Нанодијаманти дисперговани у воденој суспензији соникацијом

Дисперзије нанодијаманата могу се припремити брзо и ефикасно помоћу соникатора Hielscher. У воденој суспензији, ултразвучна дезагрегација обезбеђује поуздано разбијање агрегата и стварање стабилних колоида. У комбинацији са једноставним додавањем соли ради подешавања pH вредности, ова метода пружа једноставан и јефтин приступ без уношења контаминаната. Захваљујући могућности повећања размера процеса и једноставној примени, ултразвучно дисперговање је веома погодно не само за лабораторијска истраживања већ и за прераду нанодијаманата у индустријским размерама.

Ефикасна дезагрегација нанодијаманата без контаминације

Нанодијаманти се све више примењују у биомедицини, квантним технологијама, трибологији и напредним композитима, али њихова урођена склоност ка стварању чврстих агрегата често ограничава њихова својства у примени. Постизање стабилних колоида појединачних честица стога је предуслов за тачну карактеризацију и поуздану примену. Конвенционалне методе дезагрегације често се ослањају на агресивне технике млевења које уносе цирконијум-диоксид или друге нечистоће, што отежава пречишћавање и ограничава биомедицинску употребу. Ултразвучно дисперговање нуди брзу алтернативу која омогућава повећање размера процеса без уношења контаминаната. Применом акустичне кавитације у воденим срединама, соникатори са сондом ефикасно разбијају агрегате на нанодијаманте чија је величина у нанометрима једноцифрена. У комбинацији са једноставним подешавањем pH вредности уз помоћ соли, ова метода даје стабилне колоиде у широком опсегу pH вредности без уношења токсичних споредних производа, што је чини веома привлачном и за лабораторијска истраживања и за производњу у индустријским размерама.

Нанодијаманти се могу ефикасно и поуздано дисперговати помоћу ултразвучних уређаја Hielscher.

Како функционишу ултразвучно млевење и дисперговање нанодијаманата?

При ултразвучном дисперговању сами нанодијаманти служе као средства за млевење. Акустична кавитација коју стварају ултразвучни таласи велике снаге изазива струјање течности великом брзином. Ове струје течности убрзавају честице (нпр. дијаманте) у суспензији тако да се честице сударају брзином до 280km/s и разбијају у сићушне честице нанометарских величина. Због тога су ултразвучно млевење и дисперговање једноставна и јефтина техника без уношења контаминаната, која поуздано дезагломерише нанодијаманте у честице нанометарских величина, стабилне у воденом колоидном раствору у широком опсегу pH вредности. Со (натријум-хлорид) користи се за стабилизацију нанодијаманата у воденој суспензији.

 

 
Сазнајте више о ултразвучној дезагрегацији нанодијаманата за припрему узорака пре анализе!
 

Ултразвучно млевење нанодијаманата надмашује млинове са перлама

Ултразвучни уређаји са сондом су високоефикасни млинови и представљају устаљену технику млевења за производњу великих количина суспензија нанодијаманата у индустријским размерама. Пошто ултразвучни млинови користе нанодијаманте као медијум за млевење, контаминација медијумом за млевење, нпр. куглицама од цирконијум-диоксида, потпуно се избегава. Уместо тога, силе ултразвучне кавитације убрзавају честице тако да се нанодијаманти снажно сударају једни са другима и уситњавају до уједначене нанометарске величине. Овакви ултразвучно изазвани судари између честица представљају високоефикасан и поуздан метод за производњу нанодисперзија са равномерном расподелом честица.
Метод ултразвучног дисперговања и деагрегације користи адитиве растворљиве у води, који су нетоксични и не изазивају контаминацију, као што су натријум-хлорид или сахароза, за регулисање pH и стабилизацију ултразвучно добијене дисперзије. Ове кристалне структуре натријум-хлорида или сахарозе додатно делују као медијум за млевење, чиме потпомажу поступак ултразвучног млевења. Када се процес млевења заврши, ови адитиви се могу лако уклонити једноставним испирањем водом, што је значајна предност у односу на поступак са керамичким куглицама. Традиционални поступци млевења куглицама, као што је млевење у атриторима, користе нерастворљиве керамичке медијуме за млевење (нпр. кугле, куглице или перле), чији остаци настали хабањем контаминирају коначну дисперзију. Уклањање контаминације изазване медијумом за млевење захтева сложену накнадну обраду, одузима много времена и скупо је.

Технологија ултразвучног дисперговања ефикасно производи водене суспензије нанодијаманата са уском расподелом величине честица.
(Студија и графички приказ: ©Turcheniuk et al., 2016)

Пример протокола за ултразвучно дисперговање нанодијаманата

Ултразвучна деагрегација нанодијаманата у води уз помоћ соли:
Смеша од 10 g натријум-хлорида и 0,250 g праха нанодијаманата кратко је ручно уситњена у порцеланском авану помоћу тучка и стављена у стаклену бочицу од 20 mL заједно са 5 mL дејонизоване воде. Припремљени узорак је третиран ултразвучним уређајем са сондом током 100 min при 60% излазне снаге и радном циклусу од 50%. Након третмана ултразвуком, узорак је подељен на два једнака дела у две пластичне епрувете Falcon од 50 mL за центрифугирање и диспергован у дестилованој води до укупне запремине од 100 mL (2 × 50 mL). Сваки узорак је затим центрифугиран у центрифуги Eppendorf 5810-R при 4000 rpm и 25°C током 10 min, а бистри супернатант је одбачен. Влажни талози ND су затим поново дисперговани у дестилованој води (укупне запремине 100 mL) и други пут центрифугирани при 12.000 rpm и 25 °C током 1 h. Бистри супернатант је поново одбачен, а влажни талози нанодијаманата поново су дисперговани, овог пута у 5 mL дестиловане воде ради карактеризације. Стандардни тест са AgNO3 показао је потпуно одсуство Cl⁻ у нанодијамантима који су ултразвучно деагрегирани уз помоћ соли и двапут испрани дестилованом водом, као што је горе описано. Након испаравања воде из узорака, уочено је формирање црних чврстих „комадића“ нанодијаманата, уз принос од ∼200 mg или 80% почетне масе нанодијаманата. (видети слику испод)
(уп. Turcheniuk et al., 2016)

Осушени узорак ултразвучно диспергованих нанодијаманата.
(Студија и графички приказ: ©Turcheniuk et al., 2016)

Ултразвучни уређаји високих перформанси за дисперзије нанодијаманата

Hielscher Ultrasonics пројектује, производи и дистрибуира ултразвучну опрему високих перформанси за млевење и дисперговање у захтевним применама, као што је производња суспензија нанодијаманата, средстава за полирање и нанокомпозита. Hielscher ултразвучни уређаји користе се широм света за дисперговање наноматеријала у воденим колоидним суспензијама, полимерима, смолама, премазима и другим материјалима високих перформанси.
Hielscher ултразвучни диспергатори поуздани су и ефикасни у обради материјала ниске до високе вискозности. У зависности од улазних материјала и циљне коначне величине честица, интензитет ултразвука може се прецизно подесити ради постизања оптималних резултата процеса.
За обраду вискозних паста, наноматеријала и материјала са високим концентрацијама чврсте фазе, ултразвучни диспергатор мора бити способан да континуирано ствара високе амплитуде. Индустријски ултразвучни процесори компаније Hielscher Ultrasonics могу да остваре веома високе амплитуде при непрекидном раду под пуним оптерећењем. Амплитуде до 200µm могу се лако одржавати у раду 24/7. Могућност рада ултразвучног диспергатора при високим амплитудама и прецизног подешавања амплитуде неопходна је за прилагођавање услова ултразвучног процеса ради добијања оптималних формулација наносуспензија са високим садржајем чврсте фазе, полимерних смеша ојачаних наноматеријалима и нанокомпозита.
Поред амплитуде ултразвука, притисак је још један веома важан параметар процеса. При повишеним притисцима повећавају се интензитет ултразвучне кавитације и њене силе смицања. Hielscher ултразвучни реактори могу радити под повишеним притиском, чиме се постижу израженији резултати соникације.
Праћење процеса и бележење података важни су за континуирану стандардизацију процеса и квалитет производа. Прикључиви сензори притиска и температуре повезују се каблом са ултразвучним генератором ради праћења и контроле процеса ултразвучног дисперговања. Сви важни параметри обраде, као што су ултразвучна енергија (нето + укупна), температура, притисак и време, аутоматски се бележе и чувају на уграђеној SD картици. Приступом аутоматски забележеним подацима о процесу можете прегледати претходне циклусе соникације и проценити резултате процеса.
Још једна функција која олакшава употребу јесте даљинско управљање нашим дигиталним ултразвучним системима путем прегледача. Даљинским управљањем путем прегледача можете са било ког места да покрећете, заустављате, подешавате и пратите свој ултразвучни процесор.
Контактирајте нас сада да бисте сазнали више о нашим ултразвучним хомогенизаторима високих перформанси за млевење и нанодисперзије!
Табела испод даје увид у приближан капацитет обраде наших ултразвучних уређаја: