การสลายการเกาะกลุ่มของอนุภาคนาโนซิลิกาด้วยอัลตราโซนิก

อนุภาคนาโนซิลิกา เช่น ฟูมซิลิกา (เช่น Aerosil) เป็นสารเติมแต่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เพื่อให้ได้นาโนซิลิกาที่ทำหน้าที่ได้อย่างเต็มที่และมีลักษณะของวัสดุตามที่ต้องการ จำเป็นต้องสลายการเกาะกลุ่มของอนุภาคนาโนซิลิกาและกระจายให้เป็นอนุภาคเดี่ยว การสลายการเกาะกลุ่มด้วยอัลตราโซนิกได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงและเชื่อถือได้ในการกระจายนาโนซิลิกาอย่างสม่ำเสมอเป็นอนุภาคเดี่ยวในสารแขวนลอย

นาโนซิลิกา – ลักษณะและการประยุกต์ใช้

ซิลิกา (SiO₂) และโดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุภาคนาโนซิลิกา (Si-NPs) เป็นสารเติมแต่งที่ใช้กันทั่วไปในหลายอุตสาหกรรม อนุภาคซิลิกาขนาดนาโนมีพื้นที่ผิวมากและแสดงลักษณะเฉพาะของอนุภาค ซึ่งนำไปใช้ในหลายอุตสาหกรรมเพื่อวัตถุประสงค์ต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น สมบัติเฉพาะของวัสดุ SiO₂ ขนาดนาโนถูกนำมาใช้เพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับวัสดุคอมโพสิต (รวมถึงนาโนคอมโพสิต) คอนกรีต และวัสดุอื่น ๆ ตัวอย่าง ได้แก่ สารเคลือบที่ใช้นาโนซิลิกาเป็นองค์ประกอบหลักซึ่งมีสมบัติป้องกันไฟ หรือกระจกที่เคลือบด้วยนาโนซิลิกาซึ่งทำให้มีสมบัติลดการสะท้อนแสง ในอุตสาหกรรมอาคารและการก่อสร้าง ซิลิกาฟูม (ไมโครซิลิกา) และนาโนซิลิกาถูกใช้เป็นวัสดุที่มีความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาปอซโซลานสูง เพื่อปรับปรุงความสามารถในการทำงาน สมบัติเชิงกล และความทนทานของคอนกรีต เมื่อเปรียบเทียบซิลิกาฟูมกับนาโนซิลิกา ปอซโซลาน SiO₂ ที่มีโครงสร้างระดับนาโนมีความว่องไวในการทำปฏิกิริยาในระยะแรกมากกว่าซิลิกาฟูม เนื่องจากนาโนซิลิกามีพื้นที่ผิวจำเพาะและความละเอียดสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ พื้นที่ผิวที่มากขึ้นทำให้มีตำแหน่งสำหรับทำปฏิกิริยากับคอนกรีตมากขึ้น และช่วยปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคของคอนกรีตโดยเฉพาะผ่านการทำหน้าที่เป็นนิวเคลียส ความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ความทนทานของคอนกรีตได้รับการปรับปรุงในคอนกรีตที่เสริมด้วยนาโนซิลิกา เมื่อเทียบกับคอนกรีตที่มีซิลิกาฟูมแบบดั้งเดิม
ในสาขาชีวเวชศาสตร์และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ อนุภาคนาโน SiO₂ ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางสำหรับการประยุกต์ใช้ต่าง ๆ เนื่องจากพื้นที่ผิวสูง ความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยม และขนาดรูพรุนที่ปรับได้ของนาโนซิลิกาเปิดโอกาสให้เกิดการประยุกต์ใช้ใหม่ ๆ อย่างหลากหลาย รวมถึงการนำส่งยาและการวินิจฉัยร่วมกับการรักษา

กราฟแสดงการกระจายขนาดอนุภาคของนาโนซิลิกาก่อน (เส้นโค้งสีเขียว) และหลัง (เส้นโค้งสีแดง) การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิก

การสลายการเกาะกลุ่มและการกระจายตัวของนาโนซิลิกาด้วยอัลตราโซนิก

หลักการทำงานของการสลายการเกาะกลุ่มและการกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกอาศัยผลของคาวิเทชันที่เกิดจากอัลตราโซนิก ซึ่งในทางวิทยาศาสตร์เรียกว่าคาวิเทชันเชิงเสียง การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์กำลังสูงและความถี่ต่ำในของเหลวหรือสลาร์รีสามารถทำให้เกิดคาวิเทชันเชิงเสียง และส่งผลให้เกิดสภาวะสุดขั้วเฉพาะที่ ได้แก่ ความดันและอุณหภูมิที่สูงมาก รวมถึงการไหลระดับจุลภาคพร้อมลำพุ่งของของเหลวที่มีความเร็วสูงถึง 280m/s ผลทางกายภาพและทางกลที่รุนแรงเหล่านี้ของคาวิเทชันจากอัลตราโซนิกทำให้เกิดการกร่อนที่ผิวอนุภาค ตลอดจนการแตกของอนุภาคจากการชนกันระหว่างอนุภาค แรงที่รุนแรงเหล่านี้จากคาวิเทชันจากอัลตราโซนิก / คาวิเทชันเชิงเสียงทำให้การใช้อัลตราโซนิกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงและเชื่อถือได้สำหรับการสลายการเกาะกลุ่มและการกระจายตัวของอนุภาคขนาดนาโน เช่น นาโนซิลิกา ท่อนาโน และวัสดุนาโนอื่น ๆ

การกระจายขนาดอนุภาคของนาโนซิลิกาที่สลายการเกาะกลุ่มด้วยอัลตราโซนิก (โดยใช้เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher UP400St) ในน้ำที่มี Aerosil 200 ในปริมาณ (a) 1 wt%, (b) 2 wt%, (c) 5 wt% และ (d) 10 wt% ณ ช่วงเวลาต่าง ๆ
การศึกษาและกราฟ: Vikash 2020.

การแปรรูปซิลิกาด้วยอัลตราโซนิกที่ความเข้มข้นของของแข็งสูงและในของเหลวหนืด

การกระจายตัวของอนุภาคนาโนที่ความเข้มข้นต่ำก็เป็นงานที่ท้าทายอยู่แล้ว เนื่องจากต้องเอาชนะแรงจากพันธะเคมี เช่น พันธะไอออนิก พันธะโคเวเลนต์ พันธะไฮโดรเจน และอันตรกิริยาแวนเดอร์วาลส์ เมื่อความเข้มข้นของอนุภาคนาโน เช่น อนุภาคนาโนซิลิกา เพิ่มขึ้น อันตรกิริยาทางเคมีระหว่างอนุภาคนาโนก็เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน ดังนั้น เทคนิคการกระจายตัวที่ทรงพลังจึงจำเป็นต่อการให้ได้ผลการกระจายตัวที่ดีและคงตัวในระยะยาว เครื่องกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกถูกใช้เป็นวิธีการกระจายตัวที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิผลสูง โดยสามารถแปรรูปสลาร์รีที่มีความหนืดสูง หรือแม้แต่วัสดุเนื้อเพสต์ที่มีความเข้มข้นของของแข็งสูงมากได้อย่างง่ายดาย ความสามารถในการแปรรูปสลาร์รีที่มีปริมาณอนุภาคนาโนของแข็งสูงทำให้การใช้อัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีการกระจายตัวที่เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับวัสดุนาโน
เครื่องอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher สามารถแปรรูปสลาร์รีหรือวัสดุเนื้อเพสต์ของคุณในเครื่องปฏิกรณ์แบบอินไลน์ต่อเนื่องได้ ตราบเท่าที่สามารถป้อนวัสดุนั้นด้วยปั๊ม

การผลิตนาโนฟลูอิดซิลิกาด้วยอัลตราโซนิก

Modragon และคณะ (2012) เตรียมนาโนฟลูอิดซิลิกาโดยกระจายอนุภาคนาโนซิลิกาในน้ำกลั่นด้วย เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ UP400S ในการผลิตนาโนฟลูอิดซิลิกาที่คงตัว มีปริมาณของแข็งที่กำหนด (คือ 20%) มีความหนืดต่ำและมีพฤติกรรมเหมือนของเหลว เงื่อนไขประกอบด้วยการให้พลังงานสูงด้วยโพรบอัลตราซาวนด์เป็นเวลา 5 นาที การใช้ตัวกลางที่เป็นเบส (ค่า pH สูงกว่า 7) และการไม่เติมเกลือ การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกทำให้ได้นาโนฟลูอิดที่มีความหนืดต่ำ นาโนฟลูอิดที่เตรียมด้วยอัลตราโซนิกมีพฤติกรรมเหมือนของเหลวและสามารถเตรียมให้มีปริมาณของแข็ง 20% ได้ภายในเวลาสั้นมาก เนื่องจากการกระจายตัวที่ดีจากการใช้อัลตราโซนิก
“ในบรรดาวิธีการกระจายตัวทั้งหมดที่มีอยู่ การกระจายตัวด้วยโพรบอัลตราโซนิกได้รับการยืนยันว่าเป็นวิธีที่มีประสิทธิผลสูงสุด” (Modragon et al., 2012)
Petzold และคณะ (2009) ได้ข้อสรุปเดียวกันสำหรับการสลายการเกาะกลุ่มของผง Aerosil โดยพบว่าโพรบอัลตราโซนิกเป็นระบบการกระจายตัวที่มีประสิทธิผลสูงสุด เนื่องจากพลังงานที่ใช้มีการรวมตัวอย่างเข้มข้นเฉพาะจุด

เครื่องอัลตราโซนิกสำหรับการสลายการเกาะกลุ่มและการกระจายตัวของอนุภาคนาโนซิลิกา

เมื่อนำซิลิกาขนาดนาโนไปใช้ในงานอุตสาหกรรม การวิจัย หรือวัสดุศาสตร์ จำเป็นต้องนำผงซิลิกาแห้งเข้าสู่เฟสของเหลว การกระจายตัวของนาโนซิลิกาต้องอาศัยเทคนิคการกระจายตัวที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิผล ซึ่งให้พลังงานเพียงพอที่จะสลายการเกาะกลุ่มให้เป็นอนุภาคซิลิกาเดี่ยว เครื่องอัลตราโซนิกเป็นที่รู้จักกันดีว่าเป็นเครื่องกระจายตัวที่ทรงพลังและเชื่อถือได้ จึงถูกใช้เพื่อสลายการเกาะกลุ่มและกระจายวัสดุต่าง ๆ เช่น ซิลิกา ท่อนาโน กราฟีน แร่ และวัสดุอื่น ๆ อีกมากมายให้เป็นเนื้อเดียวกันในเฟสของเหลว

Hielscher Ultrasonics ออกแบบ ผลิต และจัดจำหน่ายเครื่องกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับงานทำให้เป็นเนื้อเดียวกันและงานสลายการเกาะกลุ่มทุกประเภท ในการผลิตระบบกระจายตัวระดับนาโน การควบคุมการใช้อัลตราโซนิกอย่างแม่นยำและการบำบัดสารแขวนลอยอนุภาคนาโนด้วยอัลตราโซนิกอย่างเชื่อถือได้เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์สมรรถนะสูง
เครื่องแปรรูปของ Hielscher Ultrasonics ช่วยให้คุณควบคุมพารามิเตอร์การแปรรูปที่สำคัญทั้งหมดได้อย่างเต็มที่ เช่น พลังงานที่ป้อน ความเข้มของอัลตราโซนิก แอมพลิจูด ความดัน อุณหภูมิ และเวลาพำนัก คุณจึงสามารถปรับพารามิเตอร์ให้ได้สภาวะที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งส่งผลให้ได้ระบบกระจายตัวระดับนาโนคุณภาพสูง เช่น สลาร์รีนาโนซิลิกา
สำหรับทุกปริมาตร / กำลังการผลิต: Hielscher มีเครื่องอัลตราโซนิกและอุปกรณ์เสริมให้เลือกอย่างหลากหลาย จึงสามารถจัดองค์ประกอบระบบอัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานและกำลังการผลิตของคุณได้ ตั้งแต่ขวดขนาดเล็กที่บรรจุเพียงไม่กี่มิลลิลิตร ไปจนถึงกระแสการไหลปริมาณสูงระดับหลายพันแกลลอนต่อชั่วโมง Hielscher มีโซลูชันอัลตราโซนิกที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการของคุณ
ความทนทาน: ระบบอัลตราโซนิกของเราทนทานและเชื่อถือได้ เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ทุกเครื่องสร้างขึ้นเพื่อการทำงาน 24/7/365 และต้องการการบำรุงรักษาเพียงเล็กน้อยมาก
ความสะดวกในการใช้งาน: ซอฟต์แวร์ที่พัฒนามาอย่างละเอียดของอุปกรณ์อัลตราโซนิกของเราช่วยให้เลือกและบันทึกการตั้งค่าการใช้อัลตราโซนิกไว้ล่วงหน้าได้ เพื่อให้การใช้งานง่ายและเชื่อถือได้ เมนูที่ใช้งานได้อย่างเป็นธรรมชาติสามารถเข้าถึงได้ง่ายผ่านจอสัมผัสดิจิทัลแบบสี การควบคุมระยะไกลผ่านเบราว์เซอร์ช่วยให้คุณสั่งงานและตรวจติดตามผ่านอินเทอร์เน็ตเบราว์เซอร์ใดก็ได้ การบันทึกข้อมูลอัตโนมัติจะบันทึกพารามิเตอร์กระบวนการของการใช้อัลตราโซนิกแต่ละครั้งลงในการ์ด SD ที่ติดตั้งในตัวเครื่อง
ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีเยี่ยม: เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการกระจายตัวทางเลือกอื่น ๆ เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher มีความโดดเด่นด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ยอดเยี่ยมและผลการกระจายขนาดอนุภาคที่เหนือกว่า

กราฟแสดงข้อได้เปรียบอย่างมีนัยสำคัญของการกระจายตัวของซิลิกาด้วยอัลตราโซนิกโดยใช้ Hielscher UIP1000 เมื่อเทียบกับ ultra-turrax การใช้อัลตราโซนิกต้องการพลังงานน้อยกว่าและทำให้ได้อนุภาคซิลิกาที่มีขนาดเล็กลงอย่างมาก

ตารางด้านล่างแสดงกำลังการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: