Hielscher ultraljud teknik

Ultraljud syntes av Nanodiamonds

  • På grund av dess intensiva cavitational kraft, makt ultraljud är en lovande teknik för att producera Micron-och nano-sized diamanter från grafit.
  • Mikro-och nano-kristallina diamanter kan syntetiseras sonicera en SUS pension av grafit i organisk vätska vid atmosfärstryck och rums temperatur.
  • Ultraljud är också ett användbart verktyg för efter behandling av syntetiserade nano diamanter, som ultraljud skingrar, deagglomerates och functionalizes nanopartiklar mycket effektiv.

Ultrasonics för Nanodiamond behandling

Nanodiamonds (även kallad detonation diamanter (DND) eller ultradispergerade diamanter (UDD)) är en speciell form av kol nanomaterial kännetecknas av unika egenskaper-såsom dess Galler struktur, dess stora Ytan, samt unika Optisk och Magnetiska egenskaper – och exceptionella tillämpningar. Egenskaperna hos ultraspridda partiklar gör dessa material innovativa föreningar för att skapa nya material med extraordinära funktioner. Storleken på diamantpartiklarna i sot är ca 5nm.

Ultraljud syntes av Nanodiamonds

Under intensiva krafter, såsom ultraljudsbehandling eller detonation, kan grafit omvandlas till diamant.

Ultrasonically syntetiserade Nanodiamonds

Den syntes av diamanter är ett viktigt forsknings område om vetenskapliga och kommersiella intressen. Den vanligaste processen för syntes av mikro-kristallint och nano-kristallint diamant partiklar är högtrycks-hög temperatur (HPHT) teknik. Med denna metod, det krävs process trycket av tiotusentals atmosfärer och temperaturer på mer än 2000K genereras för att producera den största delen av den globala försörjningen av industriell diamant. För omvandling av grafit till diamant, i allmänhet höga tryck och höga temperaturer krävs, och katalysatorer används för att öka avkastningen av diamant.
Dessa krav som krävs för omvandling kan genereras mycket effektivt genom användning av Hög effekt ultraljud (= låg frekvens, hög intensitet ultraljud):

ultraljud kavitation

Ultraljud i vätskor orsakar lokalt mycket extrema effekter. När sonicera vätskor vid höga intensiteter, ljud vågor som propagerar i flytande Media resultera i omväxlande högtrycks (kompression) och lågtrycks (förtunning) cykler, med priser beroende på frekvensen. Under lågtrycks cykeln skapar hög intensiva ultraljudsvågor små vakuum bubblor eller håligheter i vätskan. När bubblorna uppnår en volym där de inte längre kan absorbera energi, kollapsar de våldsamt under en högtrycks cykel. Detta fenomen kallas kavitation. Under implosionen mycket höga temperaturer (ca. 5, 000K) och pressar (ca. 2, 000atm) nås lokalt. Implosion av kavitation bubblan resulterar också i flytande jets av upp till 280 m/s hastighet. (Suslick 1998) Det är uppenbart att mikro-och nanokristallin diamanter kan syntetiseras i fråga om ultraljud kavitation.

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Ultraljud förfarande för syntes av Nanodiamonds

De facto, studien av Khachatryan et al. (2008) visar att diamant mikrokristaller också kan syntetiseras av ultraljud av en SUS pension av grafit i organisk vätska vid atmosfärstryck och rums temperatur. Som kavitation vätska, en formel av aromatiska oligomerer har valts på grund av dess låga mättat ångtryck och dess höga Kok temperatur. I denna vätska, den speciella rena grafit pulver – med partiklar i intervallet mellan 100-200 μm – har skjutits upp. I experiment av Kachatryan et al., fast-Fluid vikt förhållandet var 1:6, kavitation vätske tätheten var 1,1 g cm-3 vid 25 ° c. Den maximala ultraljud intensitet i sonoreactor har varit 75-80W cm-2 motsvarande en ljudtryckamplitud på 15-16 bar.
Det har uppnåtts ungefär en 10% grafit-till-diamant omvandling. Diamanterna var nästan monodispergerade med en mycket skarp, väl utformad storlek i intervallet 6 eller 9μm ± 0,5 μm, med kubisk, Kristallina morfologi och hög renhet.

Ultraljud syntetiserade diamanter (SEM bilder): hög effekt ultraljud ger den energi som krävs för att inducera nanodiamonds' synthsis

SEM bilder av ultraljud syntetiserade diamanter: bilder (a) och (b) visar prov serie 1, (c) och (d) provet serie 2. [Khachatryan et al. 2008]

De Kostnader av mikro-och nanodiamanter som framställs med denna metod uppskattas Konkurrenskraftiga med hög-tryck-hög temperatur (HPHT) process. Detta gör ultraljud ett innovativt alternativ för syntes av mikro-och nano-diamanter (Khachatryan et al. 2008), särskilt som produktions processen av nanodiamonds kan optimeras genom ytterligare undersökningar. Många parametrar sådan amplitud, tryck, temperatur, kavitation vätska, och koncentration måste undersökas noggrant för att upptäcka den söta fläcken av ultraljud nanodiamond syntes.
Genom de resultat som uppnåtts i syntetisera nanodiamonds, ytterligare ultraljud genererade kavitation erbjuder potentialen för syntes av andra viktiga föreningar, såsom kubisk bornitrid, kol nitrid etc. (Khachatryan et al. 2008)
Vidare verkar det vara möjligt att skapa diamant nanotrådar och nanorör från flerväggiga kolnanotuber (mwcnts) under ultraljud bestrålning. Diamantnanotrådar är endimensionella analoger av bulk diamant. På grund av dess höga elastiska modulus, styrka-vikt-förhållande, och den relativa lätthet med vilken dess ytor kan funktionaliseras, har diamant befunnits vara det optimala materialet för nanomekaniska konstruktioner. (Sön et al. 2004)

Ultraljud Dispersing av Nanodiamonds

Som redan beskrivits, deagglomeration och även partikel storleks fördelning i mediet är väsentliga för ett framgångs rikt utnyttjande av nanodiamonds unika egenskaper.
Spridning och Deagglomeration av ultraljud är ett resultat av ultraljud kavitation. När utsätta vätskor till ultraljud ljud vågorna som propagerar i vätskan resultera i omväxlande högtrycks-och lågtrycks cykler. Detta gäller mekanisk påfrestning på de attrahera krafterna mellan de enskilda partiklarna. Ultraljud kavitation i vätskor orsakar hög hastighet flytande jets på upp till 1000km/tim (ca. 600mph). Sådana jets tryck vätska vid högt tryck mellan partiklarna och separera dem från varandra. Mindre partiklar accelereras med de flytande jetstrålarna och kolliderar vid höga hastigheter. Detta gör ultraljud ett effektivt sätt för spridning men också för fräsning av mikron-storlek och sub micron-storlek partiklar.
Till exempel, nanodiamonds (medel storlek på ca 4Nm) och polystyren kan spridas i cyklohexan för att få en speciell komposit. I sin studie, Chipara et al. (2010) har för berett kompositer av polystyren och nanodiamonds, som innehåller nanodiamonds i ett intervall mellan 0 och 25% vikt. För att få en jämn Spridning, de sonicated lösningen för 60 min med Hielschers UIP1000hd (1kW).

Ultraljud assisterad funktionalisering av Nanodiamonds

För funktionalisering av hela ytan av varje nano-sized partiklar, måste ytan av partikeln vara tillgänglig för kemisk reaktion. Detta innebär en jämn och fin dispersion krävs eftersom de väl spridda partiklarna är omgivna av ett gräns skikt av molekyler lockas till partikel ytan. För att få nya funktionella grupper till nanodiamonds yta, måste detta gräns skikt brytas eller tas bort. Denna process av brytning och avlägsnande av gräns skiktet kan utföras av Ultrasonics.
Ultraljud infördes i vätska genererar olika extrema effekter såsom kavitation, lokalt mycket hög temperatur upp till 2000K och flytande jets på upp till 1000km/h. (Suslick 1998) vid denna spänning faktorer de locka styrkorna (e.g. skåpbil-der-Waals styrkor) kan övervinnas, och de funktionella molekylerna bärs till ytbehandla av partikeln till funktionalisera, t ex nanodiamonds yta.

Under powerful ultrasonic irradiation (e.g. with Hielscher's UIP2000hdT) it becomes possible to synthesis, deagglomerate and functionalize nanodiamonds efficiently.

System 1: grafisk av in situ-deagglomeration och ytfunktionalisering av nanodiamonds (Liang 2011)

Experiment med pärla-Assisted Sonic sönderfall (BASD) behandling har visat lovande resultat för ytan funcionalization av nanodiamonds också. Därmed, pärlor (t. ex. mikro-storlek keramiska pärlor som ZrO2 pärlor) har använts för att genomdriva ultraljud cavitational krafterna på nanodiamanpartiklarna. Deagglomeration uppstår på grund av den intersärskilda kollisionen mellan nanodiamond partiklarna och ZrO2 Pärlor.
På grund av den bättre till gången på partiklar yta, för kemiska reaktioner såsom Boran minskning, arylering eller silanization, ett ultraljud eller basd (pärla-Assisted Sonic sönderfall) pre-behandling för spridning syfte rekommenderas starkt. Genom ultraljud spridning och Deagglomeration den kemiska reaktionen kan fortsätta mycket mer fullständigt.

När hög effekt, låg frekventa ultraljud införs i ett flytande medium, kavitation genereras.

Ultraljud kaviatation resulterar i extrema temperatur och tryck differentialer och hög hastighet flytande jets. Därmed, Power ultraljud är en framgångs rik bearbetnings metod för blandning och fräsning applikationer.

Kontakta oss / Fråga mer

Prata med oss ​​om dina behandlingsbehov. Vi kommer att rekommendera den mest lämpliga inställningar och processparametrar för ditt projekt.





Observera att våra Integritetspolicy.


Litteratur / Referenser

  • Chipara, A. C. et al.: termiska egenskaper av nanodiamond partiklar spridda i polystyren. HESTEC 2010.
  • El-Say, K. M.: Nanodiamonds som ett läkemedel leverans system: tillämpning och prospektiv. I J Appl Pharm Sci 01/06, 2011; s. 29-39.
  • Khachatryan A. KH. et al.: grafit-till-diamant omvandling inducerad av ultraljud kavitation. I: diamant & Relaterade material 17, 2008; pp931-936.
  • Krueger, A.: strukturera och reaktivitet av nanoskala diamant. I: J mater Chem 18, 2008; s. 1485-1492.
  • Liang, Y.: Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung von nanodiamant mittels thermochemischer und mechanochemischer methoden. Disputation Julius-Maximilian-Universität Würzburg 2011.
  • Osawa, E.: monodisperse Single nanodiamond partiklar. I: rena Appl Chem 80/7, 2008; s. 1365-1379.
  • Pramatarova, L. et al.: fördelen med polymer kompositer med detonation Nanodiamond partiklar för medicinska tillämpningar. I: på Biomimetics; s. 298-320.
  • Sön, L.; Gong, J.; Zhu, D.; Zhu, Z.; Han, S.: Diamond nanorods från Kolnanotubes. I: avancerade material 16/2004. s. 1849-1853.
  • Suslick, K.S.: Kirk-Othmer encyklopedi av kemisk teknologi. 4. ED. J. Wiley & Söner: New York; 26, 1998; s. 517-541.

Nanodiamonds – Användning och applikationer

Den nanodiamond korn är instabila på grund av deras Zeta-potential. Därmed tenderar de mycket att bilda aggregat. En gemensam tillämpning av nanodiamonds är användning i slipmedel, skärande och polering verktyg och kylflänsar. En annan potentiell användning är tillämpningen av nanodiamonds som läkemedel bärare för farmaceutiska aktiva komponenter (CF. Pramatarova). Av ultraljud, för det första nanodiamonds kan syntetiseras från grafit och för det andra, nanodiamonds tungt tenderar att tät bebyggelse kan vara jämnt Spridda till flytande media (t. ex. för att formulera ett poler medel).