Поуздана дисперзија наночестица за индустријску примену

Ултрасоницатион велике снаге може ефикасно и поуздано разбити агломерате честица, па чак и дезинтегрисати примарне честице. Због својих дисперзионих перформанси високих перформанси, ултрасоникатори типа сонде се користе као пожељна метода за стварање хомогених суспензија наночестица.

Поуздана дисперзија наночестица ултразвуком

Многе индустрије захтевају припрему суспензија, које су напуњене наночестицама. Наночестице су чврсте материје чија је величина честица мања од 100 нм. Због мале величине честица, наночестице изражавају јединствена својства као што су изузетна чврстоћа, тврдоћа, оптичке карактеристике, дуктилност, УВ отпорност, проводљивост, електрична и електромагнетна (ЕМ) својства, антикорозивност, отпорност на гребање и друге изванредне карактеристике.
Ултразвук високог интензитета, ниске фреквенције ствара интензивну акустичну кавитацију, коју карактеришу екстремни услови као што су силе смицања, веома високе разлике притиска и температуре и турбуленције. Ове кавитационе силе убрзавају честице изазивајући међучестичне сударе и последично разбијање честица. Као последица тога, добијају се наноструктурирани материјали са уском кривом величине честица и уједначеном дистрибуцијом.
Ултразвучна опрема за дисперговање је погодна за третирање било које врсте наноматеријала у води и органским растварачима, са ниским до веома високим вискозитетима.

Ултразвучна дисперзија угљеничних наноцеви

Ultrasonic dispersers are widely used for the purpose of dispersing carbon nanotubes (CNTs). Sonication is a reliable method to detangle and disperse single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) as well as multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). For instance, in order to produce a highly conductive thermoplastic polymer, high-purity (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs; external diameter 9.5 nm; purity 95 +%) have been ultrasonically dispersed with the Hielscher UP200S for 30min. at room temperature. The ultrasonically dispersed Nanocyl® 3100 MWCNTs at a concentration of 1% w/w in the epoxy resin showed superior conductivity of approx. 1.5 × 10-2 S /m.

Ултразвучна дисперзија наночестица никла

Наночестице никла могу се успешно произвести синтезом редукције хидразина уз помоћ ултразвука. Пут синтезе редукције хидразина омогућава припрему чисте металне наночестице никла сферног облика хемијском редукцијом никл хлорида хидразином. Адамова истраживачка група је показала да ултразвук – помоћу Хиелсцхер УП200ХТ (200В, 26кХз) – био у стању да одржи просечну величину примарног кристалита (7–8 нм) независно од примењене температуре, док је употреба интензивних и краћих периода соникације могла да смањи солводинамичке пречнике секундарних, агрегираних честица са 710 нм на 190 нм у одсуству било којег сурфактанта. Највећа киселост и каталитичка активност измерене су за наночестице припремљене благим (излазна снага 30 В) и континуираним ултразвучним третманом. Каталитичко понашање наночестица је тестирано у Сузуки-Мииаура реакцији унакрсног спајања на пет узорака припремљених на конвенционални и ултразвучни начин. Ултразвучно припремљени катализатори обично су радили боље, а највећа каталитичка активност је измерена над наночестицама припремљеним уз континуалну соникацију мале снаге (30 В).
Третман ултразвуком је имао кључне ефекте на тенденцију агрегације наночестица: утицај дефрагментације уништених кавитационих шупљина са снажним преносом масе могао је да превазиђе атрактивну електростатику уништених кавитационих шупљина са снажним преносом масе могао је да превазиђе атрактивну електростатичку и ван дерову Валсове силе између честица.
(уп. Адам ет ал. 2020)

Ултразвучна синтеза наночестица воластонита

Воластонит је калцијум иносиликатни минерал са хемијском формулом ЦаСиО3 Воластонит се широко користи као компонента за производњу цемента, стакла, цигле и цријепа у грађевинској индустрији, као флукс у ливењу челика као и као додатак у производњи премази и боје. На пример, воластонит обезбеђује ојачање, очвршћавање, ниску апсорпцију уља и друга побољшања. Да би се добила одлична ојачавајућа својства воластонита, неопходна је деагломерација на нано-размери и равномерна дисперзија.
Дордан и Дороодманд (2021) су у својим студијама показали да је ултразвучна дисперзија веома важан фактор који значајно утиче на величину и морфологију наночестица воластонита. Да би проценио допринос ултразвука на нано-дисперзију воластонита, истраживачки тим је синтетизовао наночестице воластонита са и без примене ултразвука велике снаге. За своја испитивања соникације, истраживачи су користили ултразвучни процесор УП200Х (Хиелсцхер Ултрасоницс) са фреквенцијом од 24 кХз у трајању од 45,0 мин. Резултати ултразвучне нано-дисперзије приказани су у СЕМ-у високе резолуције испод. СЕМ слика јасно показује да је узорак воластонита пре ултразвучног третмана агломериран и агрегиран; након обраде ултразвуком УП200Х просечна величина честица воластонита је приближно. 10нм. Студија показује да је ултразвучна дисперзија поуздана и ефикасна техника за синтезу наночестица воластонита. Просечна величина наночестица се може контролисати подешавањем параметара ултразвучне обраде.
(уп. Дордане и Дороодманд, 2021)

СЕМ слике наночестица воластонита (А) пре и (Б) после ултразвучне обраде помоћу ултразвучни процесор УП200Х за 45,0 мин.
Студија и слика: ©Дордане и Дороодманд, 2021.

Ултразвучна дисперзија нанопунила

Соникација је свестрана метода за дисперговање и деагломерацију нанопунила у течностима и кашама, нпр. полимери, епоксидне смоле, учвршћивачи, термопласти итд. Због тога се сонификација широко користи као високоефикасна метода дисперзије у Р&Д и индустријска производња.
Зангхеллини и др. (2021) истраживали су технику ултразвучне дисперзије за нанопунила у епоксидној смоли. Могао је да покаже да је соникација у стању да распрши мале и високе концентрације нанопунила у полимерну матрицу.
Упоређујући различите формулације, 0,5 теж.% оксидовани ЦНТ показао је најбоље резултате од свих соникираних узорака, откривајући расподелу величине већине агломерата у упоредивом опсегу са узорцима произведеним у три ваљане, добро везивање за учвршћивач, формирање перколациона мрежа унутар дисперзије, што указује на стабилност против седиментације и тиме одговарајућу дугорочну стабилност. Веће количине пунила су показале сличне добре резултате, али и формирање израженијих унутрашњих мрежа као и нешто већих агломерата. Чак се и угљенична нановлакна (ЦНФ) могу успешно распршити ултразвуком. Директна УС дисперзија нанопунила у системима учвршћивача без додатних растварача је успешно постигнута, и стога се може посматрати као применљива метода за једноставну и директну дисперзију са потенцијалом за индустријску употребу. (уп. Зангхеллини ет ал., 2021)
 

Поређење различитих нанопунила диспергованих у учвршћивачу (ултразвук—УС): (а) 0,5 теж% угљеничних нановлакна (ЦНФ); (б) 0,5 теж% ЦНТокси; (ц) 0,5 теж% угљеничне наноцеви (ЦНТ); (д) 0,5 теж% ЦНТ полу-диспергованог.
(Студија и слика: © Зангхеллини ет ал., 2021)

Ултразвучна дисперзија наночестица – Научно доказано за супериорност

Истраживања показују у бројним софистицираним студијама да је ултразвучна дисперзија једна од супериорних техника за деагломерацију и дистрибуцију наночестица чак и при високим концентрацијама у течностима. На пример, Викасх (2020) је истраживао дисперзију великих оптерећења нано-силицијум диоксида у вискозним течностима користећи Хиелсцхер ултразвучни дисперзер УП400С. У својој студији, он долази до закључка да се „стабилна и уједначена дисперзија наночестица може постићи коришћењем ултразвучног уређаја при великом оптерећењу чврсте материје у вискозним течностима. [Викаш, 2020.]

Ултразвучни процесори високих перформанси за дисперзију наночестица

Хиелсцхер Ултрасоницс је ваш поуздан добављач за поуздану ултразвучну опрему високих перформанси од лабораторијских и пилотских до потпуно индустријских система. Хиелсцхер Ултрасоницс’ уређаји имају софистицирани хардвер, паметан софтвер и изузетну једноставност за коришћење – дизајниран и произведен у Немачкој. Хиелсцхерове робусне ултразвучне машине за дисперзију, деагломерацију, синтезу наночестица и функционализацију могу да раде 24/7/365 под пуним оптерећењем. У зависности од вашег процеса и вашег производног погона, наши ултрасоникатори могу да раде у серијском или континуираном ин-лине режиму. Различити додаци као што су сонотроде (ултразвучне сонде), бустер рогови, проточне ћелије и реактори су лако доступни.
Контактирајте нас сада да бисте добили више техничких информација, научних студија, протокола и понуду за наше ултразвучне нано-дисперзионе системе! Наше добро обучено, искусно особље ће радо разговарати са вама о вашој нано апликацији!

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: