Mustahkamlangan kompozitlarni ultratovush yordamida tayyorlash

Kompozitlar sezilarli darajada yaxshilangan termik barqarorlik, elastiklik moduli, choʻzilishga mustahkamlik va sinishga mustahkamlik kabi oʻziga xos material xususiyatlariga ega, shu sababli ular turli xil mahsulotlarni ishlab chiqarishda keng qoʻllaniladi.
Ultratovush bilan ishlov berish yuqori darajada dispersiyalangan CNTlar, grafen va boshqa materiallarni oʻz ichiga olgan yuqori sifatli nanokompozitlarni hosil qilishi isbotlangan.
Mustahkamlangan kompozitlarni tayyorlash uchun ultratovush uskunalari sanoat miqyosida mavjud.

Nanokompozitlar

Nanokompozitlar mexanik, elektr, termik, optik, elektrokimyoviy va/yoki katalitik xususiyatlari bilan ajralib turadi.
Mustahkamlovchi fazaning sirt maydoni va hajmi nisbati nihoyatda yuqori boʻlgani va/yoki uzunlikning koʻndalang oʻlchamga nisbati nihoyatda yuqori boʻlgani sababli, nanokompozitlarning samaradorligi anʼanaviy kompozitlarnikidan sezilarli darajada yuqori. Mustahkamlash uchun sferik kremniy dioksidi kabi nanozarrachalar, qatlamlari ajratilgan grafen yoki gil kabi mineral varaqlar yoxud uglerod nanonaychalari yoki elektrospinning orqali olingan tolalar kabi nanotolalar tez-tez qoʻllaniladi.
Masalan, elektr va issiqlik oʻtkazuvchanligini yaxshilash uchun uglerod nanonaychalari qoʻshiladi, mexanik, termik va suvga chidamlilik xususiyatlarini yaxshilash uchun esa nanokremniy dioksidi ishlatiladi. Nanozarrachalarning boshqa turlari optik xususiyatlar, dielektrik xususiyatlar, issiqlikka chidamlilik yoki bikrlik, mustahkamlik hamda korroziya va shikastlanishga chidamlilik kabi mexanik xususiyatlarni yaxshilaydi.

Ultratovush yordamida tayyorlangan nanokompozitlarga misollar:

vinil efir matritsasidagi uglerod nanonaychalari (CNT)
nikel metall matritsasidagi CNTlar / piyozsimon qatlamli uglerod zarrachalari / nano olmoslar
magniy qotishmasi matritsasidagi CNTlar
polivinil spirt (PVA) matritsasidagi CNTlar
epoksid smola matritsasidagi koʻp devorli uglerod nanonaychasi (MWCNT) (qotiruvchi modda sifatida metil tetragidroftal angidrid (MTHPA) ishlatiladi)
poli(vinil spirt) (PVA) matritsasidagi grafen oksidi
magniy matritsasidagi SiC nanozarrachalari
polistirol matritsasidagi nanokremniy dioksidi (Aerosil)
egiluvchan poliuretan (PU) matritsasidagi magnit temir oksidi
grafit/poli(vinil xlorid) tarkibidagi nikel oksidi
sut kislotasi va glikol kislotasi sopolimeri (PLGA) matritsasidagi titan dioksidi nanozarrachalari
sut kislotasi va glikol kislotasi sopolimeri (PLGA) matritsasidagi nanogidroksiapatit

Ultratovushli dispersiyalash

Ultratovush jarayonining parametrlarini aniq nazorat qilish hamda material tarkibi va kerakli yakuniy sifatga optimal tarzda moslashtirish mumkin. Ultratovushli dispersiyalash CNTlar yoki grafen kabi nanozarrachalarni nanokompozitlarga kiritish uchun tavsiya etiladigan usuldir. Ilmiy darajada uzoq vaqt sinovdan oʻtkazilgan va koʻplab sanoat ishlab chiqarish korxonalarida joriy etilgan nanokompozitlarni ultratovush yordamida dispersiyalash va tayyorlash yaxshi oʻzlashtirilgan usul hisoblanadi. Hielscher kompaniyasining nanomateriallarga ultratovush bilan ishlov berish boʻyicha uzoq yillik tajribasi chuqur maslahat berishni, mos ultratovush tizimini tavsiya qilishni hamda jarayonni ishlab chiqish va optimallashtirishda yordam koʻrsatishni taʼminlaydi.
Mustahkamlovchi nanozarrachalar, asosan, ishlov berish davomida matritsa ichiga dispersiyalanadi. Qoʻshiladigan nanomaterialning ogʻirlik foizi (massa ulushi) past diapazonda, masalan, 0,5% dan 5% gacha boʻladi, chunki ultratovush bilan ishlov berish orqali erishiladigan bir tekis dispersiyalanish mustahkamlovchi toʻldirgichlarni tejash va yuqoriroq mustahkamlash samaradorligiga erishish imkonini beradi.
Ishlab chiqarishda ultratovushning odatiy qoʻllanilishiga nanozarrachali smola kompozitini tayyorlash kiradi. CNT bilan mustahkamlangan vinil efirni ishlab chiqarish uchun CNTlarni dispersiyalash va funksionallashtirishda ultratovush bilan ishlov berish qoʻllaniladi. Ushbu CNT–vinil efir kompozitlari yaxshilangan elektr va mexanik xususiyatlari bilan ajralib turadi.
CNTlarni dispersiyalash haqida koʻproq oʻqish uchun shu yerni bosing!

Noorganik zarrachalarni ultratovush bilan ishlov berish orqali funksionallashtirish mumkin

Ultratovush yordamida funksionallashtirilgan nanozarracha

Ish stoli ustida foydalanish va ishlab chiqarish uchun UIP1500hd kabi ultratovush qurilmalari sanoat darajasidagi talablarga toʻliq javob beradi. (Kattalashtirish uchun bosing!)

Ultratovushli qurilma UIP1500hd – oqimli reaktor bilan

Grafen

Grafen ajoyib fizik xususiyatlarga, uzunlikning koʻndalang oʻlchamga yuqori nisbatiga va past zichlikka ega. Yengil, yuqori mustahkamlikka ega polimerlarni olish uchun grafen va grafen oksidi kompozit matritsasiga kiritiladi. Mexanik mustahkamlashga erishish uchun grafen varaqlari / plastinkalari juda mayin dispersiyalanishi kerak, chunki aglomeratsiyalangan grafen varaqlari mustahkamlash taʼsirini keskin cheklaydi.
Ilmiy tadqiqotlar yaxshilanish darajasi, asosan, grafen varaqlarining matritsadagi dispersiyalanish darajasiga bogʻliq ekanini koʻrsatgan. Faqat bir jinsli dispersiyalangan grafen kerakli taʼsirlarni beradi. Kuchli gidrofobligi va van der Waals tortishishi tufayli grafen oʻzaro kuchsiz taʼsirlashuvchi bir qatlamli varaqlardan iborat tangachalar shaklida agregatsiyalanish va aglomeratsiyalanishga moyil.
Odatiy dispersiyalash usullari koʻpincha bir jinsli, shikastlanmagan grafen dispersiyalarini hosil qila olmasa-da, yuqori quvvatli ultratovush qurilmalari yuqori sifatli grafen dispersiyalarini hosil qiladi. Hielscher ultratovush qurilmalari dastlabki, oʻzgartirilmagan grafen, grafen oksidi va qaytarilgan grafen oksidiga pastdan yuqorigacha konsentratsiyalarda hamda kichikdan kattagacha hajmlarda qiyinchiliksiz ishlov beradi. Keng qoʻllaniladigan erituvchi N-metil-2-pirrolidon (NMP) hisoblanadi, biroq yuqori quvvatli ultratovush yordamida grafenni hatto aseton, xloroform, IPA va siklogeksanon kabi eritish qobiliyati past, qaynash harorati past erituvchilarda ham dispersiyalash mumkin.
Grafen qatlamlarini katta hajmda ajratish haqida koʻproq oʻqish uchun shu yerni bosing!

Uglerod nanonaychalari va boshqa nanomateriallar

Yuqori quvvatli ultratovush turli nanomateriallarning, jumladan uglerod nanonaychalari (CNTlar), SWNTlar, MWNTlar, fullerenlar, kremniy dioksidi (SiO₂), titan dioksidi (TiO₂), kumush (Ag), rux oksidi (ZnO), nanofibrillangan sellyuloza va koʻplab boshqa materiallarning mayda oʻlchamli dispersiyalarini hosil qilishi isbotlangan. Umuman olganda, ultratovush bilan ishlov berish anʼanaviy dispersiyalash qurilmalaridan ustun boʻlib, oʻziga xos natijalarga erisha oladi.
Nanozarrachalarni maydalash va dispersiyalashdan tashqari, ularni ultratovushli choʻktirish orqali sintez qilishda ham aʼlo natijalarga erishiladi (quyidan yuqoriga sintez). Masalan, ultratovush yordamida sintez qilingan magnetit, natriy-rux molibdati va boshqa moddalarning zarracha oʻlchami anʼanaviy usul bilan olinganiga nisbatan kichikroq ekanligi kuzatilgan. Kichikroq oʻlcham ultratovushli kavitatsiya hosil qiladigan siljish va turbulentlik tufayli yadrolanish tezligining oshishi va aralashtirish sharoitlarining yaxshilanishi bilan izohlanadi.
Ultratovush yordamida quyidan yuqoriga choʻktirish haqida koʻproq bilish uchun shu yerni bosing!

Zarrachalarni ultratovush yordamida funksionallashtirish

Zarrachaning oʻlchami kichrayishi bilan uning solishtirma sirt maydoni ortadi. Ayniqsa, nanotexnologiyada zarrachaning sirt maydoni kattalashishi material xususiyatlarining namoyon boʻlishini sezilarli darajada kuchaytiradi. Zarracha sirtiga tegishli funksional molekulalarni biriktirish orqali sirt maydonini ultratovush yordamida oshirish va oʻzgartirish mumkin. Nanomateriallarning qoʻllanilishi va ishlatilishida sirt xususiyatlari zarracha yadrosining xususiyatlari kabi muhimdir.
Ultratovush yordamida funksionallashtirilgan zarrachalar polimerlar, kompozitlar va biokompozitlar, nanosuyuqliklar, yigʻilgan qurilmalar, nanodori vositalari va boshqa sohalarda keng qoʻllaniladi. Zarrachalarni funksionallashtirish orqali barqarorlik, mustahkamlik va bikrlik, eruvchanlik, polidisperslik, fluoressensiya, magnitlik, superparamagnetizm, optik yutilish, yuqori elektron zichligi, fotoluminessensiya va boshqa xususiyatlar keskin yaxshilanadi.
Hielscher ultratovush tizimlari bilan tijorat miqyosida funksionallashtiriladigan odatiy zarrachalarga CNTlar, SWNTlar, MWNTlar, grafen, grafit, kremniy dioksidi (SiO₂), nano olmoslar, magnetit (temir oksidi, Fe₃O₄), kumush nanozarrachalari, oltin nanozarrachalari, gʻovak va mezogʻovak nanozarrachalar hamda boshqalar kiradi.
Zarrachalarga ultratovush bilan ishlov berish boʻyicha tanlangan qoʻllanilish tavsiflarini koʻrish uchun shu yerni bosing!

Ultratovushli dispersiyalash qurilmalari

Hielscher ultratovushli dispersiyalash uskunalari laboratoriya, ish stoli ustida foydalanish va sanoat ishlab chiqarishi uchun mavjud. Hielscher ultratovush qurilmalari ishonchli, mustahkam, boshqarish va tozalash oson. Uskunalar ogʻir ish sharoitlarida 24/7 ishlash uchun moʻljallangan. Ultratovush tizimlaridan partiyali va oqim liniyasida ishlov berish uchun foydalanish mumkin – ular moslashuvchan boʻlib, jarayoningiz va talablaringizga oson moslashtiriladi.

Ultratovush bilan partiyali va oqim liniyasida ishlov berish imkoniyatlari

Partiya hajmi	Hajmiy oqim tezligi	Tavsiya etiladigan qurilmalar
5–200mL	50–500mL/min	UP200Ht, UP400S
0,1–2L	0,25–2m³/hr	UIP1000hd, UIP2000hd
0,4–10L	1–8m³/hr	UIP4000
n.a.	4–30m³/hr	UIP16000
n.a.	30m³/hr dan yuqori	quyidagi qurilmalardan iborat klaster: UIP10000 yoki UIP16000

Zarrachalarni oʻzgartirish va oʻlchamini kichraytirish uchun UP200S ultratovush qurilmasi (Kattalashtirish uchun bosing!)

Zarrachalarni funksionallashtirish uchun ultratovushli laboratoriya qurilmasi

Adabiyotlar/Manbalar

Kapole, S.A:; Bhanvase, B.A.; Pinjari, D.V.; Gogate, P.R.; Kulkami, R.D.; Sonawane, S.H.; Pandit, A.B. (2014): «Ultratovush yordamida tayyorlangan natriy-rux molibdati nanopigmentining ikki komponentli epoksid-poliamid qoplamada korroziyani ingibitsiyalash samaradorligini oʻrganish. Composite Interfaces 21/9, 2015. 833–852.
Nikje, M.M.A.; Moghaddam, S.T.; Noruzian, M.(2016): Yadro-qobiq tuzilishidagi nanozarrachalar yordamida yangi magnit poliuretan koʻpik nanokompozitlarini tayyorlash. Polímeros vol.26 no.4, 2016.
Tolasz, J.; Stengl, V.; Ecorchard, P. (2014): Grafen oksidi–polistirol kompozit materialini tayyorlash. Atrof-muhit, kimyo va biologiya boʻyicha 3-xalqaro konferensiya. IPCBEE vol.78, 2014.

Tegishli mavzular

Bilishga arziydigan faktlar

Kompozit materiallar haqida

Kompozit materiallar (kompozitsion materiallar deb ham ataladi) fizik yoki kimyoviy xususiyatlari sezilarli darajada farq qiladigan ikki yoki undan ortiq tarkibiy qismdan tayyorlangan material sifatida tavsiflanadi. Ushbu tarkibiy materiallar birlashtirilganda, alohida komponentlarnikidan farq qiladigan xususiyatlarga ega yangi material – kompozit deb ataladigan material – hosil boʻladi. Alohida komponentlar tayyor tuzilma ichida ajralgan va bir-biridan farqli holda qoladi.
Yangi material yaxshiroq xususiyatlarga ega, masalan, u anʼanaviy materiallarga nisbatan mustahkamroq, yengilroq, chidamliroq yoki arzonroq boʻladi. Nanokompozitlardagi yaxshilanishlar mexanik, elektr / oʻtkazuvchanlik, termik, optik, elektrokimyoviy va katalitik xususiyatlarni qamrab oladi.

Odatdagi muhandislik kompozit materiallariga quyidagilar kiradi:

biokompozitlar
mustahkamlangan plastmassalar, masalan, tola bilan mustahkamlangan polimer
metall kompozitlar
keramik kompozitlar (keramik matritsali va metall matritsali kompozit)

Kompozit materiallar, odatda, qayiq korpuslari, stol usti yuzalari, avtomobil kuzovlari, vannalar, saqlash rezervuarlari, sunʼiy granit va sunʼiy marmardan tayyorlangan rakovinalar kabi qurilish va konstruksiya buyumlarida, shuningdek, kosmik apparatlar va samolyotlarda qoʻllaniladi.

Kompozitlarda boshqa metallarni mustahkamlovchi metall tolalar ham ishlatilishi mumkin, masalan, metall matritsali kompozitlar (MMC) yoki keramik matritsali kompozitlarda (CMC); ularga suyak (kollagen tolalari bilan mustahkamlangan gidroksiapatit), kermet (keramika va metall) hamda beton kiradi.
Organik matritsali/keramik toʻldirgichli kompozitlarga asfaltbeton, polimerbeton, mastikali asfalt, mastic roller hybrid, stomatologik kompozit, sintaktik koʻpik va sadaf kiradi.

Ultratovushning zarrachalarga taʼsiri haqida

Zarracha oʻlchami muayyan darajagacha (kritik oʻlcham deb ataladi) kichraytirilganda zarracha xususiyatlarini kuzatish mumkin. Zarracha oʻlchamlari nanometr darajasiga yetganda, fazalar chegaralaridagi oʻzaro taʼsirlar ancha kuchayadi, bu esa material xususiyatlarini yaxshilash uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega. Shu sababli nanokompozitlarni mustahkamlash uchun ishlatiladigan materiallarning sirt maydoni : hajm nisbati eng muhim ahamiyatga ega. Nanokompozitlar sanoatning deyarli barcha tarmoqlari, jumladan aerokosmik, avtomobilsozlik, elektronika, biotexnologiya, farmatsevtika va tibbiyot tarmoqlari uchun texnologik va iqtisodiy afzalliklar beradi. Yana bir katta afzalligi ularning ekologik tozaligidir.
Yuqori quvvatli ultratovush intensiv aralashtirish va dispersiyalash orqali matritsa va zarrachalar orasidagi hoʻllanuvchanlik va gomogenlashuvni yaxshilaydi; bu aralashtirish va dispersiyalashni yuzaga keltiruvchi hodisa – ultratovushli kavitatsiya. Nanomateriallar uchun ultratovush bilan ishlov berish eng keng qoʻllaniladigan va eng muvaffaqiyatli dispersiyalash usuli boʻlgani sababli, Hielscher ultratovush tizimlari butun dunyo boʻylab laboratoriyalarda, tajriba-sanoat qurilmalarida va ishlab chiqarishda oʻrnatilgan.