Sanoat ilovalari uchun nanozarrachalarni ishonchli dispersiyalash
Yuqori quvvatli ultratovush bilan ishlov berish zarracha aglomeratlarini samarali va ishonchli parchalashi, hatto birlamchi zarrachalarni ham maydalashi mumkin. Dispersiyalashdagi yuqori unumdorligi tufayli zondli ultratovush qurilmalari bir jinsli nanozarracha suspenziyalarini hosil qilishning afzal usuli sifatida qoʻllanadi.
Ultratovush bilan nanozarrachalarni ishonchli dispersiyalash
Koʻplab sanoat tarmoqlari nanozarrachalar bilan toʻldirilgan suspenziyalarni tayyorlashni talab qiladi. Nanozarrachalar zarracha oʻlchami 100nm dan kichik boʻlgan qattiq moddalardir. Zarracha oʻlchamining juda kichikligi tufayli nanozarrachalar ajoyib mustahkamlik, qattiqlik, optik xususiyatlar, plastiklik, ultrabinafsha nurlanishga chidamlilik, oʻtkazuvchanlik, elektr va elektromagnit (EM) xususiyatlar, korroziyaga chidamlilik, tirnalishga chidamlilik va boshqa noodatiy xususiyatlarni namoyon qiladi.
Yuqori intensivlikdagi, past chastotali ultratovush kuchli akustik kavitatsiyani hosil qiladi; u siljish kuchlari, bosim va haroratning juda katta farqlari hamda turbulentlik kabi ekstremal sharoitlar bilan tavsiflanadi. Ushbu kavitatsion kuchlar zarrachalarni tezlashtirib, ularning oʻzaro toʻqnashuviga va natijada parchalanishiga olib keladi. Natijada zarracha oʻlchamlari taqsimoti egri chizigʻi tor va taqsimlanishi bir tekis boʻlgan nanostrukturali materiallar olinadi.
Ultratovushli dispersiyalash uskunalari suv va organik erituvchilardagi, qovushqoqligi pastdan juda yuqorigacha boʻlgan har qanday turdagi nanomateriallarga ishlov berish uchun mos keladi.
Ultratovushli disperserlarning (2x UIP1000hdT) nanozarrachalar va nanonaychalarga uzluksiz oqim liniyasi rejimida ishlov berish uchun sanoat qurilmasi.
- nanozarrachalar
- oʻta mayda zarrachalar
- nanonaychalar
- nanokristallar
- nanokompozitlar
- nanotolalar
- kvant nuqtalari
- nanoplastinkalar, nanovaraqlar
- nanotayoqchalar, nanosimlar
- 2D va 3D nanostrukturalar
Uglerod nanonaychalarini ultratovush bilan dispersiyalash
Ultratovushli disperserlar uglerod nanonaychalarini (CNTs) dispersiyalash maqsadida keng qoʻllanadi. Ultratovush bilan ishlov berish bir devorli uglerod nanonaychalarini (SWCNTs), shuningdek koʻp devorli uglerod nanonaychalarini (MWCNTs) chigallikdan ajratish va dispersiyalashning ishonchli usulidir. Masalan, yuqori oʻtkazuvchanlikka ega termoplastik polimer ishlab chiqarish uchun yuqori tozalikdagi (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs; tashqi diametri 9,5 nm; tozaligi 95 +%) xona haroratida Hielscher UP200S yordamida 30min. davomida ultratovush bilan dispersiyalangan. Epoksi qatronida 1% w/w konsentratsiyadagi, ultratovush bilan dispersiyalangan Nanocyl® 3100 MWCNTs taxminan 1,5 × 10-2 S /m boʻlgan ustun oʻtkazuvchanlikni koʻrsatgan.
Nikel nanozarrachalarini ultratovush bilan dispersiyalash
Nikel nanozarrachalarini ultratovush yordamida amalga oshiriladigan gidrazin bilan qaytarish sintezi orqali muvaffaqiyatli ishlab chiqarish mumkin. Gidrazin bilan qaytarish sintezi usuli nikel xloridni gidrazin bilan kimyoviy qaytarish orqali sferik shakldagi sof metall nikel nanozarrachasini tayyorlash imkonini beradi. Adám tadqiqot guruhi ultratovush bilan ishlov berish – Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) yordamida – qoʻllanilgan haroratdan qatʼi nazar, birlamchi kristallitning oʻrtacha oʻlchamini (7–8 nm) saqlab tura olganini, kuchliroq va qisqaroq ultratovush bilan ishlov berish davrlari esa hech qanday sirt-faol moddasiz ikkilamchi, agregatlangan zarrachalarning solvodinamik diametrlarini 710 nm dan 190 nm gacha kamaytirishi mumkinligini koʻrsatdi. Eng yuqori kislotalilik va katalitik faollik yumshoq (30 W chiqish quvvati) va uzluksiz ultratovush bilan ishlov berish orqali tayyorlangan nanozarrachalarda oʻlchandi. Nanozarrachalarning katalitik xatti-harakati anʼanaviy hamda ultratovush usullarida tayyorlangan beshta namuna boʻyicha Suzuki-Miyaura oʻzaro biriktirish reaksiyasida tekshirildi. Ultratovush bilan tayyorlangan katalizatorlar odatda yaxshiroq natija koʻrsatdi va eng yuqori katalitik faollik past quvvatli (30 W) uzluksiz ultratovush bilan ishlov berish sharoitida tayyorlangan nanozarrachalarda oʻlchandi.
Ultratovush bilan ishlov berish nanozarrachalarning agregatlanish moyilligiga hal qiluvchi taʼsir koʻrsatdi: yemirilgan kavitatsiya boʻshliqlarining jadal massa almashinuvi bilan birga defragmentatsion taʼsiri tortuvchi elektrostatik taʼsirni yengishi mumkin edi, yemirilgan kavitatsiya boʻshliqlarining jadal massa almashinuvi bilan birga taʼsiri zarrachalar orasidagi tortuvchi elektrostatik va van der Waals kuchlarini yengishi mumkin edi.
(qarang: Adám va boshq. 2020)
SonoStation – Aralashtirgich, bak va nasos bilan jihozlangan ultratovushli dispersiyalash tizimi. SonoStation oʻrtacha va kattaroq hajmlar uchun qulay, ultratovush bilan ishlov berishga tayyor qurilmadir
Vollastonit nanozarrachalarining ultratovushli sintezi
Vollastonit kimyoviy formulasi CaSiO3 boʻlgan kalsiy inosilikat mineralidir Vollastonit qurilish sanoatida sement, shisha, gʻisht va plitka ishlab chiqarishda komponent, poʻlat quyishda flyus, shuningdek qoplamalar va boʻyoqlar ishlab chiqarishda qoʻshimcha sifatida keng qoʻllanadi. Masalan, vollastonit mustahkamlash, qattiqlikni oshirish, moyni kam yutish va boshqa yaxshilanishlarni taʼminlaydi. Vollastonitning ajoyib mustahkamlovchi xususiyatlariga erishish uchun nanomiqyosda deaglomeratsiyalash va bir tekis dispersiyalash zarur.
Dordane va Doroodmand (2021) oʻz tadqiqotlarida ultratovushli dispersiyalash vollastonit nanozarrachalarining oʻlchami va morfologiyasiga sezilarli taʼsir koʻrsatadigan juda muhim omil ekanini koʻrsatdi. Ultratovush bilan ishlov berishning vollastonit nanodispersiyasiga qoʻshgan hissasini baholash uchun tadqiqot guruhi vollastonit nanozarrachalarini yuqori quvvatli ultratovush qoʻllagan holda va uni qoʻllamasdan sintez qildi. Ultratovush bilan ishlov berish sinovlarida tadqiqotchilar UP200H ultratovushli protsessoridan (Hielscher Ultrasonics) 24 kHz chastotada 45,0 min. davomida foydalandilar. Ultratovushli nanodispersiyalash natijalari quyidagi yuqori aniqlikdagi SEM tasvirida koʻrsatilgan. SEM tasviri vollastonit namunasi ultratovush bilan ishlov berishdan oldin aglomeratlangan va agregatlanganini aniq koʻrsatadi; UP200H ultratovush qurilmasi bilan ishlov berilgandan keyin vollastonit zarrachalarining oʻrtacha oʻlchami taxminan 10nm boʻladi. Tadqiqot ultratovushli dispersiyalash vollastonit nanozarrachalarini sintez qilishning ishonchli va samarali usuli ekanini koʻrsatadi. Nanozarrachalarning oʻrtacha oʻlchamini ultratovush bilan ishlov berish parametrlarini sozlash orqali boshqarish mumkin.
(qarang: Dordane va Doroodmand, 2021)
Vollastonit nanozarrachalarining UP200H ultratovushli protsessori yordamida 45,0 min. davomida ultratovush bilan ishlov berishdan (A) oldingi va (B) keyingi SEM tasvirlari.
Tadqiqot va tasvir: ©Dordane va Doroodmand, 2021.
Nanotoʻldirgichlarni ultratovush bilan dispersiyalash
Ultratovush bilan ishlov berish suyuqliklar va suspenziyalarda, masalan, polimerlar, epoksi qatronlari, qotirgichlar, termoplastlar va boshqalarda nanotoʻldirgichlarni dispersiyalash va deaglomeratsiyalashning koʻp maqsadli usulidir. Shu sababli ultratovush bilan ishlov berish ilmiy tadqiqot va ishlanmalarda hamda sanoat ishlab chiqarishida yuqori samarali dispersiyalash usuli sifatida keng qoʻllanadi.
Zanghellini va boshq. (2021) epoksi qatronidagi nanotoʻldirgichlar uchun ultratovushli dispersiyalash usulini oʻrgandi. U ultratovush bilan ishlov berish polimer matritsasida past va yuqori konsentratsiyadagi nanotoʻldirgichlarni dispersiyalay olishini koʻrsata oldi.
Turli formulalar solishtirilganda, 0,5 wt% oksidlangan CNT ultratovush bilan ishlov berilgan barcha namunalar orasida eng yaxshi natijalarni koʻrsatdi: aksariyat aglomeratlarning oʻlcham taqsimoti uch valikli tegirmonda tayyorlangan namunalarnikiga qiyoslanadigan diapazonda boʻldi, qotirgich bilan yaxshi bogʻlanish hamda dispersiya ichida perkolyatsion tarmoq hosil boʻlishi kuzatildi; bu choʻkishga qarshi barqarorlikni va shu orqali tegishli uzoq muddatli barqarorlikni koʻrsatadi. Toʻldirgichning yuqoriroq miqdorlari ham shunga oʻxshash yaxshi natijalarni koʻrsatdi, biroq yanada yaqqol ichki tarmoqlar va biroz kattaroq aglomeratlar ham hosil boʻldi. Hatto uglerod nanotolalarini (CNF) ham ultratovush bilan ishlov berish orqali muvaffaqiyatli dispersiyalash mumkin boʻldi. Nanotoʻldirgichlarni qotirgich tizimlarida qoʻshimcha erituvchilarsiz bevosita ultratovush (US) bilan dispersiyalash muvaffaqiyatli amalga oshirildi; shu sababli bu usulni sanoatda qoʻllash salohiyatiga ega sodda va oson dispersiyalashning amaliy usuli deb hisoblash mumkin. (qarang: Zanghellini va boshq., 2021)
Qotirgichda dispersiyalangan turli nanotoʻldirgichlarni solishtirish (ultratovush bilan ishlov berish–US): (a) 0,5 wt% uglerod nanotolasi (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% uglerod nanonaychasi (CNT); (d) 0,5 wt% qisman dispersiyalangan CNT.
(Tadqiqot va tasvir: © Zanghellini va boshq., 2021)
Nanozarrachalarni ultratovush bilan dispersiyalash – ustunligi ilmiy jihatdan isbotlangan
Koʻplab puxta tadqiqotlar ultratovushli dispersiyalash nanozarrachalarni suyuqliklarda hatto yuqori konsentratsiyada ham deaglomeratsiyalash va taqsimlashning ustun usullaridan biri ekanini koʻrsatadi. Masalan, Vikash (2020) Hielscher UP400S ultratovushli disperseri yordamida qovushqoq suyuqliklarda katta miqdordagi nanokremniy dioksidini dispersiyalashni oʻrgandi. U oʻz tadqiqotida «qovushqoq suyuqliklarda qattiq modda miqdori yuqori boʻlganda ultratovush bilan ishlov berish qurilmasi yordamida nanozarrachalarning barqaror va bir tekis dispersiyasiga erishish mumkin» degan xulosaga keladi. [Vikash, 2020]
UP400St ultratovush qurilmasi kolloid suspenziyalarda nanozarrachalarni dispersiyalaydi
- Dispersiyalash
- Deaglomeratsiyalash
- Parchalash / Maydalash
- Zarracha oʻlchamini kamaytirish
- Nanozarrachalarni sintez qilish va choʻktirish
- Sirtni funksionallashtirish
- Zarrachalarni modifikatsiyalash
Nanozarrachalarni dispersiyalash uchun yuqori unumdor ultratovushli protsessorlar
Hielscher Ultrasonics laboratoriya va tajriba-sanoat tizimlaridan toʻliq sanoat tizimlarigacha boʻlgan ishonchli, yuqori unumdor ultratovush uskunalarini yetkazib beruvchi ishonchli hamkoringizdir. Hielscher Ultrasonics qurilmalari murakkab apparat taʼminoti, aqlli dasturiy taʼminot va foydalanishdagi ajoyib qulaylik bilan ajralib turadi – ular Germaniyada loyihalashtirilgan va ishlab chiqarilgan. Hielscher kompaniyasining dispersiyalash, deaglomeratsiyalash, nanozarrachalarni sintez qilish va funksionallashtirish uchun moʻljallangan mustahkam ultratovush uskunalari toʻliq yuklama ostida 24/7/365 ishlashi mumkin. Jarayoningiz va ishlab chiqarish korxonangizga qarab, ultratovush qurilmalarimiz partiyali yoki uzluksiz oqim liniyasi rejimida ishlatilishi mumkin. Sonotrodlar (ultratovush zondlari), amplitudani kuchaytiruvchi ruporlar, oqim hujayralari va reaktorlar kabi turli aksessuarlar tayyor holda mavjud.
Ultratovushli nanodispersiyalash tizimlarimiz haqida qoʻshimcha texnik maʼlumotlar, ilmiy tadqiqotlar, protokollar va narx taklifini olish uchun hoziroq biz bilan bogʻlaning! Yaxshi tayyorgarlikka ega, koʻp yillik tajribali xodimlarimiz nanoilovangizni siz bilan muhokama qilishdan mamnun boʻladi!
Biz bilan bogʻlaning! / Bizdan soʻrang!
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:
| Partiya hajmi | Hajmiy oqim tezligi | Tavsiya etiladigan qurilmalar |
|---|---|---|
| 1 dan 500mL gacha | 10 dan 200mL/min gacha | UP100H |
| 10 dan 2000mL gacha | 20 dan 400mL/min gacha | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 dan 20L gacha | 0,2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
| 10 dan 100L gacha | 2 dan 10L/min gacha | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 dan 100L/min gacha | UIP16000 |
| n.a. | kattaroq | Qurilmalar klasteri: UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, tajriba-sanoat va sanoat miqyosida aralashtirish, dispersiyalash, emulsiyalash va ekstraksiya uchun yuqori unumdor ultratovushli gomogenizatorlar ishlab chiqaradi.
Adabiyotlar / Manbalar
- Adám, Adele Anna; Szabados, M.; Varga, G.; Papp, Á.; Musza, K.; Kónya, Z.; Kukovecz, Á.; Sipos, P.; Pálinkó, I. (2020): Ultrasound-Assisted Hydrazine Reduction Method for the Preparation of Nickel Nanoparticles, Physicochemical Characterization and Catalytic Application in Suzuki-Miyaura Cross-Coupling Reaction. Nanomaterials 10(4), 2020.
- Siti Hajar Othman, Suraya Abdul Rashid, Tinia Idaty Mohd Ghazi, Norhafizah Abdullah (2012): Dispersion and Stabilization of Photocatalytic TiO2 Nanoparticles in Aqueous Suspension for Coatings Applications. Journal of Nanomaterials, Vol. 2012.
- Vikash, Vimal Kumar (2020): Ultrasonic-assisted de-agglomeration and power draw characterization of silica nanoparticles. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 65, 2020.
- Zanghellini,B.; Knaack,P.; Schörpf, S.; Semlitsch, K.-H.; Lichtenegger, H.C.; Praher, B.; Omastova, M.; Rennhofer, H. (2021): Solvent-Free Ultrasonic Dispersion of Nanofillers in Epoxy Matrix. Polymers 2021, 13, 308.
- Jeevanandam J., Barhoum A., Chan Y.S., Dufresne A., Danquah M.K. (2918): Review on nanoparticles and nanostructured materials: history, sources, toxicity and regulations. Beilstein Journal of Nanotechnology Vol. 9, 2018. 1050-1074.
- Guadagno, Liberata; Raimondo, Marialuigia; Lafdi, Khalid; Fierro, Annalisa; Rosolia, Salvatore; and Nobile, Maria Rossella (2014): Influence of Nanofiller Morphology on the Viscoelastic Properties of CNF/Epoxy Resins. Chemical and Materials Engineering Faculty Publications 9, 2014.
Bilishga arziydigan maʼlumotlar
Nanostrukturali materiallar nima?
Tizimning kamida bitta oʻlchami 100nm dan kichik boʻlsa, u nanostruktura deb taʼriflanadi. Boshqacha aytganda, nanostruktura mikroskopik va molekulyar miqyoslar orasidagi oraliq oʻlchami bilan tavsiflanadigan strukturadir. Nanostrukturalarni toʻgʻri tavsiflash va farqlash uchun obyekt hajmidagi nanomiqyosga tegishli oʻlchamlar sonini farqlash zarur.
Quyida nanostrukturali materiallarning oʻziga xos xususiyatlarini aks ettiradigan bir nechta muhim atamalar keltirilgan:
Nanomiqyos: Taxminan 1 dan 100 nm gacha boʻlgan oʻlcham diapazoni.
Nanomaterial: Nanomiqyosdagi har qanday ichki yoki tashqi strukturalarga ega material. Nanozarracha va oʻta mayda zarracha (UFP) atamalari koʻpincha sinonim sifatida qoʻllanadi, garchi oʻta mayda zarrachalarning oʻlchami mikrometr diapazonigacha yetishi mumkin boʻlsa ham.
Nanoobyekt: Bir yoki bir nechta tashqi nanomiqyosdagi oʻlchamlarga ega material.
Nanozarracha: Uchta tashqi nanomiqyosdagi oʻlchamga ega nanoobyekt
Nanotola: Nanomaterialda ikkita oʻxshash tashqi nanomiqyosdagi oʻlcham va uchinchi kattaroq oʻlcham mavjud boʻlsa, u nanotola deb ataladi.
Nanokompozit: Kamida bitta fazasi nanomiqyosdagi oʻlchamga ega boʻlgan koʻp fazali struktura.
Nanostruktura: Nanomiqyos sohasidagi oʻzaro bogʻlangan tarkibiy qismlar majmuasi.
Nanostrukturali materiallar: Ichki yoki sirt nanostrukturasini oʻz ichiga olgan materiallar.
(qarang: Jeevanandam va boshq., 2018)
ISO/TS 22107:2021 ga muvofiq dispersiyalar tayyorlash uchun zondli ultratovush qurilmasidan foydalanishim mumkinmi?
Ha, zondli ultratovush qurilmasi ISO/TS 22107:2021 ga muvofiq kolloid dispersiyalar tayyorlash uchun juda mos keladi. Ushbu texnik spetsifikatsiya dispersiyalanishning bosqichma-bosqich jarayonini bayon qiladi – u kukunni hoʻllash, massani gomogenizatsiyalash va zarrachalarni deaglomeratsiyalashni oʻz ichiga oladi. Zondli ultratovush bilan ishlov berish yuqori intensivlikdagi akustik kavitatsiyani hosil qilib, ushbu bosqichlarning har birini samarali osonlashtiradi; bu tez hoʻllanish, zarrachalarning bir tekis taqsimlanishi va aglomeratlar oʻlchamining samarali kamayishiga yordam beradi. Bundan tashqari, ultratovushli dispersiyalashda energiya nazorat qilinadi va natijalar takror hosil qilinadi; bu kuzatib tekshirish mumkin boʻlgan va muayyan ilovaga mos dispersiyalash protokollariga qoʻyiladigan ISO/TS 22107:2021 talablariga mos keladi.
Hielscher Ultrasonics yuqori unumdor ultratovushli gomogenizatorlarni laboratoriya miqyosidan sanoat miqyosigacha ishlab chiqaradi.