Наноалмази, дисперговані у водній суспензії з ультразвуковим випромінюванням

Наноалмазні дисперсії ефективні і швидко виробляються за допомогою ультразвукових диспергаторів. Ультразвукова дезагрегація і диспергування наноалмазів можуть бути надійно виконані у водній суспензії. Метод ультразвукової дисперсії використовує сіль для модифікації pH і, таким чином, є легким, недорогим і вільним від забруднень, який можна легко використовувати в промислових масштабах.

Наноалмази можна ефективно і надійно диспергувати за допомогою ультразвукових апаратів Hielscher.

Як працює ультразвукове фрезерування та диспергування наноалмазів?

Ультразвукова дисперсія використовує самі наноалмази як фрезерне середовище. Акустична кавітація, що генерується потужними ультразвуковими хвилями, створює високошвидкісний потік рідини. Ці потоки рідини прискорюють частинки (наприклад, алмази) у суспензії, так що частинки стикаються зі швидкістю до 280 км/с і розпадаються на дрібні нанорозмірні частинки. Це робить ультразвукове подрібнення та диспергування легкою, недорогою та вільною від забруднень технікою, яка надійно деагломерує наноалмаз на нанорозмірні частинки, стабільні у водному колоїдному розчині в широкому діапазоні рН. Сіль (хлорид натрію) використовується для стабілізації наноалмазів у водній суспензії.

Ультразвукове наноалмазне фрезерування перевершує бісерні фрези

Ультразвукові апарати зондового типу є високоефективними фрезами і є встановленою технологією фрезерування для великомасштабного виробництва наноалмазних суспензій у промислових масштабах. Оскільки ультразвукові млини використовують наноалмази як фрезерні середовища, повністю уникається забруднення через фрезерні середовища, наприклад, цирконієві кульки. Замість цього ультразвукові кавітаційні сили прискорюють частинки так, що наноалмази сильно стикаються один з одним і розпадаються до однорідного нанорозміру. Це ультразвуково індуковане міжчастинкове зіткнення є високоефективним і надійним методом для отримання рівномірно розподілених нанодисперсій.
Метод ультразвукової диспергії та дезагрегації використовує водорозчинні, нетоксичні та незабруднюючі добавки, такі як хлорид натрію або сахароза, для регуляції рН та стабілізації ультразвукової дисперсії. Ці кристалічні структури хлориду натрію або сахарози додатково діють як фрезерні середовища, тим самим підтримуючи процедуру ультразвукового фрезерування. Коли процес фрезерування завершено, ці добавки легко видаляються простим промиванням водою, що є чудовою перевагою перед технологічними керамічними намистинами. При традиційному фрезеруванні бісеру, наприклад, використовуються нерозчинні керамічні фрезерні середовища (наприклад, кульки, бісер або перлини), абразивані залишки яких забруднюють кінцеву дисперсію. Видалення забруднень, спричинених фрезерними середовищами, передбачає складну подальшу обробку та займає багато часу, а також дорого.

Технологія ультразвукового диспергування ефективно виробляє водні наноалмазні суспензії з вузьким розподілом частинок за розміром.
(Етюд і графіка: ©Турченюк та ін., 2016)

Зразковий протокол для ультразвукової наноалмазної дисперсії

Ультразвукова дезагрегація наноалмазів у воді за допомогою солі:
Суміш 10 г хлориду натрію та 0,250 г наноалмазного порошку коротко розтирали вручну за допомогою порцелянової ступки та товкача та поміщали у скляний флакон об'ємом 20 мл разом із 5 мл води DI. Підготовлений зразок проводили ультразвукове дослідження за допомогою ультразвукового апарату зондового типу протягом 100 хв при 60% вихідної потужності та 50% шпаруватості. Після ультразвукового дослідження зразок порівну розділили між двома пластиковими центрифужними пробірками Falcon об'ємом 50 мл і диспергували в дистильованій воді до загального об'єму до 100 мл (2 × 50 мл). Потім кожен зразок центрифугували за допомогою центрифуги Еппендорфа 5810-R при 4000 об/хв і 25 °C протягом 10 хв, а прозорий супернатант викидали. Потім вологі осади НД повторно диспергували в дистильованій воді (загальний об'єм 100 мл) і центрифугували вдруге при 12000 об/хв і 25 °С протягом 1 год. Знову прозорий супернатант був відкинутий, а вологі наноалмазні осади були повторно дисперговані, цього разу в 5 мл дистильованої води для характеристики. Стандартний аналіз на AgNO3 показав повну відсутність Cl⁻ У соляних ультразвукових грегованих наноалмазах промивають дистильованою водою двічі, як описано вище. Після випаровування води зі зразків спостерігалося утворення чорних твердих наноалмазних «чіпів» з виходом ∼200 мг або 80% від початкової маси наноалмазу. (див. малюнок нижче)
(пор. Турченюк та ін., 2016)

Висушений зразок ультразвуково дисперсних наноалмазів.
(Етюд і графіка: ©Турченюк та ін., 2016)

Високоефективні ультразвукові апарати для наноалмазних дисперсій

Hielscher Ultrasonics розробляє, виробляє та розповсюджує високоефективне ультразвукове фрезерне та диспергувальне обладнання для важких умов експлуатації, таких як виробництво наноалмазних суспензій, полірувальних середовищ та нанокомпозитів. Ультразвукові апарати Hielscher використовуються у всьому світі для диспергування наноматеріалів у водні колоїдні суспензії, полімери, смоли, покриття та інші високоефективні матеріали.
Ультразвукові диспергатори Hielscher надійні та ефективні при обробці низької та високої в'язкості. Залежно від вхідних матеріалів і цільового кінцевого розміру частинок, інтенсивність ультразвуку може бути точно налаштована для досягнення оптимальних результатів процесу.
Для обробки в'язких паст, наноматеріалів і високих концентрацій твердих речовин ультразвуковий диспергатор повинен бути здатний виробляти безперервно високі амплітуди. Ультразвук Hielscher’ Промислові ультразвукові процесори можуть видавати дуже високі амплітуди в безперервній роботі при повному навантаженні. Амплітуди до 200 мкм можна легко запустити в режимі 24/7. Можливість роботи ультразвукового диспергатора на високих амплітудах і точного регулювання амплітуди необхідна для адаптації умов ультразвукового процесу для оптимального формулювання високонаповнених нано-суспензій, наноармованих полімерних сумішей і нанокомпозитів.
Крім амплітуди ультразвуку, тиск є ще одним дуже важливим параметром процесу. При підвищених тисках інтенсивність ультразвукової кавітації і сили її зсуву посилюються. Ультразвукові реактори Hielscher можуть нагнітати тиск, тим самим отримуючи інтенсифіковані результати ультразвуку.
Моніторинг процесів і запис даних важливі для безперервної стандартизації процесів і якості продукції. До ультразвукового генератора підключаються роз'ємні датчики тиску і температури для контролю і управління процесом ультразвукового розсіювання. Всі важливі параметри обробки, такі як ультразвукова енергія (нетто + загальна), температура, тиск і час автоматично протоколюються і зберігаються на вбудованій SD-карті. Отримавши доступ до автоматично записаних даних процесу, ви можете переглянути попередні прогони ультразвуку та оцінити результати процесу.
Ще однією зручною функцією є дистанційне керування нашими цифровими ультразвуковими системами через браузер. За допомогою віддаленого керування браузером ви можете запускати, зупиняти, налаштовувати та контролювати свій ультразвуковий процесор віддалено з будь-якого місця.
Зв'яжіться з нами зараз, щоб дізнатися більше про наші високоефективні ультразвукові гомогенізатори для фрезерування та нанодисперсій!
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: