Наночастинки кремнію, такі як кремнезем (наприклад, Аеросіл) є широко використовуваною добавкою в різних галузях промисловості. Для того, щоб отримати повністю функціональну наносиліку з потрібними характеристиками матеріалу, наночастинки кремнезему необхідно деагломерувати і розподілити як однодисперсні частинки. Ультразвукова деагломерація була доведена як високоефективна і надійна техніка рівномірно розподіляти наносиліку як однодисперсні частинки в суспензії.

Наносиліка – Характеристика та застосування

Кремнезем (SiO₂), і особливо кремнієві наночастинки (Si-NPs) є загальними добавками в багатьох галузях промисловості. Нанорозмірні кремнієві частинки пропонують дуже велику площу поверхні і виражають унікальні характеристики частинок, які використовуються в багатьох галузях промисловості для різних цілей. Наприклад, унікальні властивості матеріалу нанорозмірного SiO₂ застосовуються з метою армування (нано)композитів, бетону та інших матеріалів. Прикладами є покриття на основі наносиліки, які пропонують вогнестійкі властивості або скло, покрите наносилікою, що набуває тим самим антирефлективних властивостей. У будівельній галузі кремнієвий дим (мікрозілік) і наносила використовуються як високопоціалізований матеріал, який використовується для підвищення робочої придатності, а також механічних і довговічних властивостей бетону. Коли порівнюються силікатний дим і наносиліка, наноструктурований SiO₂ Pozzolan є більш активним на ранній стадії, ніж силіка дим, оскільки nanosilica пропонує значно більшу конкретну площу поверхні і тонкість. Більша площа поверхні пропонує більше ділянок для реагування з бетоном і сприяє конкретно поліпшеній бетонній мікроструктурі, діючи як ядро. Газопроникність, показник довговічності бетону, поліпшується в бетоні, який посилений нано-кремнію в порівнянні з бетоном, що містить традиційний силікатний дим.
У біомедицині та науці про життя, SiO₂ наночастинки широко досліджені для різних застосувань, оскільки висока площа поверхні, відмінна біоскладність і приголомшливий розмір пори наносиліці пропонує широкий спектр нових застосувань, включаючи доставку ліків і тераностику.

Діаграма показує розподіл розміру частинок нано-кремнію до (зелена крива) і після (червона крива) ультразвукової дисперсії.

Ультразвукова деагломерація та дисперсія нано-кремнію

Принцип роботи ультразвукової деагломерації та дисперсії базується на впливі ультразвукової кавітації, науково відомої як акустична кавітація. Застосування високоенергійного, низькочастотного ультразвуку в рідинах або шламах може викликати акустичну кавітацію і тим самим екстремальні умови, які відбуваються локально як дуже високі тиски і температури, так і мікрострім з рідкими струменями до 280 м / с. Ці інтенсивні фізичні та механічні ефекти ультразвукової кавітації викликають ерозію на поверхні частинок, а також руйнування частинок шляхом міжвущого зіткнення. Ці інтенсивні сили ультразвукової / акустичної кавітації роблять ультразвукову обробку високоефективним і надійним методом деагломерації та дисперсії нанорозмірних частинок auch як нано-кремнію, нанотрубок та інших наноматеріалів.

Розподіл розміру частинок ультразвукомомери нано-кремнію (використання Hielscher UP400St ультраакукатор) у воді (a) 1 вт%, (b) 2 вт%, (c) 5 вт%, і (d) 10 вт% Aerosil 200 з різними часових інтервалами.
Дослідження та графіки: Вікаш 2020.

Ультразвукова обробка кремнію з високими концентраціями твердих речовин і в в'язких рідинах

Диспергування наночастинок при низьких концентраціях вже є складним завданням, оскільки необхідно подолати хімічні зв'язки, такі як іонні зв'язки, ковалентні зв'язки, водневі зв'язки та взаємодії ван дер Ваальса. Зі збільшенням концентрації наночастинок, наприклад, частинок нано-кремнію, хімічна взаємодія між наночастинками також значно збільшується. Це означає, що потужна техніка дисперсії має важливе значення для отримання хороших, довгострокових стабільних результатів дисперсії. Ультразвукові дисперсери використовуються як надійний і високоефективний метод дисперсії, які легко здатні обробляти шлами з високою в'язкістю і навіть пастами з дуже високими концентраціями твердих речовин. Здатність обробляти шлами з високими твердими навантаженнями наночастинок перетворює ультразвукове дослідження в бажану технологію диспергування наноматеріалів.
Hielscher промислові ультраакукатори можуть обробляти шлам або пасту в безперервному в лінію реактора до тих пір, поки він може бути подається через насос.

Ультразвукове виробництво силікатних нанофлуїдів

Modragon et al. (2012) підготував кремнієві нанофлуїди, приготовані шляхом диспергування кремнієвих наночастинок у дистильованої воді за допомогою зонд типу ультраакукатор UP400S. Для того, щоб виробляти стабільні кремнієві нанофлуїди з певним твердим вмістом (тобто 20%), з низькою в'язкістю і подібною поведінкою рідини, полягають у високій енергетичній обробкі ультразвуковим зондом протягом 5 хвилин, основних носіях (значення рН вище 7) і без додавання солі. Ультразвукова дисперсія призвела до нанофлуїдів з низькою в'язкістю. Ультрачно підготовлені нанофлуїди поводилися як рідина і були підготовлені з 20% твердого навантаження протягом дуже короткого часу завдяки хорошій дисперсії, досягнутій за допомогою ультразвукової обробки.
- З усіх доступних методів дисперсії дисперсія за допомогою ультразвукових зондів була підтверджена як найбільш ефективна». (Модрагон та ін., 2012)
Petzold et al. (2009) прийшов до того ж висновку для деагломерації порошку Аерозілу, виявивши, що ультразвуковий зонд є найбільш ефективною системою дисперсії завдяки високофокусованій енергії, що застосовується.

Ультраакукатори для деагломерації та дисперсії наночастинок кремнію

Коли нано-кремнію використовується в промислових цілих цілих рядах, дослідженнях або матеріалознавстві, сухий кремнезем порошку імуст буде включений в рідку фазу. Нано-кремнієва дисперсія вимагає надійної та ефективної техніки диспергування, яка застосовує достатню кількість енергії для деагломерації окремих частинок кремнію. Ультраакукатори добре відомі як потужні і надійні дисперсії, тому використовуються для деагломерату і поширення різних матеріалів, таких як кремнезем, нанотрубки, графен, мінерали і багато інших матеріалів однорідно в рідку фазу.

Hielscher Ultrasonics розробляє, виготовляє та розповсюджує високоехитривні ультразвукові дисперсери для будь-яких застосувань гомогенізації та деагломерації. Коли справа доходить до виробництва нано-дисперсій, точне управління ультразвуковою обробкою та надійне ультразвукове лікування суспензії наночастинок мають важливе значення для отримання високоелектучних продуктів.
Процесори Hielscher Ultrasonics дають вам повний контроль над усіма важливими параметрами обробки, такими як введення енергії, інтенсивність ультразвуку, амплітуда, тиск, температура та час утримання. Таким чином, ви можете налаштувати параметри на оптимізовані умови, що призводить згодом до високоякісної нано-дисперсії, такої як наносупутники.
Для будь-якого об'єму / ємності: Hielscher пропонує ультраакукатори та широке портфоліо аксесуарів. Це дозволяє конфігурацію ідеальної ультразвукової системи для вашого застосування та виробничих потужностей. Від невеликих флаконів, що містять кілька мілілітрів, до потоків 100 галонів на годину, Hielscher пропонує відповідне ультразвукове рішення для вашого процесу.
Надійності: Наші ультразвукові системи надійні та надійні. Всі Hielscher ультраакукатори побудовані для роботи 24 /7/365 і вимагають дуже мало обслуговування.
Зручність у користувачів: Розроблене програмне забезпечення наших ультразвукових пристроїв дозволяє попередньо підбір і збереження налаштувань ультразвукової обробки для простої та надійної ультразвукової обробки. Інтуїтивно зрозуміле меню легко доступне за допомогою цифрового кольорового сенсорного дисплея. Пульт дистанційного керування браузером дозволяє працювати і контролювати через будь-який інтернет-браузер. Автоматичний запис даних зберігає параметри процесу будь-якої ультразвукової обробки, запущеної на вбудованій SD-карті.
Відмінна енергоефективність: У порівнянні з альтернативними технологіями дисперсії, Hielscher ультраакукатори перевершують видатну енергоефективність і чудові результати в розподілі розміру частинок.

Діаграма показує значну перевагу ультразвукової дисперсії кремнезему з Hielscher UIP1000 в порівнянні з ультра-турраксом. Ультразвукове дослідження вимагає менше енергії і досягає різко меншого розміру частинок кремнезему.

У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв: