เพชรนาโนที่กระจายตัวในสารแขวนลอยในน้ำด้วยการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์

สามารถเตรียมสารกระจายตัวของเพชรนาโนได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพด้วยเครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher ในสารแขวนลอยในน้ำ การแยกกลุ่มอนุภาคด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยให้มั่นใจได้ว่ากลุ่มอนุภาคจะแตกตัวอย่างเชื่อถือได้และเกิดคอลลอยด์ที่มีเสถียรภาพ เมื่อใช้ร่วมกับการเติมเกลืออย่างง่ายเพื่อปรับ pH วิธีนี้เป็นแนวทางที่ทำได้ง่าย มีต้นทุนต่ำ และปราศจากสารปนเปื้อน ด้วยความสามารถในการขยายขนาดและการนำไปใช้ที่ไม่ซับซ้อน การกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์จึงเหมาะอย่างยิ่งทั้งสำหรับการวิจัยในห้องปฏิบัติการและการแปรรูปเพชรนาโนในระดับอุตสาหกรรม

การแยกกลุ่มอนุภาคเพชรนาโนอย่างมีประสิทธิภาพและปราศจากการปนเปื้อน

เพชรนาโนถูกนำมาใช้มากขึ้นในชีวเวชศาสตร์ เทคโนโลยีควอนตัม ไทรโบโลยี และวัสดุคอมโพสิตขั้นสูง แต่แนวโน้มตามธรรมชาติที่จะรวมตัวเป็นกลุ่มอนุภาคที่ยึดเกาะกันแน่นมักจำกัดสมรรถนะ ดังนั้น การทำให้อนุภาคแต่ละอนุภาคแยกจากกันและอยู่ในรูปคอลลอยด์ที่มีเสถียรภาพจึงเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะอย่างแม่นยำและการใช้งานที่เชื่อถือได้ วิธีแยกกลุ่มอนุภาคแบบดั้งเดิมมักอาศัยเทคนิคการบดที่รุนแรงซึ่งนำเซอร์โคเนียหรือสิ่งเจือปนอื่นเข้ามา ทำให้การทำให้บริสุทธิ์ซับซ้อนขึ้นและจำกัดการใช้งานทางชีวเวชศาสตร์ การกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์เป็นทางเลือกที่รวดเร็ว ขยายขนาดได้ และปราศจากสารปนเปื้อน เครื่องอัลตราซาวนด์ชนิดโพรบใช้คาวิเทชันที่เกิดจากคลื่นเสียงในตัวกลางที่เป็นน้ำเพื่อทำให้กลุ่มอนุภาคแตกตัวเป็นเพชรนาโนที่มีขนาดเป็นตัวเลขหลักเดียวอย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อใช้ร่วมกับการปรับ pH อย่างง่ายโดยอาศัยเกลือ วิธีนี้จะให้คอลลอยด์ที่มีเสถียรภาพในช่วง pH ที่กว้างโดยไม่นำผลพลอยได้ที่เป็นพิษเข้ามา จึงเป็นวิธีที่น่าสนใจอย่างยิ่งทั้งสำหรับการวิจัยในห้องปฏิบัติการและการผลิตในระดับอุตสาหกรรม

สามารถทำให้เพชรนาโนกระจายตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ด้วยเครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher

การบดและการกระจายตัวของเพชรนาโนด้วยอัลตราซาวนด์ทำงานอย่างไร?

การกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ใช้เพชรนาโนเองเป็นตัวกลางในการบด คาวิเทชันที่เกิดจากคลื่นอัลตราซาวนด์กำลังสูงทำให้เกิดกระแสของเหลวความเร็วสูง กระแสของเหลวเหล่านี้เร่งอนุภาค (เช่น เพชร) ในสลาร์รี ทำให้อนุภาคชนกันด้วยความเร็วสูงถึง 280km/s และแตกออกเป็นอนุภาคขนาดนาโนที่เล็กมาก ด้วยเหตุนี้ การบดและการกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์จึงเป็นเทคนิคที่ทำได้ง่าย มีต้นทุนต่ำ และปราศจากสารปนเปื้อน ซึ่งแยกกลุ่มอนุภาคเพชรนาโนได้อย่างเชื่อถือได้ให้เป็นอนุภาคขนาดนาโนที่มีเสถียรภาพในสารละลายคอลลอยด์ในน้ำตลอดช่วง pH ที่กว้าง ใช้เกลือ (โซเดียมคลอไรด์) เพื่อทำให้เพชรนาโนในสลาร์รีที่มีน้ำเป็นตัวกลางมีเสถียรภาพขึ้น

 

 
เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการแยกกลุ่มอนุภาคเพชรนาโนด้วยอัลตราซาวนด์สำหรับการเตรียมตัวอย่างก่อนการวิเคราะห์!
 

การบดเพชรนาโนด้วยอัลตราซาวนด์เหนือกว่าเครื่องบดแบบเม็ดบีด

เครื่องอัลตราซาวนด์ชนิดโพรบเป็นเครื่องบดที่มีประสิทธิภาพสูง และเป็นเทคนิคการบดที่เป็นที่ยอมรับสำหรับการผลิตสารแขวนลอยเพชรนาโนปริมาณมากในระดับอุตสาหกรรม เนื่องจากเครื่องบดอัลตราซาวนด์ใช้เพชรนาโนเป็นตัวกลางในการบด จึงหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนจากตัวกลางในการบด เช่น เม็ดบีดเซอร์โคเนีย ได้อย่างสมบูรณ์ แรงจากคาวิเทชันที่เกิดจากอัลตราซาวนด์จะเร่งอนุภาค ทำให้เพชรนาโนชนกันอย่างรุนแรงและแตกตัวจนมีขนาดนาโนที่สม่ำเสมอ การชนกันระหว่างอนุภาคที่เหนี่ยวนำด้วยอัลตราซาวนด์นี้เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงและเชื่อถือได้สำหรับการผลิตสารกระจายตัวระดับนาโนที่กระจายอย่างสม่ำเสมอ
วิธีการกระจายตัวและการแยกกลุ่มอนุภาคด้วยอัลตราซาวนด์ใช้สารเติมแต่งที่ละลายน้ำได้ ไม่เป็นพิษ และไม่ก่อให้เกิดการปนเปื้อน เช่น โซเดียมคลอไรด์หรือซูโครส เพื่อควบคุม pH และทำให้สารกระจายตัวที่ได้จากอัลตราซาวนด์มีเสถียรภาพ โครงสร้างผลึกเหล่านี้ของโซเดียมคลอไรด์หรือซูโครสยังทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการบดเพิ่มเติม จึงช่วยสนับสนุนกระบวนการบดด้วยอัลตราซาวนด์ เมื่อกระบวนการบดเสร็จสิ้น สามารถกำจัดสารเติมแต่งเหล่านี้ได้อย่างง่ายดายเพียงล้างด้วยน้ำ ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบอย่างเด่นชัดเมื่อเทียบกับกระบวนการที่ใช้เม็ดบีดเซรามิก การบดแบบเม็ดบีดแบบดั้งเดิม เช่น การใช้เครื่องบดแอตทริเตอร์ ใช้ตัวกลางในการบดที่เป็นเซรามิกซึ่งไม่ละลายน้ำ (เช่น ลูกบอล เม็ดบีด หรือเม็ดทรงไข่มุก) ซึ่งเศษตกค้างจากการสึกกร่อนจะปนเปื้อนสารกระจายตัวที่ได้ในขั้นสุดท้าย การกำจัดการปนเปื้อนที่เกิดจากตัวกลางในการบดต้องอาศัยกระบวนการหลังการบดที่ซับซ้อน ใช้เวลานาน และมีค่าใช้จ่ายสูง

เทคโนโลยีการกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ผลิตสารแขวนลอยเพชรนาโนในน้ำที่มีการกระจายขนาดอนุภาคแคบได้อย่างมีประสิทธิภาพ
(การศึกษาและภาพประกอบ: ©Turcheniuk et al., 2016)

ตัวอย่างขั้นตอนสำหรับการกระจายตัวของเพชรนาโนด้วยอัลตราซาวนด์

การแยกกลุ่มอนุภาคเพชรนาโนในน้ำด้วยอัลตราซาวนด์โดยใช้เกลือช่วย:
นำส่วนผสมของโซเดียมคลอไรด์ 10 g และผงเพชรนาโน 0.250 g มาบดด้วยมือเป็นเวลาสั้น ๆ โดยใช้ครกและสากพอร์ซเลน แล้วใส่ลงในขวดแก้วขนาด 20 mL พร้อมน้ำปราศจากไอออน (DI) 5 mL ตัวอย่างที่เตรียมไว้ได้รับคลื่นอัลตราซาวนด์จากเครื่องอัลตราซาวนด์ชนิดโพรบเป็นเวลา 100 min ที่กำลังขาออก 60% และรอบการทำงาน 50% หลังการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ แบ่งตัวอย่างเท่า ๆ กันใส่หลอดปั่นเหวี่ยงพลาสติก Falcon ขนาด 50 mL จำนวนสองหลอด และทำให้กระจายตัวในน้ำกลั่นจนมีปริมาตรรวม 100 mL (2 × 50 mL) จากนั้นปั่นเหวี่ยงตัวอย่างแต่ละส่วนด้วยเครื่องปั่นเหวี่ยง Eppendorf รุ่น 5810-R ที่ 4000 rpm และ 25°C เป็นเวลา 10 min แล้วทิ้งของเหลวใสเหนือตะกอน นำตะกอน ND ที่ยังเปียกมาทำให้กระจายตัวอีกครั้งในน้ำกลั่น (ปริมาตรรวม 100 mL) แล้วปั่นเหวี่ยงครั้งที่สองที่ 12,000 rpm และ 25 °C เป็นเวลา 1 h ทิ้งของเหลวใสเหนือตะกอนอีกครั้ง แล้วนำตะกอนเพชรนาโนที่ยังเปียกมาทำให้กระจายตัวอีกครั้ง โดยครั้งนี้ใช้น้ำกลั่น 5 mL เพื่อวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะ การทดสอบมาตรฐานด้วย AgNO3 แสดงว่าไม่พบ Cl⁻ เลยในเพชรนาโนที่ผ่านการแยกกลุ่มอนุภาคด้วยอัลตราซาวนด์โดยใช้เกลือช่วยและล้างด้วยน้ำกลั่นสองครั้งตามที่อธิบายไว้ข้างต้น หลังจากระเหยน้ำออกจากตัวอย่าง พบการเกิดเพชรนาโนของแข็งสีดำในรูป “แผ่นชิ้นเล็ก ๆ” โดยได้ผลผลิต ∼200 mg หรือ 80% ของมวลเพชรนาโนเริ่มต้น (ดูภาพด้านล่าง)
(เทียบกับ Turcheniuk et al., 2016)

ตัวอย่างแห้งของเพชรนาโนที่กระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์
(การศึกษาและภาพประกอบ: ©Turcheniuk et al., 2016)

เครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับสารกระจายตัวของเพชรนาโน

Hielscher Ultrasonics ออกแบบ ผลิต และจัดจำหน่ายอุปกรณ์บดและกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับงานหนัก เช่น การผลิตสลาร์รีเพชรนาโน ตัวกลางขัดเงา และนาโนคอมโพสิต เครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher ถูกใช้ทั่วโลกเพื่อทำให้วัสดุนาโนกระจายตัวในสารแขวนลอยคอลลอยด์ในน้ำ พอลิเมอร์ เรซิน สารเคลือบ และวัสดุสมรรถนะสูงอื่น ๆ
เครื่องกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ของ Hielscher มีความเชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพในการแปรรูปวัสดุที่มีความหนืดตั้งแต่ต่ำจนถึงสูง สามารถปรับความเข้มของอัลตราซาวนด์ได้อย่างแม่นยำตามวัสดุที่ป้อนเข้าและขนาดอนุภาคสุดท้ายที่ต้องการ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ของกระบวนการที่เหมาะสมที่สุด
เพื่อแปรรูปเพสต์ที่มีความหนืด วัสดุนาโน และวัสดุที่มีความเข้มข้นของของแข็งสูง เครื่องกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ต้องสามารถสร้างแอมพลิจูดสูงได้อย่างต่อเนื่อง เครื่องประมวลผลอัลตราซาวนด์ระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher Ultrasonics สามารถให้แอมพลิจูดสูงมากในการทำงานอย่างต่อเนื่องภายใต้ภาระเต็มกำลัง สามารถใช้งานที่แอมพลิจูดสูงถึง 200µm ได้อย่างง่ายดายในการทำงานตลอด 24/7 ความสามารถในการใช้งานเครื่องกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ที่แอมพลิจูดสูงและปรับแอมพลิจูดได้อย่างแม่นยำเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการปรับสภาวะของกระบวนการอัลตราซาวนด์ เพื่อให้ได้สูตรที่เหมาะสมที่สุดของสลาร์รีระดับนาโนที่มีปริมาณสารเติมสูง ส่วนผสมพอลิเมอร์เสริมแรงด้วยวัสดุนาโน และนาโนคอมโพสิต
นอกจากแอมพลิจูดของอัลตราซาวนด์แล้ว ความดันยังเป็นพารามิเตอร์ของกระบวนการที่สำคัญมากอีกประการหนึ่ง ภายใต้ความดันที่สูงขึ้น ความเข้มของคาวิเทชันที่เกิดจากอัลตราซาวนด์และแรงเฉือนที่เกิดขึ้นจะเพิ่มขึ้น สามารถเพิ่มความดันในเครื่องปฏิกรณ์อัลตราซาวนด์ของ Hielscher เพื่อให้ได้ผลจากการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ที่เข้มข้นขึ้น
การติดตามกระบวนการและการบันทึกข้อมูลมีความสำคัญต่อการรักษามาตรฐานของกระบวนการอย่างต่อเนื่องและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ เซนเซอร์ความดันและอุณหภูมิแบบเสียบต่อเชื่อมต่อด้วยสายเข้ากับเครื่องกำเนิดอัลตราซาวนด์เพื่อติดตามและควบคุมกระบวนการกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ พารามิเตอร์สำคัญทั้งหมดของกระบวนการ เช่น พลังงานอัลตราซาวนด์ (สุทธิ + รวม) อุณหภูมิ ความดัน และเวลา จะถูกบันทึกโดยอัตโนมัติและจัดเก็บในการ์ด SD ที่ติดตั้งอยู่ภายใน เมื่อเข้าถึงข้อมูลกระบวนการที่บันทึกไว้โดยอัตโนมัติ คุณสามารถทบทวนการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ครั้งก่อน ๆ และประเมินผลลัพธ์ของกระบวนการได้
อีกคุณสมบัติหนึ่งที่ใช้งานง่ายคือการควบคุมระบบอัลตราซาวนด์ดิจิทัลของเราจากระยะไกลผ่านเบราว์เซอร์ ด้วยการควบคุมจากระยะไกลผ่านเบราว์เซอร์ คุณสามารถเริ่ม หยุด ปรับ และติดตามเครื่องประมวลผลอัลตราซาวนด์ของคุณจากระยะไกลได้จากทุกที่
ติดต่อเราตอนนี้เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงของเราสำหรับการบดและการกระจายตัวระดับนาโน!
ตารางด้านล่างแสดงกำลังการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา: