Надійна дисперсія наночастинок для промислового застосування

Ультразвук високої потужності може ефективно та надійно розщеплювати агломерати частинок і навіть розщеплювати первинні частинки. Завдяки своїм високоефективним дисперсійним характеристикам, ультразвукові апарати зондового типу використовуються як кращий метод для створення однорідних суспензій наночастинок.

Надійне диспергування наночастинок методом ультразвуку

Багато галузей промисловості вимагають приготування суспензій, в які навантажуються наночастинки. Наночастинки – це тверді речовини з розміром частинок менше 100 нм. Завдяки незначному розміру частинок наночастинки виражають унікальні властивості, такі як виняткова міцність, твердість, оптичні особливості, пластичність, стійкість до ультрафіолету, провідність, електричні та електромагнітні (EM) властивості, антикорозійність, стійкість до подряпин та інші надзвичайні характеристики.
Високоінтенсивний низькочастотний ультразвук створює інтенсивну акустичну кавітацію, яка характеризується екстремальними умовами, такими як сили зсуву, дуже високі перепади тиску та температури, а також турбулентності. Ці кавітаційні сили прискорюють частинки, викликаючи зіткнення між частинками і, як наслідок, руйнування частинок. Отже, отримують наноструктуровані матеріали з вузькою кривою розміру частинок і рівномірним розподілом.
Ультразвукове диспергуюче обладнання підходить для обробки будь-яких видів наноматеріалів у воді та органічних розчинниках з низькою або дуже високою в'язкістю.

Ультразвукова дисперсія вуглецевих нанотрубок

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.

Ультразвукова дисперсія наночастинок нікелю

Наночастинки нікелю можуть бути успішно отримані за допомогою синтезу відновлення гідразину за допомогою ультразвуку. Шлях синтезу відновлення гідразину дозволяє tp отримати чисту металеву наночастинку нікелю зі сферичною формою шляхом хімічного відновлення хлориду нікелю гідразином. Дослідницька група Адама продемонструвала, що ультразвук – За допомогою функції Hielscher UP200HT (200 Вт, 26 кГц) – був здатний зберігати середній розмір первинного кристаліту (7–8 нм) незалежно від прикладеної температури, тоді як використання інтенсивних і коротших періодів ультразвуку могло зменшити сольводинамічні діаметри вторинних, агрегованих частинок з 710 нм до 190 нм за відсутності будь-якої поверхнево-активної речовини. Найвища кислотність і каталітична активність були виміряні для наночастинок, приготованих шляхом м'якої (вихідна потужність 30 Вт) і безперервної ультразвукової обробки. Каталітична поведінка наночастинок була перевірена в реакції перехресного зчеплення Сузукі-Міяура на п'яти зразках, приготованих як звичайним, так і ультразвуковим способами. Ультразвуково приготовані каталізатори зазвичай показали кращі результати, а найвища каталітична активність вимірювалася над наночастинками, приготованими при безперервній звуковій обробці малої потужності (30 Вт).
Ультразвукова обробка мала вирішальний вплив на тенденцію до агрегації наночастинок: вплив дефрагментації зруйнованих кавітаційних пустот з енергійним масопереносом міг подолати електростатику притягання зруйнованих кавітаційних пустот з енергійним масопереносом, зміг подолати притягальні електростатичні та ван-дер-ваальсові сили між частинками.
(пор. Adám et al. 2020)

Ультразвуковий синтез наночастинок волластоніту

Волластоніт - мінерал іносилікат кальцію з хімічною формулою CaSiO3 Волластоніт широко використовується як компонент для виробництва цементу, скла, цегли та плитки в будівельній промисловості, як флюс при литті сталі, а також як добавка при виготовленні покриттів і фарб. Наприклад, волластоніт забезпечує армування, загартування, низьке поглинання масла та інші вдосконалення. Для отримання чудових армуючих властивостей волластоніту необхідна нанорозмірна деагломерація та рівномірне дисперсування.
Дордан і Дорудманд (2021) у своїх дослідженнях продемонстрували, що ультразвукова дисперсія є дуже важливим фактором, який значно впливає на розмір і морфологію наночастинок волластоніту. Щоб оцінити внесок ультразвуку в нанодисперсію волластоніту, дослідницька група синтезувала наночастинки волластоніту із застосуванням високопотужних ультразвукових систем і без них. Для своїх випробувань ультразвуку дослідники використовували ультразвуковий процесор UP200H (Hielscher Ultrasonics) з частотою 24 кГц протягом 45,0 хв. Результати ультразвукової нанодисперсії показані в СЕМ з високою роздільною здатністю нижче. На знімку СЕМ чітко видно, що зразок волластоніту перед ультразвуковою обробкою агломерований і агрегований; після ультразвукового дослідження за допомогою ультразвукового апарату UP200H середній розмір частинок волластоніту становить приблизно 10 нм. Дослідження демонструє, що ультразвукова дисперсія є надійним та ефективним методом синтезу наночастинок волластоніту. Середній розмір наночастинок можна контролювати, регулюючи параметри ультразвукової обробки.
(пор. Дордан і Дорудманд, 2021)

SEM-зображення наночастинок волластоніту (A) до та (B) після ультразвуку за допомогою ультразвуковий процесор UP200H протягом 45,0 хв.
Етюд і картина: ©Дордан і Дорудманд, 2021.

Ультразвукова дисперсія нанонаповнювача

Ультразвук є універсальним методом диспергування та деагломерації нанонаповнювачів у рідинах та суспензіях, наприклад, полімерів, епоксидних смол, затверджувачів, термопластів тощо. Тому соніфікація широко використовується як високоефективний метод дисперсії в R&Д і промислового виробництва.
Zanghellini et al. (2021) досліджували техніку ультразвукової дисперсії для нанонаповнювачів в епоксидній смолі. Він зміг продемонструвати, що ультразвук здатний диспергувати малі та високі концентрації нанонаповнювачів у полімерній матриці.
Порівнюючи різні рецептури, окислений ВНТ потужністю 0,5 мас.% показав найкращі результати з усіх ультразвукових зразків, виявивши розподіл розмірів більшості агломератів у порівнянному діапазоні з трьома зразками, виготовленими на валковому стані, хороше зв'язування з затверджувачем, утворення перколяційної мережі всередині дисперсії, що вказує на стабільність проти седиментації і, отже, належну довгострокову стабільність. Більш високі кількості наповнювачів показали аналогічні хороші результати, але також формування більш виражених внутрішніх мереж, а також дещо більших агломератів. Навіть вуглецеві нановолокна (CNF) можуть бути успішно дисперговані за допомогою ультразвуку. Пряма диспергація нанонаповнювачів у системах затверджувачів без додаткових розчинників була успішно досягнута, і, таким чином, може розглядатися як застосовний метод для простої та зрозумілої диспергії з потенціалом для промислового використання. (пор. Зангелліні та ін., 2021)

Порівняння різних нанонаповнювачів, диспергованих в затверджувачі за допомогою зондового типу ультразвуку): (a) 0,5 wt% вуглецевого нановолокна (CNF); б) 0,5 мас.% ЦНТоксиду; (c) вуглецева нанотрубка (CNT) потужністю 0,5 мас.%; (d) 0,5 мас.% ВНТ напівдисперсний.
Дослідження та зображення: ©Zanghellini та ін., 2021

Ультразвукова дисперсія наночастинок – Науково доведена перевага

Дослідження показують у численних складних дослідженнях, що ультразвукова дисперсія є одним із найкращих методів деагломерації та розподілу наночастинок навіть при високій концентрації в рідинах. Наприклад, Vikash (2020) досліджував дисперсію високих навантажень нанокремнезему у в'язких рідинах за допомогою ультразвукового диспергатора Hielscher UP400S. У своєму дослідженні він приходить до висновку, що «стабільна і рівномірна дисперсія наночастинок може бути досягнута за допомогою ультразвукового апарату при високому твердому навантаженні в в'язких рідинах». [Вікаш, 2020]

Високопродуктивні ультразвукові процесори для дисперсії наночастинок

Hielscher Ultrasonics - ваш надійний постачальник надійного високопродуктивного ультразвукового обладнання від лабораторних і пілотних до повністю промислових систем. Ультразвук Hielscher’ Пристрої відрізняються складним апаратним забезпеченням, розумним програмним забезпеченням і винятковою зручністю для користувача – розроблений і виготовлений в Німеччині. Надійні ультразвукові машини Hielscher для диспергування, деагломерації, синтезу наночастинок та функціоналізації можуть працювати 24/7/365 при повному навантаженні. Залежно від вашого процесу та виробничого об'єкта, наші ультразвукові апарати можуть працювати в періодичному або безперервному режимі в рядку. Різні аксесуари, такі як сонотроди (ультразвукові зонди), бустерні ріжки, проточні комірки та реактори, легко доступні.
Зв'яжіться з нами зараз, щоб отримати більше технічної інформації, наукових досліджень, протоколів та пропозиції на наші ультразвукові нанодисперсійні системи! Наш добре навчений, досвідчений персонал буде радий обговорити з вами ваше нано-застосування!

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: