Dispersion i besueshëm i nanogrimcave për aplikime industriale

Trajtimi me ultratinguj me fuqi të lartë mund të shpërbëjë në mënyrë efikase dhe të besueshme aglomeratet e grimcave dhe madje të copëtojë grimcat parësore. Për shkak të performancës së tyre të lartë në dispersion, pajisjet me ultratinguj të tipit sondë përdoren si metodë e parapëlqyer për të krijuar suspensione homogjene të nanogrimcave.

Dispersion i besueshëm i nanogrimcave me trajtim me ultratinguj

Shumë industri kërkojnë përgatitjen e suspensioneve të ngarkuara me nanogrimca. Nanogrimcat janë lëndë të ngurta me madhësi grimcash më të vogël se 100nm. Për shkak të madhësisë tepër të vogël të grimcave, nanogrimcat shfaqin veti unike, si rezistencë mekanike e jashtëzakonshme, fortësi, karakteristika optike, duktilitet, rezistencë ndaj rrezatimit UV, përçueshmëri, veti elektrike dhe elektromagnetike (EM), rezistencë ndaj korrozionit, rezistencë ndaj gërvishtjeve dhe karakteristika të tjera të jashtëzakonshme.
Ultratingujt me intensitet të lartë dhe frekuencë të ulët krijojnë kavitacion akustik intensiv, i cili karakterizohet nga kushte ekstreme, si forca prerëse, diferenca shumë të mëdha presioni dhe temperature, si dhe turbulenca. Këto forca kavitacioni i përshpejtojnë grimcat, duke shkaktuar përplasje ndërmjet tyre dhe, si rrjedhojë, thërrmimin e tyre. Për pasojë, përftohen materiale të nanostrukturuara me një kurbë të ngushtë të shpërndarjes së madhësisë së grimcave dhe një shpërndarje uniforme.
Pajisjet e dispersionit me ultratinguj janë të përshtatshme për trajtimin e çdo lloji nanomateriali në ujë dhe tretës organikë, me viskozitete nga të ulëta deri në shumë të larta.

Dispersioni i nanotubave të karbonit me ultratinguj

Pajisjet e dispersionit me ultratinguj përdoren gjerësisht për dispersionin e nanotubave të karbonit (CNTs). Trajtimi me ultratinguj është një metodë e besueshme për të çngatërruar dhe dispersuar nanotubat e karbonit me një mur (SWCNTs), si dhe nanotubat e karbonit me shumë mure (MWCNTs). Për shembull, për të prodhuar një polimer termoplastik me përçueshmëri të lartë, Nanocyl® 3100 me pastërti të lartë (> 95%) (MWCNTs; diametër i jashtëm 9,5 nm; pastërti 95 +%) është dispersuar me ultratinguj me Hielscher UP200S për 30min. në temperaturën e dhomës. Nanotubat MWCNTs Nanocyl® 3100 të dispersuar me ultratinguj, në një përqendrim prej 1% w/w në rrëshirën epokside, shfaqën përçueshmëri superiore prej afërsisht 1,5 × 10-2 S /m.

Dispersioni i nanogrimcave të nikelit me ultratinguj

Nanogrimcat e nikelit mund të prodhohen me sukses nëpërmjet sintezës me reduktim me hidrazinë të asistuar nga ultratingujt. Rruga e sintezës me reduktim me hidrazinë mundëson përgatitjen e nanogrimcave sferike të nikelit metalik të pastër nëpërmjet reduktimit kimik të klorurit të nikelit me hidrazinë. Grupi kërkimor i Adám demonstroi se trajtimi me ultratinguj – duke përdorur pajisjen Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – ishte në gjendje të ruante një madhësi mesatare të kristaliteve primare (7–8 nm) pavarësisht nga temperatura e aplikuar, ndërsa përdorimi i periudhave më të shkurtra dhe intensive të sonikimit mund të zvogëlonte diametrat solvodinamikë të grimcave sekondare të agreguara nga 710 nm në 190 nm në mungesë të çdo lënde tensioaktive. Aciditeti dhe aktiviteti katalitik më i lartë u matën për nanogrimcat e përgatitura me trajtim të butë (fuqi dalëse 30 W) dhe të vazhdueshëm me ultratinguj. Sjellja katalitike e nanogrimcave u testua në një reaksion çiftëzimi të kryqëzuar Suzuki-Miyaura në pesë mostra të përgatitura si me metodat konvencionale, ashtu edhe me ato me ultratinguj. Katalizatorët e përgatitur me ultratinguj zakonisht shfaqën performancë më të mirë dhe aktiviteti katalitik më i lartë u mat për nanogrimcat e përgatitura me sonikim të vazhdueshëm me fuqi të ulët (30 W).
Trajtimi me ultratinguj pati efekte vendimtare në prirjen e nanogrimcave për agregim: ndikimi defragmentues i zgavrave të shkatërruara të kavitacionit, së bashku me transferimin intensiv të masës, mund të kapërcente forcat tërheqëse elektrostatike të zgavrave të shkatërruara të kavitacionit, së bashku me transferimin intensiv të masës, mund të kapërcente forcat tërheqëse elektrostatike dhe të van der Waals-it ndërmjet grimcave.
(shih Adám et al. 2020)

Sinteza me ultratinguj e nanogrimcave të vollastonitit

Vollastoniti është një mineral inosilikat kalciumi me formulën kimike CaSiO3. Vollastoniti përdoret gjerësisht si përbërës për prodhimin e çimentos, qelqit, tullave dhe pllakave në industrinë e ndërtimit, si fluks në derdhjen e çelikut, si dhe si aditiv në prodhimin e veshjeve dhe bojërave. Për shembull, vollastoniti siguron përforcim, ngurtësim, përthithje të ulët të vajit dhe përmirësime të tjera. Për të përftuar veti të shkëlqyera përforcuese të vollastonitit, janë thelbësore deaglomerimi në shkallë nanometrike dhe dispergimi i njëtrajtshëm.
Dordane dhe Doroodmand (2021) demonstruan në studimet e tyre se dispergimi me ultratinguj është një faktor shumë i rëndësishëm që ndikon ndjeshëm në madhësinë dhe morfologjinë e nanogrimcave të vollastonitit. Për të vlerësuar kontributin e sonikimit në nanodispergimin e vollastonitit, ekipi kërkimor sintetizoi nanogrimca vollastoniti me dhe pa aplikimin e ultratingujve me fuqi të lartë. Për provat e sonikimit, studiuesit përdorën procesorin me ultratinguj UP200H (Hielscher Ultrasonics) me një frekuencë prej 24 kHz për 45,0 min. Rezultatet e nanodispergimit me ultratinguj paraqiten në imazhin SEM me rezolucion të lartë më poshtë. Imazhi SEM tregon qartë se mostra e vollastonitit përpara trajtimit me ultratinguj është e aglomeruar dhe e agreguar; pas sonikimit me aparatin me ultratinguj UP200H, madhësia mesatare e grimcave të vollastonitit është afërsisht 10nm. Studimi demonstron se dispergimi me ultratinguj është një teknikë e besueshme dhe efikase për sintetizimin e nanogrimcave të vollastonitit. Madhësia mesatare e nanogrimcave mund të kontrollohet duke rregulluar parametrat e përpunimit me ultratinguj.
(shih Dordane dhe Doroodmand, 2021)

Imazhe SEM të nanogrimcave të vollastonitit (A) përpara dhe (B) pas trajtimit me ultratinguj duke përdorur procesorin me ultratinguj UP200H për 45,0 min.
Studimi dhe imazhi: ©Dordane dhe Doroodmand, 2021.

Dispergimi i nanombushësve me ultratinguj

Sonikimi është një metodë e gjithanshme për dispergimin dhe deagglomerimin e nanombushësve në lëngje dhe suspensione të trasha, p.sh. në polimere, rrëshira epokside, ngurtësues, termoplastikë etj. Prandaj, sonikimi përdoret gjerësisht si një metodë shumë efikase dispergimi në kërkim dhe zhvillim dhe në prodhimin industrial.
Zanghellini et al. (2021) studiuan teknikën e dispergimit me ultratinguj të nanombushësve në rrëshirë epokside. Ai arriti të demonstronte se sonikimi mund të dispergonte nanombushës në përqendrime të ulëta dhe të larta në një matricë polimerike.
Nga krahasimi i formulimeve të ndryshme, CNT-të e oksiduara në 0,5 wt% treguan rezultatet më të mira ndër të gjitha mostrat e sonikuara, duke shfaqur shpërndarje të madhësive të shumicës së aglomerateve në një interval të krahasueshëm me atë të mostrave të përgatitura me mulli me tre cilindra, lidhje të mirë me ngurtësuesin dhe formimin e një rrjeti perkolimi brenda dispersionit, gjë që tregon qëndrueshmëri ndaj sedimentimit dhe, rrjedhimisht, qëndrueshmëri të përshtatshme afatgjatë. Sasi më të larta mbushësi treguan rezultate po aq të mira, por edhe formimin e rrjeteve të brendshme më të theksuara, si dhe aglomerate disi më të mëdha. Edhe nanofibrat e karbonit (CNF) mundën të dispergoheshin me sukses përmes sonikimit. Dispergimi i drejtpërdrejtë me ultratinguj (US) i nanombushësve në sistemet me ngurtësues pa tretës shtesë u realizua me sukses dhe, për këtë arsye, mund të konsiderohet si një metodë e zbatueshme për një dispergim të thjeshtë dhe të drejtpërdrejtë, me potencial për përdorim industrial. (shih Zanghellini et al., 2021)
 

Krahasimi i nanombushësve të ndryshëm të disperguar në ngurtësues (trajtimi me ultratinguj–US): (a) 0,5 wt% nanofibër karboni (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% nanotub karboni (CNT); (d) 0,5 wt% CNT pjesërisht të disperguara.
(Studimi dhe imazhi: © Zanghellini et al., 2021)

Dispergimi i nanogrimcave me ultratinguj – epërsi e vërtetuar shkencërisht

Kërkimet tregojnë në studime të shumta të sofistikuara se dispergimi me ultratinguj është një nga teknikat më të mira për deagglomerimin dhe shpërndarjen e nanogrimcave në lëngje, edhe në përqendrime të larta. Për shembull, Vikash (2020) studioi dispergimin e sasive të larta të nanosilicës në lëngje viskoze duke përdorur disperguesin me ultratinguj Hielscher UP400S. Në studimin e tij, ai arrin në përfundimin se “dispergimi i qëndrueshëm dhe uniform i nanogrimcave mund të arrihet duke përdorur një pajisje sonikimi në lëngje viskoze me përmbajtje të lartë të lëndës së ngurtë.” [Vikash, 2020]

Procesorë me ultratinguj me performancë të lartë për dispergimin e nanogrimcave

Hielscher Ultrasonics është furnizuesi juaj i besuar për pajisje të besueshme me ultratinguj me performancë të lartë, nga pajisjet laboratorike dhe pilot deri te sistemet plotësisht industriale. Pajisjet e Hielscher Ultrasonics kanë harduer të sofistikuar, softuer inteligjent dhe lehtësi të jashtëzakonshme përdorimi – të projektuara dhe të prodhuara në Gjermani. Pajisjet e qëndrueshme me ultratinguj të Hielscher për dispergim, deagglomerim, sintezë dhe funksionalizim të nanogrimcave mund të punojnë 24/7/365 me ngarkesë të plotë. Në varësi të procesit dhe impiantit tuaj të prodhimit, pajisjet tona me ultratinguj mund të punojnë në regjim me lote ose në regjim të vazhdueshëm në linjë. Aksesorë të ndryshëm, si sonotroda (sonda me ultratinguj), brirë përforcues të amplitudës, qeliza rrjedhjeje dhe reaktorë, janë lehtësisht të disponueshëm.
Na kontaktoni tani për të marrë më shumë informacion teknik, studime shkencore, protokolle dhe një ofertë çmimi për sistemet tona të nanodispergimit me ultratinguj! Stafi ynë i trajnuar mirë dhe me përvojë shumëvjeçare do të diskutojë me kënaqësi me ju për aplikimin tuaj në shkallë nano!

Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona me ultratinguj: