Nanoelmasların Ultrasonik Sentezi
- Yoğun kavitasyon kuvveti nedeniyle, güç ultrasonu, grafitten mikron ve nano boyutlu elmaslar üretmek için umut verici bir tekniktir.
- Mikro ve nano kristalli elmaslar, atmosferik basınçta ve oda sıcaklığında organik sıvı içinde bir grafit süspansiyonunu sonikleştirerek sentezlenebilir.
- Ultrasonik ayrıca, sentezlenen nano elmasların işlenmesi için yararlı bir araçtır, çünkü ultrasonikasyon nano parçacıkları çok etkili bir şekilde dağıtır, deagglomera eder ve işlevselleştirir.
Nanodiamond Tedavisi için Ultrasonik
Nanoelmaslar (aynı zamanda patlama elmasları (DND) veya ultra dağılmış elmaslar (UDD) olarak da adlandırılır), benzersiz özelliklerle ayırt edilen özel bir karbon nanomalzeme biçimidir - örneğin kafes yapısı, büyük yüzey, hem de benzersiz Optik ve manyetik özellikler ve olağanüstü uygulamalar. Ultra dağılmış parçacıkların özellikleri, bu malzemeleri olağanüstü işlevlere sahip yeni malzemelerin oluşturulması için yenilikçi bileşikler haline getirir. Kurumdaki elmas parçacıklarının boyutu yaklaşık 5nm'dir.
Ultrasonik Olarak Sentezlenmiş Nanoelmaslar
Elmasların sentezi, bilimsel ve ticari çıkarlar açısından önemli bir araştırma alanıdır. Mikro kristal ve nano kristal elmas parçacıklarının sentezi için yaygın olarak kullanılan işlem, yüksek basınç-yüksek sıcaklık (HPHT) tekniğidir. Bu yöntemle, dünya çapındaki endüstriyel elmas arzının ana bölümünü üretmek için on binlerce atmosfer ve 2000K'dan fazla sıcaklık için gerekli proses basıncı üretilir. Grafitin elmasa dönüşümü için genel olarak yüksek basınçlar ve yüksek sıcaklıklar gereklidir ve elmasın verimini artırmak için katalizörler kullanılır.
Dönüşüm için gerekli olan bu gereksinimler, aşağıdakilerin kullanılmasıyla çok verimli bir şekilde üretilebilir: yüksek güçlü ultrason (= düşük frekanslı, yüksek yoğunluklu ultrason):
ultrasonik kavitasyon
Sıvılardaki ultrason lokal olarak çok aşırı etkilere neden olur. Sıvıları yüksek yoğunluklarda sonikleştirirken, sıvı ortama yayılan ses dalgaları, frekansa bağlı oranlarla alternatif yüksek basınç (sıkıştırma) ve düşük basınç (nadirlik) döngülerine neden olur. Düşük basınç döngüsü sırasında, yüksek yoğunluklu ultrasonik dalgalar sıvıda küçük vakum kabarcıkları veya boşluklar oluşturur. Kabarcıklar artık enerjiyi ememeyecekleri bir hacme ulaştıklarında, yüksek basınç döngüsü sırasında şiddetli bir şekilde çökerler. Bu fenomen denir Kavitasyon. Patlama sırasında yerel olarak çok yüksek sıcaklıklara (yaklaşık 5.000K) ve basınçlara (yaklaşık 2.000atm) ulaşılır. Kavitasyon balonunun patlaması ayrıca 280m/s hıza kadar sıvı jetleri ile sonuçlanır. (Suslick 1998) Açıktır ki mikro ve nano kristal Elmaslar ultrasonik alanda sentezlenebilir Kavitasyon.
Nanoelmasların Sentezi için Ultrasonik Prosedür
De facto, Khachatryan ve ark. (2008), elmas mikro kristallerinin, atmosferik basınç ve oda sıcaklığında organik sıvı içinde bir grafit süspansiyonunun ultrasonikasyonu ile de sentezlenebileceğini göstermektedir. Kavitasyon sıvısı olarak, düşük doymuş buhar basıncı ve yüksek kaynama sıcaklığı nedeniyle bir aromatik oligomer formülü seçilmiştir. Bu sıvının içinde, özel saf grafit tozu – 100-200 μm aralığındaki partiküllerle – askıya alınmıştır. Kachatryan ve arkadaşlarının deneylerinde katı-sıvı ağırlık oranı 1:6, kavitasyon sıvısı yoğunluğu 1.1 g cm idi-3 25°C'de. Sonoreaktördeki maksimum ultrasonik yoğunluk 75-80W cm olmuştur-2 15-16 bar'lık bir ses basıncı genliğine karşılık gelir.
Yaklaşık% 10'luk bir grafitten elmasa dönüşüm elde edilmiştir. Elmaslar neredeyse tek dağılımlı 6 veya 9μm ± 0.5μm aralığında çok keskin, iyi tasarlanmış bir boyuta sahip, kübik, Kristal morfoloji ve yüksek saflık.
bu Maliyet Bu yöntemle üretilen mikro ve nano elmasların Rekabetçi yüksek basınç-yüksek sıcaklık (HPHT) işlemi ile. Bu, ultrasonu mikro ve nano elmasların sentezi için yenilikçi bir alternatif haline getirir (Khachatryan ve ark. 2008), özellikle nanoelmasların üretim süreci daha fazla araştırma ile optimize edilebilir. Ultrasonik nanoelmas sentezinin tatlı noktasını keşfetmek için genlik, basınç, sıcaklık, kavitasyon sıvısı ve konsantrasyon gibi birçok parametrenin doğru bir şekilde incelenmesi gerekir.
Nanoelmasların sentezlenmesinde elde edilen sonuçlarla, daha fazla ultrasonik olarak üretilir Kavitasyon kübik bor nitrür, karbon nitrür vb. gibi diğer önemli bileşiklerin sentezi için potansiyel sunar (Khachatryan ve ark. 2008)
Ayrıca, ultrasonik ışınlama altında çok duvarlı karbon nanotüplerden (MWCNT'ler) elmas nanoteller ve nanoçubuklar oluşturmak mümkün görünmektedir. Elmas nanoteller, dökme elmasın tek boyutlu analoglarıdır. Yüksek elastik modülü, mukavemet-ağırlık oranı ve yüzeylerinin işlevsel hale getirilebilmesinin göreceli kolaylığı nedeniyle, elmasın nanomekanik tasarımlar için en uygun malzeme olduğu bulunmuştur. (Güneş ve ark. 2004)
Nanoelmasların Ultrasonik Dispersiyonu
Daha önce açıklandığı gibi, ortamdaki deagglomeration ve eşit parçacık boyutu dağılımı, nanoelmasların benzersiz özelliklerinin başarılı bir şekilde kullanılması için esastır.
dağılma ve deagglomeration (yığılma) ultrasonikasyon ile ultrasonik bir sonuçtur Kavitasyon. Sıvıları ultrasona maruz bırakırken, sıvıya yayılan ses dalgaları, değişen yüksek basınç ve düşük basınç döngülerine neden olur. Bu, tek tek parçacıklar arasındaki çekme kuvvetlerine mekanik stres uygular. Sıvılarda ultrasonik kavitasyon, 1000km / saate (yaklaşık 600mph) kadar yüksek hızlı sıvı jetlerine neden olur. Bu tür jetler, parçacıklar arasındaki sıvıyı yüksek basınçta bastırır ve bunları birbirinden ayırır. Daha küçük parçacıklar sıvı jetleri ile hızlandırılır ve yüksek hızlarda çarpışır. Bu, ultrasonu dispersiyon için etkili bir araç haline getirir, aynı zamanda Freze mikron boyutunda ve mikron altı boyutlu parçacıklar.
Örneğin, nanoelmaslar (ortalama boyut yaklaşık 4 nm) ve polistiren, özel bir kompozit elde etmek için sikloheksan içinde dağıtılabilir. Chipara ve ark. (2010) çalışmalarında, ağırlıkları %0 ile % arasında değişen nanoelmaslar içeren polistiren ve nanoelmas kompozitleri hazırlamışlardır. Eşit bir seviye elde etmek için dağılma, Hielscher's ile 60 dakika boyunca çözümü sonikleştirdiler. UIP1000hd (1kW).
Nanoelmasların Ultrasonik Destekli İşlevselleştirilmesi
Her bir nano boyutlu partikülün tam yüzeyinin işlevselleştirilmesi için, partikülün yüzeyinin kimyasal reaksiyon için uygun olması gerekir. Bu, iyi dağılmış parçacıklar, parçacık yüzeyine çekilen bir sınır molekül tabakası ile çevrili olduğundan, eşit ve ince bir dağılımın gerekli olduğu anlamına gelir. Nanoelmasların yüzeyine yeni fonksiyonel gruplar elde etmek için, bu sınır tabakasının kırılması veya çıkarılması gerekir. Sınır tabakasının bu şekilde kırılması ve çıkarılması işlemi ultrasonik yöntemlerle gerçekleştirilebilir.
Sıvıya sokulan ultrason, aşağıdakiler gibi çeşitli aşırı etkiler üretir: Kavitasyon, yerel olarak 2000K'ya kadar çok yüksek sıcaklık ve 1000km/s'ye kadar sıvı jetleri. (Suslick 1998) Bu stres faktörleri ile çekim kuvvetleri (örneğin Van-der-Waals kuvvetleri) üstesinden gelinebilir ve fonksiyonel moleküller, örneğin nanoelmasların yüzeyi gibi işlevselleştirmek için parçacığın yüzeyine taşınır.
Boncuk Destekli Sonik Parçalanma (BASD) tedavisi ile yapılan deneyler, nanoelmasların yüzey işlevselliği için de umut verici sonuçlar göstermiştir. Bu nedenle, ultrasonik uygulamak için boncuklar (örneğin ZrO2 boncukları gibi mikro boyutlu seramik boncuklar) kullanılmıştır. kavitasyonel nanoelmas parçacıkları üzerindeki kuvvetler. Topaklanma, nanoelmas parçacıkları ve ZrO arasındaki türler arası çarpışma nedeniyle meydana gelir2 Boncuk.
Parçacıkların yüzeyinin daha iyi kullanılabilirliği nedeniyle, Boran indirgemesi, arilasyon veya silanizasyon gibi kimyasal reaksiyonlar için, dispersiyon amacıyla ultrasonik veya BASD (boncuk destekli sonik parçalanma) ön işlemi şiddetle tavsiye edilir. Ultrasonik olarak dispersiyon ve deagglomeration (yığılma) Kimyasal reaksiyon çok daha eksiksiz bir şekilde ilerleyebilir.
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sor!
Literatür/Referanslar
- Khachatryan, A. Kh. ve diğerleri: Ultrasonik kavitasyon ile indüklenen grafit-elmas dönüşümü. İçinde: Pırlanta & İlgili Materyaller 17, 2008; sayfa 931-936.
- Galimov, Erik & Kudin, A. & Skorobogatskii, V. & Plotnichenko, V. & Bondarev, O. & Zarubin, B. & Strazdovskii, V. & Aronin, İskender & Fisenko, A. & Bykov, İ. & Barinov, A.. (2004): Kavitasyon işleminde elmas sentezinin deneysel olarak doğrulanması. Doklady Fizik – DOKL FİZİK 49. 150-153.
- Turcheniuk, K., Trecazzi, C., Deeleepojananan, C., & Mochalin, V. N. (2016): Nanodiamond'ın Tuz Destekli Ultrasonik Deaggregasyonu. ACS Uygulamalı Malzemeler & Arayüzler, 8(38), 25461–25468.
- Basma H. Al-Tamimi, İman İ. Cabbar, Haitham M. Al-Tamimi (2919): Kavitasyon destekli bir işlemle grafit pullarından nanokristalin elmasın sentezi ve karakterizasyonu. Heliyon, Cilt 5, Sayı 5. 2019.
- Krueger, A.: Nano ölçekli elmasın yapısı ve reaktivitesi. İçinde: J Mater Chem 18, 2008; sayfa 1485-1492.
- Liang, Y.: Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung von Nanodiamant mittels thermochemischer und mechanochemischer Methoden. Tez: Julius-Maximilian-Universität, Würzburg, 2011.
- Osawa, E.: Monodispers tek nanoelmas partikülleri. İçinde: Saf Uygulama Kimyası 80/7, 2008; sayfa 1365-1379.
- Pramatarova, L. ve ark.: Tıbbi Uygulamalar için Patlama Nanoelmas Parçacıklarına Sahip Polimer Kompozitlerin Avantajı. İçinde: Biyomimetik üzerine; sayfa 298-320.
- Güneş, L.; Gong, J.; Zhu, D.; Zhu, Z.; O, S.: Karbon Nanotüplerden Elmas Nanoçubuklar. İçinde: Gelişmiş Malzemeler 16/2004. sayfa 1849-1853.
- Suslick, K.S.: Kirk-Othmer Kimyasal Teknoloji Ansiklopedisi. 4. baskı J. Wiley & Oğulları: New York; 26, 1998; sayfa 517-541.
- Chipara, AC ve diğerleri: Polistiren içinde dağılmış nanoelmas parçacıklarının termal özellikleri. HESTEC 2010.
- El-Say, K. M.: Bir ilaç dağıtım sistemi olarak nanodiamonds: Uygulama ve prospektif. J Appl Pharm Sci 01/06, 2011'de; sayfa 29-39.
nano elmaslar – Kullanım ve Uygulamalar
Nanoelmas taneleri, zeta potansiyelleri nedeniyle kararsızdır. Bu nedenle, agrega oluşturma eğilimindedirler. Nanoelmasların yaygın bir uygulaması, aşındırıcılarda, kesme ve parlatma aletlerinde ve ısı emicilerde kullanılmasıdır. Diğer bir potansiyel kullanım, nanoelmasların farmasötik aktif bileşenler için ilaç taşıyıcı olarak uygulanmasıdır (cf. Pramatarova). Tarafından ultrasonikasyon, ilk olarak nanoelmaslar grafitten sentezlenebilir ve ikincisi, yoğun bir şekilde aglomerasyon eğilimi gösteren nanoelmaslar eşit şekilde olabilir Dağınık sıvı ortama (örneğin bir parlatma maddesi formüle etmek için).