Sonikasyon ile Sulu Süspansiyonda Disperse Edilen Nanoelmaslar

Nanoelmas dispersiyonları, Hielscher sonikatörleri kullanılarak hızlı ve verimli bir şekilde hazırlanabilir. Sulu süspansiyonda ultrasonik deagregasyon, agregaların güvenilir biçimde parçalanmasını ve kararlı kolloidlerin oluşmasını sağlar. pH ayarı için basit bir tuz ilavesiyle birleştirildiğinde bu yöntem, kolay, düşük maliyetli ve kirletici içermeyen bir yaklaşım sunar. Ölçeklenebilirliği ve uygulama kolaylığı sayesinde ultrasonik dispersiyon, hem laboratuvar araştırmaları hem de endüstriyel ölçekte nanoelmas işleme için son derece uygundur.

Verimli ve Kontaminasyonsuz Nanoelmas Deagregasyonu

Nanoelmaslar biyotıp, kuantum teknolojileri, triboloji ve gelişmiş kompozitlerde giderek daha fazla kullanılmaktadır; ancak sert agregalar oluşturma yönündeki doğal eğilimleri çoğu zaman performansı sınırlar. Bu nedenle, ayrı parçacıklardan oluşan kararlı kolloidler elde etmek, doğru karakterizasyon ve güvenilir uygulama için bir ön koşuldur. Geleneksel deagregasyon yöntemleri sıklıkla zirkonya veya başka safsızlıklar ekleyen sert öğütme tekniklerine dayanır; bu da saflaştırmayı zorlaştırır ve biyomedikal kullanımı kısıtlar. Ultrasonik dispersiyon, hızlı, ölçeklenebilir ve kirletici içermeyen bir alternatif sunar. Prob tipi sonikatörler, sulu ortamlarda akustik kavitasyon uygulayarak agregaları verimli biçimde tek haneli boyutlara sahip nanoelmaslara parçalar. Basit, tuz destekli pH ayarıyla birleştirildiğinde bu yöntem, toksik yan ürünler oluşturmadan geniş bir pH aralığında kararlı kolloidler elde edilmesini sağlar; bu da yöntemi hem laboratuvar araştırmaları hem de endüstriyel ölçekte üretim için son derece cazip kılar.

Nanoelmaslar, Hielscher sonikatörleri kullanılarak verimli ve güvenilir bir şekilde disperse edilebilir.

Nanoelmasların Ultrasonik Öğütülmesi ve Dispersiyonu Nasıl Çalışır?

Ultrasonik dispersiyon, öğütme ortamı olarak nanoelmasların kendisini kullanır. Yüksek güçlü ultrason dalgalarının oluşturduğu akustik kavitasyon, yüksek hızlı sıvı akımları oluşturur. Bu sıvı akımları, bulamaçtaki parçacıkları (örneğin elmasları) hızlandırarak parçacıkların 280km/s’ye varan hızlarda çarpışmasına ve çok küçük, nano boyutlu parçacıklara ayrılmasına yol açar. Böylece ultrasonik öğütme ve dispersiyon; nanoelması, geniş bir pH aralığında sulu kolloidal çözeltide kararlı olan nano boyutlu parçacıklara güvenilir biçimde deaglomere eden, kolay, düşük maliyetli ve kirletici içermeyen bir teknik haline gelir. Sulu bulamaçtaki nanoelmasları stabilize etmek için tuz (sodyum klorür) kullanılır.

 

 
Analiz öncesi numune hazırlama için ultrasonik nanoelmas deagregasyonu hakkında daha fazla bilgi edinin!
 

Ultrasonik Nanoelmas Öğütme, Boncuklu Değirmenlerden Üstündür

Prob tipi sonikatörler son derece etkili değirmenlerdir ve nanoelmas süspansiyonlarının endüstriyel ölçekte büyük miktarlarda üretimi için yerleşik bir öğütme tekniğidir. Ultrasonik değirmenler öğütme ortamı olarak nanoelmasları kullandığından, örneğin zirkonya boncukları gibi öğütme ortamlarından kaynaklanan kontaminasyon tamamen önlenir. Bunun yerine ultrasonik kavitasyon kuvvetleri parçacıkları hızlandırır; böylece nanoelmaslar birbirleriyle şiddetli biçimde çarpışır ve eşit nano boyutlara parçalanır. Ultrasonik olarak indüklenen bu parçacıklar arası çarpışma, homojen dağılımlı nanodispersiyonların üretimi için son derece verimli ve güvenilir bir yöntemdir.
Ultrasonik dispersiyon ve deagregasyon yöntemi, pH düzenlemesi ve ultrasonik dispersiyonun stabilizasyonu için sodyum klorür veya sükroz gibi suda çözünebilen, toksik olmayan ve kontaminasyona yol açmayan katkı maddeleri kullanır. Sodyum klorür veya sükrozun bu kristal yapıları ayrıca öğütme ortamı görevi görerek ultrasonik öğütme işlemini destekler. Öğütme işlemi tamamlandığında bu katkı maddeleri, suyla basitçe durulanarak kolayca uzaklaştırılabilir; bu, seramik boncukların kullanıldığı bir işleme kıyasla kayda değer bir avantajdır. Atritörler gibi geleneksel boncuklu öğütme sistemleri, aşınma kalıntıları nihai dispersiyonu kirleten, çözünmeyen seramik öğütme ortamları (örneğin bilyeler, boncuklar veya kürecikler) kullanır. Öğütme ortamlarının yol açtığı kontaminasyonun giderilmesi, karmaşık son işlemler gerektirir ve hem zaman alıcı hem de maliyetlidir.

Ultrasonik dispersiyon teknolojisi, dar parçacık boyutu dağılımına sahip sulu nanoelmas süspansiyonlarını etkili biçimde üretir.
(Çalışma ve grafik: ©Turcheniuk et al., 2016)

Ultrasonik Nanoelmas Dispersiyonu için Örnek Protokol

Nanoelmasların Suda Tuz Destekli Ultrasonik Deagregasyonu:
10 g sodyum klorür ve 0,250 g nanoelmas tozundan oluşan bir karışım, porselen havan ve havan tokmağı kullanılarak elle kısa süre öğütüldü ve 5 mL deiyonize suyla birlikte 20 mL hacimli bir cam şişeye yerleştirildi. Hazırlanan numuneye, prob tipi bir sonikatör kullanılarak %60 çıkış gücünde ve %50 görev döngüsünde 100 min boyunca sonikasyon uygulandı. Sonikasyon sonrasında numune, 50 mL hacimli iki plastik Falcon santrifüj tüpüne eşit olarak bölündü ve toplam hacim 100 mL’ye (2 × 50 mL) ulaşacak şekilde distile suda disperse edildi. Ardından her numune, Eppendorf 5810-R santrifüjü kullanılarak 4000 rpm ve 25°C koşullarında 10 min boyunca santrifüjlendi ve berrak süpernatant uzaklaştırıldı. Islak ND çökeltileri daha sonra distile suda yeniden disperse edildi (toplam hacim 100 mL) ve 12.000 rpm ve 25 °C koşullarında 1 h boyunca ikinci kez santrifüjlendi. Berrak süpernatant bir kez daha uzaklaştırıldı ve ıslak nanoelmas çökeltileri, karakterizasyon için bu kez 5 mL distile suda yeniden disperse edildi. Standart bir AgNO3 analizi, Cl⁻ iyonlarının, yukarıda açıklandığı gibi distile suyla iki kez yıkanmış, tuz destekli ultrasonik deagregasyon uygulanmış nanoelmaslarda hiç bulunmadığını gösterdi. Numunelerdeki suyun buharlaştırılmasının ardından, ∼200 mg veya başlangıçtaki nanoelmas kütlesinin %80’i kadar verimle siyah, katı nanoelmas “yongalarının” oluştuğu gözlendi. (aşağıdaki resme bakın)
(bkz. Turcheniuk et al., 2016)

Ultrasonik olarak disperse edilmiş nanoelmasların kurutulmuş numunesi.
(Çalışma ve grafik: ©Turcheniuk et al., 2016)

Nanoelmas Dispersiyonları için Yüksek Performanslı Sonikatörler

Hielscher Ultrasonics, nanoelmas bulamaçları, parlatma ortamları ve nanokompozitlerin üretimi gibi ağır hizmet uygulamaları için yüksek performanslı ultrasonik öğütme ve dispersiyon ekipmanları tasarlar, üretir ve dağıtır. Hielscher sonikatörleri, nanomalzemelerin sulu kolloidal süspansiyonlar, polimerler, reçineler, kaplamalar ve diğer yüksek performanslı malzemeler içinde disperse edilmesi için dünya çapında kullanılır.
Hielscher ultrasonik disperserleri, düşükten yükseğe kadar farklı viskozitelerin işlenmesinde güvenilir ve verimlidir. Girdi malzemelerine ve hedeflenen nihai parçacık boyutuna bağlı olarak, optimum işlem sonuçları için ultrasonik şiddet hassas biçimde ayarlanabilir.
Viskoz macunları, nanomalzemeleri ve yüksek katı madde konsantrasyonlarını işlemek için ultrasonik disperser, sürekli olarak yüksek genlikler üretebilmelidir. Hielscher Ultrasonics endüstriyel ultrasonik işlemcileri, tam yük altında sürekli çalışmada çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200µm’ye kadar genliklerle 24/7 çalışma kolayca gerçekleştirilebilir. Ultrasonik disperseri yüksek genliklerde çalıştırabilme ve genliği hassas biçimde ayarlayabilme seçeneği, yüksek dolgulu nanobulamaçların, nano takviyeli polimer karışımlarının ve nanokompozitlerin optimum formülasyonu için ultrasonik işlem koşullarını uyarlamak açısından gereklidir.
Ultrasonik genliğin yanı sıra basınç da çok önemli bir işlem parametresidir. Yükseltilmiş basınçlarda ultrasonik kavitasyonun şiddeti ve kesme kuvvetleri artar. Hielscher ultrasonik reaktörleri basınçlandırılabilir; böylece daha yoğun sonikasyon sonuçları elde edilir.
İşlem izleme ve veri kaydı, sürekli işlem standardizasyonu ve ürün kalitesi açısından önemlidir. Takılabilir basınç ve sıcaklık sensörleri, ultrasonik dispersiyon işlemini izlemek ve kontrol etmek için ultrasonik jeneratöre kabloyla bağlanır. Ultrasonik enerji (net + toplam), sıcaklık, basınç ve süre gibi tüm önemli işlem parametreleri otomatik olarak kaydedilir ve yerleşik bir SD karta depolanır. Otomatik olarak kaydedilen işlem verilerine erişerek önceki sonikasyon çalışmalarını gözden geçirebilir ve işlem sonuçlarını değerlendirebilirsiniz.
Bir diğer kullanıcı dostu özellik, dijital ultrasonik sistemlerimizin tarayıcı üzerinden uzaktan kontrolüdür. Tarayıcı üzerinden uzaktan kontrol sayesinde ultrasonik işlemcinizi her yerden uzaktan başlatabilir, durdurabilir, ayarlayabilir ve izleyebilirsiniz.
Öğütme ve nanodispersiyonlar için yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörlerimiz hakkında daha fazla bilgi edinmek üzere hemen bizimle iletişime geçin!
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir vermektedir: