Ултразвучна формулација ојачаних композита
- Композити показују јединствена својства материјала као што су значајно побољшана термо-стабилност, модул еластичности, затезна чврстоћа, чврстоћа на лом и стога се широко користе у производњи вишеструких производа.
- Доказано је да ултразвук производи висококвалитетне нанокомпозите са високо диспергованим ЦНТ-овима, графеном итд.
- Ултразвучна опрема за формулацију ојачаних композита доступна је у индустријском обиму.
нанокомпозити
Нанокомпозити се истичу по својим механичким, електричним, термичким, оптичким, електрохемијским и/или каталитичким својствима.
Због њиховог изузетно високог односа површине и запремине фазе за ојачавање и/или њиховог изузетно високог односа ширине и висине, нанокомпозити су знатно ефикаснији од конвенционалних композита. Нано честице попут сферног силицијум диоксида, минералне плоче као што су ексфолирани графен или глина, или нано влакна као што су угљеничне наноцеви или електроспренована влакна се често користе за ојачање.
На пример, угљеничне наноцеви се додају да побољшају електричну и топлотну проводљивост, нано силицијум се користи за побољшање механичких, термичких и водоотпорних својстава. Друге врсте наночестица дају побољшана оптичка својства, диелектрична својства, отпорност на топлоту или механичка својства као што су крутост, чврстоћа и отпорност на корозију и оштећења.
Примери за ултразвучно формулисане нанокомпозите:
- угљеничне наноцеви (ЦНТ) у матрици винил естра
- ЦНТ? угљенични лук? нано дијаманти у матрици метала никла
- ЦНТ у матрици легуре магнезијума
- ЦНТ у матрици од поливинил алкохола (ПВА).
- вишезидне угљеничне наноцеви (МВЦНТ) у матрици од епоксидне смоле (користећи метил тетрахидрофтални анхидрид (МТХПА) као средство за очвршћавање)
- графен оксид у матрици од поли(винил алкохола) (ПВА).
- СиЦ наночестице у матрици магнезијума
- нано силицијум диоксид (Аеросил) у полистиренској матрици
- магнетни оксид гвожђа у флексибилној полиуретанској (ПУ) матрици
- никл оксид у графит? поли(винил хлорид)
- наночестице титанијума у матрици поли-млечне-ко-гликолне киселине (ПЛГА)
- нано хидроксиапатит у матрици поли-млечне-ко-гликолне киселине (ПЛГА)
Ултразвучна дисперзија
Ultrasonic process parameters can be exactly controlled and optimally adapted to material composition and desired output quality. Ultrasonic dispersion is the recommended technique to incorporate nano particles such as CNTs or graphene into nanocomposites. Long-time tested on scientific level and implemented on many industrial production plant, the ultrasonic dispersion and formulation of nanocomposites is a well-established method. Hielscher’s long experience in ultrasonic processing of nano materials ensures a profound consulting, the recommendation of a suitable ultrasonic setup and assistance during process development and optimization.
Углавном, ојачавајуће нано честице се распршују у матрицу током обраде. Проценат тежине (масени удео) додатог нано материјала у распону је на нижој скали, нпр. 0,5% до 5%, пошто уједначена дисперзија постигнута ултразвуком омогућава уштеду пунила за ојачавање и веће перформансе ојачања.
Типична примена ултразвука у производњи је формулација композита наночестица-смола. За производњу винил естра ојачаног ЦНТ-ом, соникација се користи за распршивање и функционализацију ЦНТ-а. Ови ЦНТ-винил естри се одликују побољшаним електричним и механичким својствима.
Кликните овде да прочитате више о дисперзији ЦНТ-а!
графен
Графен нуди изузетна физичка својства, висок однос ширине и висине и ниску густину. Графен и графен оксид су интегрисани у композитну матрицу да би се добили лаки полимери високе чврстоће. Да би се постигло механичко ојачање, графенски листови? тромбоцити морају бити веома фино дисперговани, јер агломерирани графенски листови драстично ограничавају ефекат ојачања.
Научна истраживања су показала да величина побољшања углавном зависи од степена дисперзије графенских листова у матрици. Само хомогено диспергован графен даје жељене ефекте. Због своје јаке хидрофобности и ван дер Валсове привлачности, графен је склон агрегацији и агломерацији у љуспице једнослојних плоча са слабом интеракцијом.
While common dispersion techniques often cannot produce homogeneous, undamaged graphene dispersions, high power ultrasonicators produce high-quality graphene dispersions. Hielscher’s ultrasonicators handle pristine graphene, graphene oxide, and reduced graphene oxide from low to high concentration and from small to large volumes hasslefree. A common used solvent is N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), but with high power ultrasonics, graphene can be even dispersed in poor, low boiling point solvents such as acetone, chloroform, IPA, and cyclohexanone.
Кликните овде да прочитате више о масовном пилингу графена!
Угљеничне наноцеви и други нано материјали
Доказано је да моћни ултразвук резултира финим дисперзијама различитих нано материјала укључујући угљеничне наноцеви (ЦНТ), СВНТ, МВНТ, фулерене, силицијум диоксид (СиО2), титанијум диоксид (ТиО2), сребро (Аг), цинк оксид (ЗнО), нанофибрилисана целулоза и многе друге. Генерално, соникација надмашује конвенционалне дисперзере и може постићи јединствене резултате.
Поред млевења и дисперговања наночестица, одлични резултати се постижу синтетизацијом наночестица ултразвучном преципитацијом (синтеза одоздо према горе). Примећено је да је величина честица, нпр. ултразвучно синтетизованог магнетита, натријум-цинк молибдата и других, мања у поређењу са оном добијеном конвенционалном методом. Мања величина се приписује побољшаној брзини нуклеације и бољим обрасцима мешања услед смицања и турбуленције које генерише ултразвучна кавитација.
Кликните овде да сазнате више о ултразвучним падавинама одоздо према горе!
Ултразвучна функционализација честица
Специфична површина честице се повећава са смањењем величине. Посебно у нанотехнологији, експресија карактеристика материјала је значајно повећана повећањем површине честице. Површина се може ултразвучно повећати и модификовати причвршћивањем одговарајућих функционалних молекула на површину честице. Што се тиче примене и употребе нано материјала, својства површине су подједнако важна као и својства језгра честица.
Ултразвучно функционализоване честице се широко користе у полимерима, композитима & биокомпозити, нанофлуиди, склопљени уређаји, наномедицини итд. Функционализацијом честица, карактеристике као што су стабилност, чврстоћа & крутост, растворљивост, полидисперзност, флуоресценција, магнетизам, суперпарамагнетизам, оптичка апсорпција, висока електронска густина, фотолуминисценција итд. су драстично побољшани.
Уобичајене честице које су комерцијално функционализоване са Хиелсцхер-ом’ ултразвучни системи укључују ЦНТ, СВНТ, МВНТ, графен, графит, силицијум диоксид (СиО2), нанодијаманти, магнетит (гвожђе оксид, Фе3О4), нано честице сребра, нано честице злата, порозне & мезопорозне наночестице итд.
Кликните овде да видите напомене о одабраним апликацијама за третман ултразвучних честица!
ултразвучни дисперзатори
Hielscher’s ultrasonic dispersing equipment is available for lab, bench-top and industrial production. Hielscher’s ultrasonicators are reliable, robust, easy to operate and clean. The equipment is designed for 24/7 operation under heavy duty conditions. The ultrasonic systems can be used for batch and inline processing – флексибилан и лако прилагодљив вашем процесу и захтевима.
Ултразвучни серијски и инлине капацитети
| Батцх Волуме | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 5 до 200 мл | 50 до 500 мл/мин | УП200Хт, УП400С |
| 0.1 до 2Л | 0.25 до 2м3/хр | УИП1000хд, УИП2000хд |
| 0.4 до 10Л | 1 до 8м3/хр | УИП4000 |
| на | 4 до 30м3/хр | УИП16000 |
| на | изнад 30м3/хр | кластер оф УИП10000 или УИП16000 |
Ултразвучни лабораторијски уређај за функционализацију честица
Литература/Референце
- Каполе, СА:; Бханвасе, БА; Пињари, ДВ; Гогате, ПР; Кулками, РД; Сонаване, СХ; Пандит, АБ (2014): “Испитивање перформанси инхибиције корозије ултразвучно припремљеног нанопигмента натријум цинк молибдата у двокомпонентном епокси-полиамидном премазу. Композитни интерфејси 21/9, 2015. 833-852.
- Никје, ВМА; Могхаддам, СТ; Норузиан, М.(2016): Припрема нових нанокомпозита од магнетне полиуретанске пене коришћењем наночестица језгро-љуска. Полимерос вол.26 бр.4, 2016.
- Толасз, Ј.; Стенгл, В.; Ецорцхард, П. (2014): Припрема композитног материјала графен оксид-полистирен. 3. Међународна конференција о животној средини, хемији и биологији. ИПЦБЕЕ вол.78, 2014.
Чињенице које вреди знати
О композитним материјалима
Композитни материјали (такође познати као композитни материјали) су описани као материјали направљени од два или више састојака који се одликују значајно различитим физичким или хемијским својствима. Када се ти саставни материјали комбинују, нови материјал – композит тзв – се производи, што показује различите карактеристике од појединачних компоненти. Појединачне компоненте остају одвојене и различите унутар готове структуре.
Нови материјал има боља својства, на пример, јачи је, лакши, отпорнији или јефтинији у поређењу са конвенционалним материјалима. Побољшања нанокомпозита се крећу од механичких, електричних/проводних, термичких, оптичких, електрохемијских до каталитичких својстава.
Типични пројектовани композитни материјали укључују:
- био-композити
- ојачане пластике, као што је полимер ојачан влакнима
- метални композити
- керамички композити (керамичка матрица и композит металне матрице)
Композитни материјали се генерално користе за грађевинске и структурне материјале као што су трупови чамаца, радне плоче, каросерије аутомобила, каде, резервоари за складиштење, судопери од имитације гранита и култивисаног мермера, као и у свемирским летелицама и авионима.
Композити такође могу користити метална влакна која ојачавају друге метале, као у композитима са металном матрицом (ММЦ) или керамичким матричним композитима (ЦМЦ), који укључују кост (хидроксиапатит ојачан колагенским влакнима), кермет (керамика и метал) и бетон.
Композити органске матрице/керамичког агрегата обухватају асфалт бетон, полимербетон, мастикс асфалт, хибрид мастичног ваљка, дентални композит, синтаксичку пену и седеф.
О ултразвучним ефектима на честице
Својства честица се могу посматрати када се величина честица смањи на одређени ниво (познат као критична величина). Када димензије честица достигну нанометарски ниво, интеракције на међуфазним интерфејсима постају у великој мери побољшане, што је кључно за побољшање карактеристика материјала. При томе је најзначајнији однос површина и запремина материјала који се користе за армирање у нанокомпозитима. Нанокомпозити нуде технолошке и економске предности за скоро све секторе индустрије, укључујући ваздухопловство, аутомобилску индустрију, електронику, биотехнолошки, фармацеутски и медицински сектор. Још једна велика предност је њихова еколошка прихватљивост.
Снажни ултразвук побољшава влажење и хомогенизацију између матрице и честица интензивним мешањем и дисперзовањем – Генерисано од ултразвучна кавитација. Since sonication is the most widely used and most successful dispersion method when it comes to nano materials, Hielscher’s ultrasonic systems are installed in lab, pilot plant and production worldwide.