Ultrasonication z visoko močjo lahko učinkovito in zanesljivo razčleni delce strdi in celo razpade primarne delce. Zaradi visoke zmogljivosti disperzije se ultrasonikatorji tipa sonde uporabljajo kot prednostna metoda za ustvarjanje homogenih nanodelnih vzmetenja.

Zanesljivo Nanodelec Dispersion z Ultrasonication

Mnoge industrije zahtevajo pripravo vzmetenja, ki so naloženi nanodelci. Nanodelci so trdne snovi z velikostjo delcev manj kot 100nm. Zaradi velikosti minutnih delcev nanodelec izraža edinstvene lastnosti, kot so izjemna trdnost, trdota, optične lastnosti, duktilnost, UV odpornost, prevodnost, električne in elektromagnetne (EM) lastnosti, antikorozivnost, odpornost na praske in druge izjemne lastnosti.
Visoko intenzivnost, nizko frekvenčni ultrazvok ustvarja intenzivno akustično kavitacijo, za katero so značilni ekstremni pogoji, kot so štrleče sile, zelo visoki pritisk in temperaturni razlikoli, ter turbulence. Te kavitacialne sile pospešijo delce, ki povzročajo trke med delci in posledično raztresejo delce. Zato se pridobijo nanostrukturiran materiali z ozko krivuljo velikosti delcev in enotno porazdelitvijo.
Ultrazvočna razpršilna oprema je primerna za zdravljenje vseh vrst nanomaterialov v vodi in organskih topilih, z nizkimi do zelo visokimi viskoznostmi.

Ultrazvočna disperzija ogljikovih nanocevk

Ultrazvočni razpršilci se pogosto uporabljajo za razpršanje ogljikovih nanocevk (CNT). Sonication je zanesljiva metoda za detangle in razpršitve enostene ogljikove nanocevke (SWCNTs) kot tudi večstenske ogljikove nanocevke (MWCNT). Na primer, da bi proizvedli visoko prevodni termoplastični polimer, visoko čistost (> 95%) Nanocil® 3100 (MWCNT; zunanji premer 9,5 nm; čistost 95 +%) so bili ultrazvočno razpršeni s Hielscher UP200S za 30min. pri sobni temperaturi. Ultrazvočno razpršen nanocil® 3100 MWCNTs v koncentraciji 1% w/w v epoksi smoli je pokazal vrhunsko prevodnost približno 1,5 × 10-2 S /m.

Ultrazvočna disperzija nikljevih nanodelcev

Nanodelci niklja se lahko uspešno proizvajajo z ultrazvočno-assited sintezo redukcije hidravzina. Sintezna pot redukcije hidravzina omogoča TP pripraviti čisti kovinski niklov nanodelec s sferno obliko s kemičnim zmanjšanjem niklovega klorida s hidravzinom. Raziskovalna skupina adáma je pokazala, da ultrasonication – z uporabo Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – vzdrževati povprečno primarno velikost kristalita (7–8 nm) neodvisno od uporabljene temperature, medtem ko bi uporaba intenzivnih in krajših obdobij sonikacije lahko zmanjšala solvodinamske premere sekundarnih, združenih delcev s 710 nm na 190 nm, če ne bi bilo površinsko aktivna snov. Najvišjo kislost in katalitično aktivnost so merili za nanodelce, pripravljene z blago (30 W izhodno močjo) in neprekinjeno ultrazvočno obdelavo. Katalitično vedenje nanodelcev je bilo preizkušeno v navzkrižni reakciji Suzuki-Miyaura v petih vzorcih, pripravljenih na običajnih in ultrazvočnih načinih. Ultrazvočno pripravljeni katalizovalci so se običajno bolje izvajali, najvišjo katalitično aktivnost pa so merili nad nanodelci, pripravljenimi pod nizko močjo (30 W) neprekinjeno sonication.
Ultrazvočno zdravljenje je odločilno vplivalo na težnjo združevanja nanodelcev: vpliv defragmentacije uničenih kavitacijskih praznin z močnim prenosom mase bi lahko premagal privlačno elektrostatiko uničenih kavitacijskih praznin z močnim prenosom mase, lahko premagal privlačne elektrostatike in van der Waals sile med delci.
(prim. Adám et al. 2020)

Ultrazvočna sinteza wollastonite nanodelcev

Wollastonite je kalcijev inosilikat mineral s kemijsko formulo CaSiO3 Wollastonite se pogosto uporablja kot sestavni del za proizvodnjo cementa, stekla, opeke in ploščic v gradbeni industriji, kot tok v litje jekla, kot tudi dodatek pri proizvodnji premazov in barv. Na primer, wollastonite zagotavlja okrepitev, ojačenje, nizko absorpcijo olja in druge izboljšave. Za pridobitev odličnih ojačevalne lastnosti wollastonite, nano-lestvica deagglomeration in enotna disperzija so bistvenega pomena.
Dordane in Doroodmand (2021) sta v študijah dokazala, da je ultrazvočna disperzija zelo pomemben dejavnik, ki znatno vpliva na velikost in morfologijo nanodelcev wollastonita. Za oceno prispevka sonication na wollastonite nano-disperzija, raziskovalna ekipa sintetizirajo wollastonite nanodelci z in brez uporabe visoko moč ultrazvočnih. Za poskuse sonikacije so raziskovalci uporabili ultrazvočni procesor UP200H (Hielscher Ultrasonics) frekvenco 24 kHz za 45,0 min. Rezultati ultrazvočne nano-disperzije so prikazani v sem visoke ločljivosti spodaj. Slika SEM jasno kaže, da je vzorec wollastonita pred ultrazvočnim zdravljenjem aglomeriran in združen; po sonikacije z UP200H ultrasonicator povprečna velikost delcev wollastonite je približno 10nm. Študija dokazuje, da je ultrazvočna disperzija zanesljiva in učinkovita tehnika za sintezo vollastonitovih nanodelcev. Povprečno velikost nanodelcev je mogoče nadzorovati z nastavitvijo ultrazvočnih procesnih parametrov.
(prim. Dordane in Doroodmand, 2021)

SEM slike nanodelcev wollastonita (A) pred in (B) po ultrasonikacijo z uporabo UP200H Ultrasonic Processor 45,0 min.
Študija in slika: ©Dordane in Doroodmand, 2021.

Ultrazvočni nanofiller disperzija

Sonication je vsestranska metoda za razprščevanje in deaglomeracijo nanofillerjev v tekočinah in blatu, npr. polimerih, epoksi smolah, trdnjavah, termoplastiki itd. Zato se sonifikacija pogosto uporablja kot zelo učinkovita metoda disperzije v R&D in industrijska proizvodnja.
Zanghellini et al. (2021) je raziskoval ultrazvočno disperzijo tehniko za nanofillerje v epoksi smoli. Lahko bi dokazal, da je sonication lahko razpršil majhne in visoke koncentracije nanofillerjev v polimerno matriko.
Primerjava različnih formulacij, 0,5 wt% oksidiranega CNT-a je pokazala najbolje rezultate od vseh soniciranih vzorceva, usled česar se u uporedljivom dometu od tri rolnica proizvedena vzorca, dobro vezanje za čtiv, oblikovanje perkolacijska mreža u notranjosti disperzije, ukaže na stabilnost od sedimentacije i tako na pravilno dolgoročno stabilnost. Višje količine polnila so pokazale podobne dobre rezultate, pa tudi oblikovanje bolj omrežnih internih omrežij, pa tudi nekoliko večjih strnjenih. Celo ogljikove nanofibre (CNF) se lahko uspešno razpršijo prek sonikacije. Neposredno disperzijo nanofillerjev v sistemih trdega dela brez dodatnih topil smo uspešno dosegli, zato je mogoče ovrednoteti kot veljavno metodo za preprosto in naravnost disperzijo z možnostjo industrijske uporabe. (prim. Zanghellini et al., 2021)

Primerjava različnih nanofillerjev, razpršenih v trdnjavi z ultrasonikacijo tipa sonde): (a) 0,5 wt% ogljikovega nanofiberja (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxid; (c) 0,5 wt% ogljikove nanocevke (CNT); (d) 0,5 wt% CNT pol-razpršen.
Študija in slika: ©Zanghellini et al., 2021

Ultrazvočna disperzija nanodelcev – Znanstveno dokazano za superiornost

Raziskave v številnih sofisticiranih študijah kažejo, da je ultrazvočna disperzija ena od vrhunskih tehnik za deaglomeracijo in distribucijo nanodelcev tudi pri visoki koncentraciji v tekočinah. Na primer, Vikash (2020) preučiti razpršenost visoke obremenitve nano-silicijevih v viskozno tekočino z uporabo Hielscher ultrazvočni razpršilnik UP400S. V svoji študiji pride do zaključka, da je »stabilno in enotno disperzijo nanodelcev mogoče doseči z ultra-sonication napravo pri visokem trdnem nalaganju v viskozno tekočino«. [Vikash, 2020]

Ultrazvočni procesorji visoke zmogljivosti za disperzijo nanodelcev

Hielscher Ultrasonics je vaš zaupanja vreden dobavitelj za zanesljivo visoko zmogljivo ultrazvočno opremo od laboratorija in pilota do polno-industrijskih sistemov. Hielscher Ultrasonics’ naprave so prefinjena strojna oprema, pametna programska oprema in izjemna prijaznost uporabnika – izdelani in izdelani v Nemčiji. Hielscherjevi robustni ultrazvočni stroji za disperzijo, deaglomeracijo, sintezo nanodelcev in funkcionalnost lahko upravljate 24/7/365 pod polno obremenitvijo. Odvisno od vašega procesa in proizvodnega obrata lahko naše ultrazvočne stroje izvajamo v paketnem ali neprekinjenem načinu. Na voljo so različni dodatki, kot so sonotrodi (ultrazvočne sonde), booster rogovi, pretočna celica in reaktorji.
Kontaktirajte nas zdaj, da bi dobili več tehničnih informacij, znanstvenih študij, protokolov in citat za naše ultrazvočne nano-disperzije sistemov! Naše dobro usposobljeno, dolgo izkušeno osebje bo z veseljem razpravljalo o vaši nano-aplikaciji z vami!

V spodnji tabeli vam daje podatek o približni zmogljivosti obdelave naših ultrasonicators: