljikovih nanocevk. Doktorska disertacija, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

Hidroksiapatitna biokeramika

Ultrazvočna uporaba:
Za sintezo nano-HAP smo v majhno čašo nalili 40 mL raztopine 0,32M Ca(NO₃)² ⋅ 4H₂O. Nato smo pH raztopine s približno 2,5 mL amonijevega hidroksida nastavili na 9,0. Raztopino smo nato sonicirali z ultrazvočnim procesorjem UP50H (50 W, 30 kHz), opremljenim s sonotrodo MS7 (premer ultrazvočnega roga 7mm), pri največji amplitudi 100% 1 uro. Ob koncu prve ure smo nato v prvo raztopino počasi po kapljicah dodali 60 mL raztopine 0,19M [KH₂PO₄] med drugo uro ultrazvočnega obsevanja. Med mešanjem smo preverjali pH in ga vzdrževali pri 9, razmerje Ca/P pa pri 1,67. Raztopino smo nato filtrirali s centrifugiranjem (~2000 g), nastalo belo oborino pa razdelili na več vzorcev za toplotno obdelavo. Pripravili smo dva sklopa vzorcev, prvega z dvanajstimi vzorci za toplotno obdelavo v cevni peči in drugega s petimi vzorci za mikrovalovno obdelavo
Priporočena naprava:
UP50H
Referenca / raziskovalni članek:
Poinern, G. J. E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D.(2011): Toplotni in ultrazvočni vpliv na nastanek hidroksiapatitne biokeramike nanometrskih velikosti. International Journal of Nanomedicine 6, 2011. 2083-2095.

Ultrazvočno zmanjšan in dispergiran kalcijev hidroksiapatit

Anorganski, fulerenom podobni WS₂ nanodelci

Ultrazvočna uporaba:
Sonikacija med elektrodepozicijo anorganskih, fulerenom (IF) podobnih WS₂ nanodelcev v nikljevi matrici omogoča bolj enakomerno in kompaktno prevleko. Poleg tega uporaba ultrazvoka pomembno vpliva na masni odstotek delcev, vgrajenih v kovinsko usedlino. Tako se wt.% delcev IF-WS₂ v nikljevi matrici poveča s 4,5 wt.% (v plasteh, nastalih samo ob mehanskem mešanju) na približno 7 wt.% (v plasteh, pripravljenih s sonikacijo pri ultrazvočni intenziteti 30 W cm^-2 ).
Nanokompozitne prevleke Ni/IF-WS₂ smo elektrolitsko nanesli iz standardne Wattsove nikljeve kopeli, ki smo ji dodali nanodelce industrijske kakovosti IF-WS₂ (anorganski fulereni-WS₂).
Za poskus smo IF-WS₂ dodali Wattsovim nikljevim elektrolitom, suspenzije pa pred poskusi soelektrodepozicije intenzivno mešali z magnetnim mešalnikom (300 rpm) vsaj 24 h pri sobni temperaturi. Neposredno pred postopkom elektrodepozicije smo suspenzije 10 min. ultrazvočno predobdelali, da bi preprečili aglomeracijo. Za ultrazvočno obsevanje smo uporabili ultrazvočni sonikator UP200S s sondo in sonotrodo S14 (premer konice 14 mm), nastavljen na amplitudo 55%.
Za poskuse soelektrodepozicije smo uporabili valjaste steklene celice s prostornino 200 mL. Prevleke smo nanesli na ravne komercialne katode iz nizkoogljičnega jekla (kakovost St37) s površino 3cm². Anoda je bila folija iz čistega niklja (3cm²), nameščena ob strani posode, nasproti katodi. Razdalja med anodo in katodo je bila 4cm. Podlage smo razmastili, sprali s hladno destilirano vodo, aktivirali v 15% raztopini HCl (1 min.) in znova sprali z destilirano vodo. Soelektrodepozicijo smo izvajali pri konstantni gostoti toka 5,0 A dm^-2 1 h z uporabo enosmernega napajalnika (5 A/30 V, BLAUSONIC FA-350). Da bi ohranili enakomerno koncentracijo delcev v celotni raztopini, smo med elektrodepozicijo uporabili dva načina mešanja: mehansko mešanje z magnetnim mešalnikom (ω = 300 rpm), nameščenim na dnu celice, in sonikacijo z ultrazvočno napravo s sondo UP200S. Ultrazvočno sondo (sonotrodo) smo od zgoraj neposredno potopili v raztopino in jo natančno namestili med delovno in protielektrodo tako, da ni prihajalo do zaslanjanja. Intenziteto ultrazvoka, usmerjenega v elektrokemični sistem, smo spreminjali z uravnavanjem ultrazvočne amplitude. V tej raziskavi smo amplitudo nihanja v neprekinjenem načinu nastavili na 25, 55 in 75%, kar je ustrezalo ultrazvočnim intenzitetam 20, 30 in 40 W cm^-2 v navedenem zaporedju, izmerjenim s procesorjem, povezanim z merilnikom ultrazvočne moči (Hielscher Ultrasonics). Temperaturo elektrolita smo s termostatom vzdrževali pri 55◦C. Temperaturo smo izmerili pred vsakim poskusom in po njem. Povišanje temperature zaradi ultrazvočne energije ni preseglo 2–4◦C. Po elektrolizi smo vzorce 1 min. ultrazvočno čistili v etanolu, da bi s površine odstranili šibko adsorbirane delce.
Priporočena naprava:
UP200S z ultrazvočnim rogom / sonotrodo S14
Referenca / raziskovalni članek:
García-Lecina, E.; García-Urrutia, I.; Díeza, J.A.; Fornell, B.; Pellicer, E.; Sort, J. (2013): Soelektrodepozicija anorganskih, fulerenom podobnih nanodelcev WS2 v elektrodeponirano nikljevo matrico pod vplivom ultrazvočnega mešanja. Electrochimica Acta 114, 2013. 859-867.

Sinteza lateksa

Ultrazvočna uporaba:
Priprava lateksa P(St-BA)
Delce lateksa P(St-BA) iz poli(stiren-r-butil akrilata) P(St-BA) smo sintetizirali z emulzijsko polimerizacijo v prisotnosti površinsko aktivne snovi DBSA. Najprej smo v trivratni bučki raztopili 1 g DBSA v 100 mL vode in pH raztopine nastavili na 2,0. Zmes monomerov 2,80 g St in 8,40 g BA z iniciatorjem AIBN (0,168 g) smo vlili v raztopino DBSA. Emulzijo O/W smo pripravili z magnetnim mešanjem 1 h, ki mu je sledila sonikacija z napravo UIP1000hd , opremljeno z ultrazvočnim rogom (sondo / sonotrodo), še nadaljnjih 30 min v ledeni kopeli. Nazadnje smo polimerizacijo izvajali pri 90degC v oljni kopeli 2 h v dušikovi atmosferi.
Priporočena naprava:
UIP1000hd
Referenca / raziskovalni članek:
Izdelava prožnih prevodnih plasti iz poli(3,4-etilendioksitiofena)epoli(stirensulfonske kisline) (PEDOT:PSS) na podlagi iz netkanega blaga. Materials Chemistry and Physics 143, 2013. 143-148.
Kliknite tukaj za več informacij o sonosintezi lateksa!

Odstranjevanje svinca (sonoizluževanje)

Ultrazvočna uporaba:
Ultrazvočno izluževanje svinca iz onesnaženih tal:
Poskuse ultrazvočnega izluževanja smo izvajali z ultrazvočno napravo UP400S s titanovo ultrazvočno sondo (premer 14mm), ki deluje pri frekvenci 20kHz. Ultrazvočno sondo (sonotrodo) smo kalorimetrično umerili, pri čemer smo ultrazvočno intenziteto za vse poskuse sonoizluževanja nastavili na 51 ± 0,4 W cm^-2 . Poskuse sonoizluževanja smo termostatirali pri 25 ± 1°C z uporabo steklene celice z ravnim dnom in plaščem. Za raztopine za izluževanje tal (0,1L) med sonikacijo smo uporabili tri sisteme: 6 mL raztopine ocetne kisline s koncentracijo 0,3 mol L^-2 (pH 3,24), 3% (v/v) raztopino dušikove kisline (pH 0,17) in pufer ocetna kislina/acetat (pH 4,79), pripravljen z mešanjem 60mL ocetne kisline s koncentracijo 0,3 mol L^-1 z 19 mL raztopine NaOH s koncentracijo 0,5 mol L^-1 . Po postopku sonoizluževanja smo vzorce filtrirali s filtrirnim papirjem, da bi raztopino izlužka ločili od tal, nato pa izvedli elektrodepozicijo svinca iz raztopine izlužka in razklop tal po uporabi ultrazvoka.
Ultrazvok se je izkazal za dragoceno orodje za izboljšanje izluževanja svinca iz onesnaženih tal. Ultrazvok je tudi učinkovita metoda za skoraj popolno odstranjevanje izlužljivega svinca iz tal, zaradi česar so tla precej manj nevarna.
Priporočena naprava:
UP400S s sonotrodo H14
Referenca / raziskovalni članek:
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007): Kombinacija ultrazvočnega izluževanja in elektrokemijske obdelave za odstranjevanje svinca iz tal. Journal of New Materials for Electrochemical Systems 10, 2007. 195-199.

Priprava suspenzij nanodelcev

Ultrazvočna uporaba:
Za pripravo suspenzij nanodelcev so uporabili praške neprevlečenih nTiO2 (5nm po meritvah s transmisijsko elektronsko mikroskopijo (TEM)) in nZnO (20nm po meritvah s TEM) ter s polimerom prevlečenih nTiO2 (3–4nm po meritvah s TEM) in nZnO (3–9nm po meritvah s TEM). Kristalna oblika nanodelcev je bila pri nTiO2 anatazna, pri nZnO pa amorfna.
V 250mL čašo, ki je vsebovala nekaj kapljic deionizirane (DI) vode, so natehtali 0,1 g praška nanodelcev. Nanodelce so nato premešali z lopatico iz nerjavnega jekla, čašo z DI vodo napolnili do 200 mL, premešali in nato 60 s sonikirali pri 90% amplitudi z ultrazvočnim procesorjem podjetja Hielscher UP200S , pri čemer so dobili osnovno suspenzijo s koncentracijo 0,5 g/L. Vse osnovne suspenzije so hranili največ dva dni pri 4°C.
Priporočena naprava:
UP200S ali UP200St
Referenca / raziskovalni članek:
Petosa, A. R. (2013): Transport, odlaganje in agregacija nanodelcev kovinskih oksidov v nasičenih zrnatih poroznih medijih: vloga kemijskih lastnosti vode, površine kolektorja in prevleke delcev. Doktorska disertacija, Univerza McGill, Montreal, Quebec, Kanada 2013. 111-153.
Kliknite tukaj za več informacij o ultrazvočnem dispergiranju nanodelcev!

Obarjanje nanodelcev magnetita

Ultrazvočna uporaba:
Nanodelci magnetita (Fe₃O₄) se proizvajajo s soobarjanjem vodne raztopine železovega(III) klorida heksahidrata in železovega(II) sulfata heptahidrata z molskim razmerjem Fe3+/Fe2+ = 2:1. Raztopina železa se obarja s koncentriranim amonijevim hidroksidom oziroma natrijevim hidroksidom. Reakcija obarjanja poteka med ultrazvočnim obsevanjem, pri čemer se reaktanti dovajajo skozi kavitacijsko območje v komori ultrazvočnega pretočnega reaktorja. Da bi preprečili kakršen koli gradient pH, je treba obarjalno sredstvo črpati v presežku. Porazdelitev velikosti delcev magnetita so izmerili s fotonsko korelacijsko spektroskopijo. Mešanje, ki ga povzroča ultrazvok, zmanjša povprečno velikost delcev z 12–14 nm na približno 5–6 nm.
Priporočena naprava:
UIP1000hd z reaktorjem s pretočno celico
Referenca / raziskovalni članek:
Banert, T.; Horst, C.; Kunz, U., Peuker, U. A. (2004): Kontinuirno obarjanje v ultrazvočnem pretočnem reaktorju na primeru železovega(II,III) oksida. ICVT, TU-Clausthal. Poster, predstavljen na letnem srečanju GVC 2004.
Banert, T.; Brenner, G.; Peuker, U. A. (2006): Obratovalni parametri kontinuirnega sonokemičnega reaktorja za obarjanje. Zbornik 5. WCPT, Orlando Fl., 23.–27. April 2006.
Kliknite tukaj za več informacij o ultrazvočnem obarjanju!

Nikljevi praški

Ultrazvočna uporaba:
Priprava suspenzije nikljevih praškov s polielektrolitom pri bazičnem pH (za preprečevanje raztapljanja in spodbujanje nastajanja z NiO obogatenih zvrsti na površini), polielektrolitom na akrilni osnovi in tetrametilamonijevim hidroksidom (TMAH).
Priporočena naprava:
UP200S
Referenca / raziskovalni članek:
Mora, M.; Lennikov, V.; Amaveda, H.; Angurel, L. A.; de la Fuente, G. F.; Bona, M. T.; Mayoral, C.; Andres, J. M.; Sanchez-Herencia, J. (2009): Izdelava superprevodnih prevlek na konstrukcijskih keramičnih ploščicah. Applied Superconductivity 19/ 3, 2009. 3041-3044.

PbS – sinteza nanodelcev svinčevega sulfida

Ultrazvočna uporaba:
Pri sobni temperaturi so 0,151 g svinčevega acetata (Pb(CH3COO)2.3H2O) in 0,03 g TAA (CH3CSNH2) dodali v 5mL ionske tekočine, [EMIM] [EtSO4], in 15mL dvakrat destilirane vode v 50mL čaši, ki so jo izpostavili ultrazvočnemu obsevanju z napravo UP200S za 7 min. Konico ultrazvočne sonde / sonotrode S1 so potopili neposredno v reakcijsko raztopino. Nastalo temno rjavo suspenzijo so centrifugirali, da bi izločili oborino, in jo dvakrat sprali z dvakrat destilirano vodo oziroma etanolom, da bi odstranili nezreagirane reagente. Za preučitev vpliva ultrazvoka na lastnosti produktov so pripravili še en primerjalni vzorec, pri čemer so ohranili enake reakcijske parametre, le da so produkt pripravili z neprekinjenim mešanjem 24 h brez ultrazvočnega obsevanja.
Za pripravo nanodelcev PbS so predlagali ultrazvočno podprto sintezo v vodni ionski tekočini pri sobni temperaturi. Ta okolju prijazna zelena metoda pri sobni temperaturi je hitra in ne zahteva predloge, kar občutno skrajša čas sinteze in omogoča izogibanje zapletenim sinteznim postopkom. Tako pripravljeni nanogrozdi kažejo izjemno velik modri premik 3,86 eV, ki ga je mogoče pripisati zelo majhni velikosti delcev in učinku kvantne omejitve.
Priporočena naprava:
UP200S
Referenca / raziskovalni članek:
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008): Preprosta priprava in karakterizacija nanodelcev PbS pri sobni temperaturi v vodni ionski tekočini [EMIM][EtSO4] z ultrazvočnim obsevanjem. Bulletin of Korean Chemical Society 29/ 1, 2008. 53-56.

Prečiščene nanocevke

Ultrazvočna uporaba:
Prečiščene nanocevke so nato suspendirali v 1,2-dikloroetanu (DCE) s sonikacijo z visokozmogljivo ultrazvočno napravo UP400S, 400W, 24 kHz) v pulznem načinu (cikli), da so dobili črno suspenzijo. Snope aglomeriranih nanocevk so nato odstranili s centrifugiranjem 5 minut pri 5000 rpm.
Priporočena naprava:
UP400S
Referenca / raziskovalni članek:
Witte, P. (2008): Amfifilni fulereni za biomedicinske in optoelektronske uporabe. Doktorska disertacija, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2008.

Kompozit SAN/CNTs

Ultrazvočna uporaba:
Za dispergiranje CNTs v matrici SAN so uporabili Hielscher UIS250V s sonotrodo za sonikacijo s sondo. Najprej so CNTs dispergirali v 50mL destilirane vode s sonikacijo približno 30 min. Za stabilizacijo raztopine so dodali SDS v deležu ~1% raztopine. Nato so dobljeno vodno disperzijo CNTs združili s polimerno suspenzijo, jo 30 min. mešali z mehanskim mešalom Heidolph RZR 2051 in nato ponovno sonikirali 30 min. Za analizo so disperzije SAN z različnimi koncentracijami CNTs vlili v teflonske kalupe in jih sušili pri temperaturi okolice 3–4 dni.
Priporočena naprava:
UIS250v
Referenca / raziskovalni članek:
Bitenieks, J.; Meri, R. M.; Zicans, J.; Maksimovs, R.; Vasile, C.; Musteata, V. E. (2012): Nanokompoziti stiren–akrilat/ogljikove nanocevke: mehanske, toplotne in električne lastnosti. V: Proceedings of the Estonian Academy of Sciences 61/ 3, 2012. 172–177.

Nanoprašek silicijevega karbida (SiC)

Ultrazvočna uporaba:
Nanoprašek silicijevega karbida (SiC) so deaglomerirali in porazdelili v raztopini barve v tetrahidrofuranu z napravo Hielscher UP200S , visokozmogljivim ultrazvočnim procesorjem, ki je deloval pri gostoti akustične moči 80 W/cm². Deaglomeracijo SiC so sprva izvajali v čistem topilu z nekaj detergenta, nato pa so postopoma dodajali porcije barve. Celoten postopek je trajal 30 minut pri vzorcih, pripravljenih za nanašanje s potapljanjem, oziroma 60 minut pri vzorcih, pripravljenih za sitotisk. Med sonikacijo so zagotovili ustrezno hlajenje zmesi, da bi preprečili vrenje topila. Po sonikaciji so tetrahidrofuran odparili v rotacijskem uparjalniku in zmesi dodali utrjevalec, da bi dobili ustrezno viskoznost za tiskanje. Koncentracija SiC v nastalem kompozitu je bila pri vzorcih, pripravljenih za nanašanje s potapljanjem, 3% wt. Za sitotisk so pripravili dve seriji vzorcev z vsebnostjo SiC 1 – 3% wt za predhodne preskuse obrabe in trenja ter 1,6 – 2,4% wt za natančno prilagoditev kompozitov na podlagi rezultatov preskusov obrabe in trenja.
Priporočena naprava:
UP200S
Referenca / raziskovalni članek:
Celichowski G.; Psarski M.; Wiśniewski M. (2009): Elastični napenjalnik preje s prekinjenim vzorcem nanokompozita za zaščito pred obrabo. Fibres & Textiles in Eastern Europe 17/ 1, 2009. 91-96.

SWNT – enostenske ogljikove nanocevke

Ultrazvočna uporaba:
Sonokemična sinteza: 10 mg SWNT in 30ml raztopine 2%MCB 10 mg SWNT in 30ml raztopine 2%MCB, UP400S Intenziteta sonikacije: 300 W/cm2, trajanje sonikacije: 5h
Priporočena naprava:
UP400S
Referenca/raziskovalni članek:
Koshio, A.; Yudasaka, M.; Zhang, M.; Iijima, S. (2001): Preprost način za kemijsko reakcijo enostenskih ogljikovih nanocevk z organskimi materiali z uporabo sonikacije. Nano Letters 1/ 7, 2001. 361–363.

Tiolirane SWCNTs

Ultrazvočna uporaba:
25 mg tioliranih SWCNTs (2,1 mmol ogljika) so suspendirali v 50 mL deionizirane vode z uporabo ultrazvočnega procesorja z močjo 400W (UP400S). Nato so suspenzijo dodali sveže pripravljeni raztopini Au(NP) in zmes mešali 1h. Au(NP)-SWCNTs so izločili z mikrofiltracijo (celulozni nitrat) in temeljito sprali z deionizirano vodo. Filtrat je bil rdeče barve, saj so majhni Au(NP) (povprečni premer ≈ 13 nm) lahko učinkovito prehajali skozi filtrirno membrano (velikost por 0,2μm).
Priporočena naprava:
UP400S
Referenca/raziskovalni članek:
Jung, A. (2007): Funkcionalni materiali na osnovi ogljikovih nanocevk. Doktorska disertacija, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

TiO₂ / perlitni kompozit

Ultrazvočna uporaba:
Pripravili so kompozitne materiale TiO2 /perlit. Najprej so 5 mL titanovega izopropoksida (TIPO), Aldrich 97%, raztopili v 40 mL etanola, Carlo Erba, in mešali 30 min. Nato so dodali 5 g perlita in disperzijo mešali 60 min. Zmes so dodatno homogenizirali z ultrazvočnim sonikatorjem s sondo UIP1000hd. Med sonikacijo, ki je trajala 2 min, so vnesli skupno 1 Wh energije. Nazadnje so suspenzijo razredčili z etanolom, da so dobili 100 mL suspenzije, dobljeno tekočino pa so poimenovali raztopina prekurzorja (PS). Pripravljena PS je bila pripravljena za obdelavo v sistemu za plamensko razpršilno pirolizo.
Priporočena naprava:
UIP1000hd
Referenca/raziskovalni članek:
Giannouri, M.; Kalampaliki, Th.; Todorova, N.; Giannakopoulou,T.; Boukos, N.; Petrakis, D.; Vaimakis, T.; Trapalis, C. (2013): Enostopenjska sinteza kompozitov TiO2/perlit s plamensko razpršilno pirolizo in njihovo fotokatalitsko obnašanje. International Journal of Photoenergy 2013.

Močan ultrazvok, vnesen v tekočine, ustvarja intenzivno kavitacijo. Ekstremni kavitacijski učinki ustvarjajo suspenzije finih praškov z velikostmi delcev v submikrometrskem in nanometrskem območju. Poleg tega se aktivira površina delcev. Udarci mikrocurkov in udarnih valov ter trki med delci bistveno vplivajo na kemijsko sestavo in fizikalno morfologijo trdnih snovi, kar lahko močno poveča kemijsko reaktivnost tako organskih polimerov kot anorganskih trdnih snovi.

“Ekstremne razmere v sesedajočih se mehurčkih ustvarjajo zelo reaktivne kemijske zvrsti, ki jih je mogoče uporabiti za različne namene, na primer za iniciacijo polimerizacije brez dodanih iniciatorjev. Drug primer je sonokemični razkroj hlapnih organokovinskih prekurzorjev v topilih z visokim vreliščem, pri katerem nastajajo nanostrukturirani materiali različnih oblik z visoko katalitsko aktivnostjo. S tem splošnim postopkom je mogoče pripraviti nanostrukturirane kovine, zlitine, karbide in sulfide, nanometrske koloide ter nanostrukturirane katalizatorje na nosilcih.”

[Suslick/ Price 1999: 323]

Literatura/reference

• Suslick, K. S.; Price, G. J. (1999): Uporaba ultrazvoka v kemiji materialov. 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): Eksfoliirani CrPS4 z obetavno fotoprevodnostjo. Small, letnik 16, številka 1. January 9, 2020.
• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentacija molekulskih kristalov. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
• Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Toplotni in ultrazvočni vpliv na nastanek hidroksiapatitne biokeramike nanometrskih dimenzij. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.