Silika Nanopartiküllerin Ultrasonik Deagglomerasyonu

Füme silika (örneğin Aerosil) gibi silika nanopartikülleri, çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılan bir katkı maddesidir. İstenen malzeme özelliklerine sahip tamamen işlevsel nanosilika elde etmek için, silika nano parçacıklarının topaktan arındırılması ve tek dağılmış parçacıklar olarak dağıtılması gerekir. Ultrasonik deagglomeration'ın, nanosilikayı bir süspansiyon içinde tek dağılmış parçacıklar olarak düzgün bir şekilde dağıtmak için oldukça verimli ve güvenilir bir teknik olduğu kanıtlanmıştır.

nanosilika – Özellikleri ve Uygulamaları

Silika (SiO₂) ve özellikle silika nanopartiküller (Si-NP'ler) birçok endüstride yaygın olarak kullanılan katkı maddeleridir. Nano boyutlu silika parçacıkları çok geniş bir yüzey alanı sunar ve birçok endüstride çeşitli amaçlar için kullanılan benzersiz parçacık özelliklerini ifade eder. Örneğin, nano boyutlu SiO'nun benzersiz malzeme özellikleri₂ (nano-) kompozitleri, betonu ve diğer malzemeleri güçlendirmek için uygulanır. Örnekler, yanmaz özellikler sunan nanosilika bazlı kaplamalar veya bu sayede yansıma önleyici özellikler kazanan nanosilika ile kaplanmış camlardır. Yapı ve inşaat sektöründe, silis dumanı (mikrosilika) ve nanosilika, betonun mekanik ve dayanıklılık özelliklerinin yanı sıra işlenebilirliği artırmak için kullanılan yüksek puzolanik malzeme olarak kullanılmaktadır. Silis dumanı ve nanosilika karşılaştırıldığında, nano yapılı SiO₂ Puzolan, erken aşamada silis dumanından daha aktiftir, çünkü nanosilika önemli ölçüde daha büyük bir spesifik yüzey alanı ve incelik sunar. Daha geniş yüzey alanı, betonla reaksiyona girecek daha fazla alan sunar ve bir çekirdek görevi görerek özellikle gelişmiş bir beton mikro yapısına katkıda bulunur. Betonun dayanıklılığının bir göstergesi olan gaz geçirgenliği, nano silika ile güçlendirilmiş betonda, geleneksel silis dumanı içeren betona göre iyileştirilmiştir.
Biyotıp ve yaşam bilimlerinde, SiO₂ Nanosilikanın yüksek yüzey alanı, mükemmel biyouyumluluğu ve ayarlanabilir gözenek boyutu, ilaç dağıtımı ve teranostikler dahil olmak üzere çok çeşitli yeni uygulamalar sunduğundan, nanopartiküller farklı uygulamalar için geniş çapta araştırılmaktadır.

Grafik, nano-silikanın ultrasonik dispersiyondan önce (yeşil eğri) ve sonra (kırmızı eğri) parçacık boyutu dağılımını göstermektedir.

Nano-Silikanın Ultrasonik Deagglomerasyonu ve Dispersiyonu

Ultrasonik deagglomeration ve dispersiyonun çalışma prensibi, bilimsel olarak akustik kavitasyon olarak bilinen ultrasonik olarak üretilen kavitasyonun etkilerine dayanmaktadır. Sıvılarda veya bulamaçlarda yüksek güçlü, düşük frekanslı ultrason uygulaması, akustik kavitasyona ve dolayısıyla yerel olarak çok yüksek basınçlar ve sıcaklıklar olarak ortaya çıkan aşırı koşullara ve 280 m/s'ye kadar sıvı jetleri ile mikro akışa neden olabilir. Ultrasonik kavitasyonun bu yoğun fiziksel ve mekanik etkileri, parçacık yüzeyinde erozyona ve parçacıklar arası çarpışma yoluyla parçacıkların parçalanmasına neden olur. Ultrasonik / akustik kavitasyonun bu yoğun kuvvetleri, sonikasyonu nano-silika, nanotüpler ve diğer nano malzemeler gibi nano boyutlu parçacıkların deagglomerasyonu ve dispersiyonu için oldukça verimli ve güvenilir bir yöntem haline getirir.

Ultrasonik olarak deagglomera nano-silikanın parçacık boyutu dağılımı (Hielscher UP400St ultrasonicator kullanarak) farklı zaman aralıklarında (a) ağırlıkça% 1, (b) ağırlıkça% 2, (c) ağırlıkça% 5 ve (d) ağırlıkça% 10 Aerosil 200 suda.
Çalışma ve grafikler: Vikash 2020.

Yüksek Katı Konsantrasyonlarda ve Viskoz Sıvılarda Silikanın Ultrasonik İşlenmesi

İyonik bağlar, kovalent bağlar, hidrojen bağları ve van der Waals etkileşimleri gibi kimyasal bağlanma kuvvetlerinin üstesinden gelinmesi gerektiğinden, nanopartikülleri düşük konsantrasyonlarda dağıtmak zaten zordur. Nanopartiküllerin konsantrasyonunun artmasıyla, örneğin nano-silika partikülleri, nanopartiküller arasındaki kimyasal etkileşim de önemli ölçüde artar. Bu, iyi, uzun vadeli kararlı dispersiyon sonuçları elde etmek için güçlü bir dispersiyon tekniğinin gerekli olduğu anlamına gelir. Ultrasonik dağıtıcılar, yüksek viskoziteli bulamaçları ve hatta çok yüksek katı konsantrasyonlara sahip macunları kolayca işleyebilen güvenilir ve oldukça etkili dispersiyon yöntemi olarak kullanılır. Yüksek katı nano parçacık yüklerine sahip bulamaçları işleme yeteneği, ultrasonikasyonu nano malzemeler için tercih edilen dağıtma teknolojisine dönüştürür.
Hielscher endüstriyel ultrasonicators, bir pompa ile beslenebildiği sürece bulamaç veya macun sürekli bir hat içi reaktörde işleyebilir.

Silika Nanoakışkanların Ultrasonik Üretimi

Modragon ve ark. (2012), silika nanopartiküllerinin damıtılmış suda dağıtılmasıyla hazırlanan silika nanoakışkanlar hazırladı. prob tipi ultrasonicator UP400S. Belirli bir katı içeriğe (yani ), düşük viskoziteli ve sıvı benzeri davranışa sahip kararlı silika nanoakışkanlar üretmek için, 5 dakikalık bir ultrason probu, bazik ortam (7'den yüksek pH değerleri) ile yüksek enerjili bir işlemden oluşur ve tuz ilavesi yoktur. Ultrasonik dispersiyon, düşük viskoziteli nanoakışkanlarla sonuçlandı. Ultrasonik olarak hazırlanan nanoakışkanlar sıvı gibi davrandı ve sonikasyon ile elde edilen iyi dağılım sayesinde çok kısa bir süre içinde% 20 katı yükleme ile hazırlandı.
"Mevcut tüm dispersiyon yöntemleri arasında, ultrasonik problarla dispersiyonun en etkili olanı olduğu doğrulanmıştır." (Modragon ve diğerleri, 2012)
Petzold ve ark. (2009), Aerosil tozunun deaglomerasyonu için aynı sonuca varmış ve ultrasonik probun, uygulanan yüksek odaklanmış enerji nedeniyle en etkili dispersiyon sistemi olduğunu bulmuştur.

Silika nanopartiküllerin deagglomerasyonu ve dispersiyonu için ultrasonikatörler

Nano-silika endüstriyel uygulamalarda, araştırmada veya malzeme biliminde kullanıldığında, kuru silika tozu sıvı bir faza dahil edilmelidir. Nano-silika dispersiyonu, tek silika partiküllerini topaktan arındırmak için yeterli enerji uygulayan güvenilir ve etkili bir dispersiyon tekniği gerektirir. Ultrasonikatörler, güçlü ve güvenilir dağıtıcılar olarak bilinir, bu nedenle silika, nanotüpler, grafen, mineraller ve diğer birçok malzeme gibi çeşitli malzemeleri homojen bir şekilde sıvı faza dağıtmak ve dağıtmak için kullanılır.

Hielscher Ultrasonics, her türlü homojenizasyon ve deagglomeration uygulamaları için yüksek performanslı ultrasonik dağıtıcılar tasarlar, üretir ve dağıtır. Nano dispersiyonların üretimi söz konusu olduğunda, yüksek performanslı ürünler elde etmek için hassas sonikasyon kontrolü ve nanopartikül süspansiyonunun güvenilir bir ultrasonik tedavisi esastır.
Hielscher Ultrasonics'in işlemcileri, enerji girişi, ultrasonik yoğunluk, genlik, basınç, sıcaklık ve tutma süresi gibi tüm önemli işlem parametreleri üzerinde tam kontrol sağlar. Böylece, parametreleri optimize edilmiş koşullara ayarlayabilirsiniz, bu da daha sonra nanosilika bulamaçları gibi yüksek kaliteli nano dispersiyona yol açar.
Herhangi bir hacim / kapasite için: Hielscher Ultrasonicators ve geniş bir aksesuar portföyü sunar. Bu, uygulamanız ve üretim kapasiteniz için ideal ultrasonik sistemin yapılandırılmasına izin verir. Birkaç mililitre içeren küçük şişelerden saatte binlerce galonluk yüksek hacimli akışlara kadar, Hielscher işleminiz için uygun ultrasonik çözümü sunar.
Sağlamlık: Ultrasonik sistemlerimiz sağlam ve güvenilirdir. Tüm Hielscher ultrasonicators 24/7/365 operasyon için üretilmiştir ve çok az bakım gerektirir.
Kullanıcı dostu: Ultrasonik cihazlarımızın ayrıntılı yazılımı, basit ve güvenilir bir sonikasyon için sonikasyon ayarlarının ön seçimine ve kaydedilmesine izin verir. Sezgisel menüye dijital renkli dokunmatik ekran üzerinden kolayca erişilebilir. Uzaktan tarayıcı kontrolü, herhangi bir internet tarayıcısı üzerinden çalıştırmanıza ve izlemenize olanak tanır. Otomatik veri kaydı, yerleşik bir SD kartta çalıştırılan herhangi bir sonikasyonun işlem parametrelerini kaydeder.
Mükemmel enerji verimliliği: Alternatif dispersiyon teknolojileri ile karşılaştırıldığında, Hielscher ultrasonicators olağanüstü enerji verimliliği ve parçacık boyutu dağılımında üstün sonuçlar ile mükemmeldir.

Grafik, bir ultra-turrax ile karşılaştırıldığında, Hielscher UIP1000 ile silika ultrasonik dispersiyonunun önemli avantajını göstermektedir. Ultrasonication daha az enerji gerektirir ve silika büyük ölçüde daha küçük parçacık boyutu elde eder.

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