Endüstriyel Uygulamalar için Güvenilir Nanopartikül Dispersiyonu

Yüksek güçlü ultrasonikasyon, parçacık aglomeralarını verimli ve güvenilir bir şekilde parçalayabilir ve hatta birincil parçacıkları parçalayabilir. Yüksek performanslı dispersiyon performansı nedeniyle, homojen nanopartikül süspansiyonları oluşturmak için tercih edilen yöntem olarak prob tipi ultrasonicators kullanılır.

Ultrasonication ile Güvenilir Nanopartikül Dağılımı

Birçok endüstri, nanopartiküller yüklü olan süspansiyonların hazırlanmasını gerektirir. Nanopartiküller, partikül boyutu 100nm'den küçük olan katılardır. Dakika parçacık boyutu nedeniyle, nanoparçacık olağanüstü mukavemet, sertlik, optik özellikler, süneklik, UV direnci, iletkenlik, elektriksel ve elektromanyetik (EM) özellikler, korozyon önleyicilik, çizilme direnci ve diğer olağanüstü özellikler gibi benzersiz özellikleri ifade eder.
Yüksek yoğunluklu, düşük frekanslı ultrason, kesme kuvvetleri, çok yüksek basınç ve sıcaklık farkları ve türbülanslar gibi aşırı koşullarla karakterize edilen yoğun akustik kavitasyon oluşturur. Bu kavitasyon kuvvetleri, parçacıklar arası çarpışmalara ve sonuç olarak parçacıkların parçalanmasına neden olan parçacıkları hızlandırır. Sonuç olarak, dar bir parçacık boyutu eğrisine ve düzgün bir dağılıma sahip nanoyapılı malzemeler elde edilir.
Ultrasonik dispersiyon ekipmanı, düşük ila çok yüksek viskozitelerde su ve organik çözücüler içindeki her türlü nanomalzemeyi arıtmak için uygundur.

Karbon Nanotüplerin Ultrasonik Dispersiyonu

Ultrasonic dispersers are widely used for the purpose of dispersing carbon nanotubes (CNTs). Sonication is a reliable method to detangle and disperse single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) as well as multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). For instance, in order to produce a highly conductive thermoplastic polymer, high-purity (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs; external diameter 9.5 nm; purity 95 +%) have been ultrasonically dispersed with the Hielscher UP200S for 30min. at room temperature. The ultrasonically dispersed Nanocyl® 3100 MWCNTs at a concentration of 1% w/w in the epoxy resin showed superior conductivity of approx. 1.5 × 10-2 S /m.

Nikel Nanopartiküllerin Ultrasonik Dispersiyonu

Nikel nanopartikülleri, ultrasonik olarak assite edilmiş hidrazin indirgeme sentezi yoluyla başarılı bir şekilde üretilebilir. Hidrazin indirgeme sentez yolu, nikel klorürün hidrazin ile kimyasal olarak indirgenmesiyle küresel şekilli saf metalik nikel nanopartikülünün hazırlanmasını sağlar. Adám'ın araştırma grubu, ultrasonikasyonun – kullanarak Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – uygulanan sıcaklıktan bağımsız olarak ortalama bir birincil kristalit boyutunu (7-8 nm) koruyabildi, yoğun ve daha kısa sonikasyon periyotlarının kullanılması, ikincil, toplanmış parçacıkların solvodinamik çaplarını 710 nm'den 190 nm'ye düşürebilirken, herhangi bir yüzey aktif madde yokluğunda. En yüksek asitlik ve katalitik aktivite, hafif (30 W çıkış gücünde) ve sürekli ultrason tedavisi ile hazırlanan nanopartiküller için ölçülmüştür. Nanopartiküllerin katalitik davranışı, konvansiyonel ve ultrasonik yollarla hazırlanan beş numune üzerinde bir Suzuki-Miyaura çapraz bağlanma reaksiyonunda test edildi. Ultrasonik olarak hazırlanan katalizörler genellikle daha iyi performans gösterdi ve en yüksek katalitik aktivite, düşük güçlü (30 W) sürekli sonikasyon altında hazırlanan nanopartiküller üzerinde ölçüldü.
Ultrason tedavisinin nanopartiküllerin toplanma eğilimi üzerinde çok önemli etkileri oldu: güçlü kütle transferi ile tahrip olmuş kavitasyon boşluklarının birleştirme etkisi, güçlü kütle transferi ile tahrip olmuş kavitasyon boşluklarının çekici elektrostatik gücünün üstesinden gelebilir, parçacıklar arasındaki çekici elektrostatik ve van der Waals kuvvetlerinin üstesinden gelebilir.
(bkz. Adám ve ark. 2020)

Wollastonite Nanopartiküllerin Ultrasonik Sentezi

Wollastonite, CaSiO3 kimyasal formülüne sahip bir kalsiyum inosilikat mineralidir Wollastonite, inşaat sektöründe çimento, cam, tuğla ve kiremit üretimi için bileşen olarak, çelik dökümünde akı olarak ve ayrıca kaplama ve boya üretiminde bir katkı maddesi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, wollastonite takviye, sertleşme, düşük yağ emilimi ve diğer iyileştirmeler sağlar. Wollastonitin mükemmel takviye özelliklerini elde etmek için, nano ölçekli deagglomeration ve homojen dispersiyon esastır.
Dordane ve Doroodmand (2021) çalışmalarında ultrasonik dispersiyonun wollastonit nanopartiküllerinin boyutunu ve morfolojisini önemli ölçüde etkileyen çok önemli bir faktör olduğunu göstermiştir. Sonikasyonun wollastonit nano dispersiyon üzerindeki katkısını değerlendirmek için, araştırma ekibi wollastonite nanopartiküllerini yüksek güçlü ultrasoniklerin uygulanması ile ve uygulanması olmadan sentezledi. Sonikasyon denemeleri için, araştırmacılar ultrasonik işlemci UP200H (Hielscher Ultrasonik) 45.0 dakika boyunca 24 kHz frekansı ile. Ultrasonik nano dispersiyonun sonuçları aşağıdaki yüksek çözünürlüklü SEM'de gösterilmiştir. SEM görüntüsü, ultrasonik işlemden önce wollastonit numunesinin topaklandığını ve toplandığını açıkça göstermektedir; UP200H ultrasonicator ile sonikasyondan sonra, wollastonite parçacıklarının ortalama boyutu yaklaşık 10nm'dir. Çalışma, ultrasonik dispersiyonun wollastonite nanopartiküllerini sentezlemek için güvenilir ve verimli bir teknik olduğunu göstermektedir. Ortalama nanopartikül boyutu, ultrasonik işleme parametreleri ayarlanarak kontrol edilebilir.
(bkz. Dordane ve Doroodmand, 2021)

Wollastonit nanopartiküllerinin (A) ultrasonikasyon öncesi ve (B) sonrası SEM görüntüleri ultrasonik işlemci UP200H 45.0 dk.
Çalışma ve resim: ©Dordane ve Doroodmand, 2021.

Ultrasonik Nanofiller Dispersiyonu

Sonikasyon, polimerler, epoksi reçineler, sertleştiriciler, termoplastikler vb. gibi sıvılarda ve bulamaçlarda nano dolgu maddelerini dağıtmak ve deagglomere etmek için çok yönlü bir yöntemdir. Bu nedenle, sonifikasyon, R'de yüksek verimli bir dispersiyon yöntemi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.&D ve endüstriyel üretim.
Zanghellini ve ark. (2021), epoksi reçinede nano dolgu maddeleri için ultrasonik dispersiyon tekniğini araştırdı. Sonikasyonun küçük ve yüksek konsantrasyonlarda nano dolgu maddelerini bir polimer matrisine dağıtabildiğini gösterebilirdi.
Çeşitli formülasyonlar karşılaştırıldığında, ağırlıkça% 0.5 oksitlenmiş CNT, tüm sonikasyonlu numunelerin en iyi sonuçlarını gösterdi ve aglomeraların çoğunun boyut dağılımlarını, üç haddehane tarafından üretilen numunelerle karşılaştırılabilir bir aralıkta ortaya çıkardı, sertleştiriciye iyi bir bağlanma, dispersiyon içinde bir sızma ağının oluşumu, bu da sedimantasyona karşı stabiliteye ve dolayısıyla uygun bir uzun vadeli stabiliteye işaret eder. Daha yüksek dolgu miktarları benzer iyi sonuçlar gösterdi, ancak aynı zamanda daha belirgin iç ağların yanı sıra biraz daha büyük aglomeraların oluşumunu da gösterdi. Karbon nanofiberler (CNF) bile sonikasyon yoluyla başarılı bir şekilde dağıtılabilir. Nano dolgu maddelerinin sertleştirici sistemlerinde ilave çözücüler olmadan doğrudan US dispersiyonu başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir ve bu nedenle endüstriyel kullanım potansiyeline sahip basit ve doğrudan bir dispersiyon için uygulanabilir bir yöntem olarak görülebilir. (bkz. Zanghellini ve diğerleri, 2021)
 

Sertleştiricide dağılmış farklı nanofillerin karşılaştırılması (ultrasonikasyon—US): (a) ağırlıkça %0,5 karbon nanofiber (CNF); (b) ağırlıkça %0,5 CNToksi; (c) ağırlıkça %0,5 karbon nanotüp (CNT); (d) ağırlıkça %0,5 CNT yarı dağılmış.
(Çalışma ve resim: © Zanghellini ve ark., 2021)

Nanopartiküllerin Ultrasonik Dağılımı – Üstünlüğü Bilimsel Olarak Kanıtlanmış

Araştırmalar, çok sayıda sofistike çalışmada, ultrasonik dispersiyonun, sıvılarda yüksek konsantrasyonda bile nanopartikülleri deagglomera etmek ve dağıtmak için üstün tekniklerden biri olduğunu göstermektedir. Örneğin, Vikash (2020), Hielscher ultrasonik dağıtıcı UP400S kullanarak viskoz sıvılarda yüksek miktarda nano-silika dağılımını araştırdı. Çalışmasında, "nanopartiküllerin kararlı ve düzgün dağılımının, viskoz sıvılarda yüksek katı yüklemede bir ultra-sonikasyon cihazı kullanılarak elde edilebileceği" sonucuna varıyor. [Vikash, 2020]

Nanopartikül Dispersiyonu için Yüksek Performanslı Ultrasonik İşlemciler

Hielscher Ultrasonics, laboratuvar ve pilottan tam endüstriyel sistemlere kadar güvenilir yüksek performanslı ultrasonik ekipman için güvenilir tedarikçinizdir. Hielscher Ultrasonik’ Cihazlar gelişmiş donanım, akıllı yazılım ve olağanüstü kullanıcı dostu özelliklere sahiptir – Almanya'da tasarlanmış ve üretilmiştir. Hielscher'ın dispersiyon, deagglomeration, nanopartikül sentezi ve fonksiyonelleştirme için sağlam ultrasonik makineleri tam yük altında 24/7/365 çalıştırılabilir. Prosesinize ve üretim tesisinize bağlı olarak, ultrasonicator'larımız toplu veya sürekli hat içi modda çalıştırılabilir. Sonotrodlar (ultrasonik problar), yükseltici kornalar, akış hücreleri ve reaktörler gibi çeşitli aksesuarlar kolayca temin edilebilir.
Ultrasonik nano dispersiyon sistemlerimiz için daha fazla teknik bilgi, bilimsel çalışmalar, protokoller ve fiyat teklifi almak için hemen bizimle iletişime geçin! İyi eğitimli, uzun deneyimli personelimiz nano uygulamanızı sizinle tartışmaktan memnuniyet duyacaktır!

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir: