Kim cương nano phân tán trong huyền phù nước với Sonication

Các dung dịch nano kim cương có thể được chuẩn bị nhanh chóng và hiệu quả bằng cách sử dụng máy siêu âm Hielscher. Trong dung dịch nước, quá trình phân tán siêu âm đảm bảo việc phá vỡ đáng tin cậy các tập hợp và hình thành các colloid ổn định. Khi kết hợp với việc thêm muối đơn giản để điều chỉnh pH, phương pháp này cung cấp một cách tiếp cận đơn giản, tiết kiệm chi phí và không chứa tạp chất. Nhờ tính khả thi và dễ thực hiện, quá trình phân tán siêu âm rất phù hợp không chỉ cho nghiên cứu trong phòng thí nghiệm mà còn cho quá trình xử lý nanodiamond quy mô công nghiệp.

Phân tách nano kim cương hiệu quả và không gây ô nhiễm

Nanodiamond ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong y sinh học, công nghệ lượng tử, tribology và vật liệu composite tiên tiến. Tuy nhiên, xu hướng tự nhiên của chúng trong việc hình thành các cụm cứng thường hạn chế hiệu suất. Do đó, việc đạt được các hệ keo ổn định với các hạt riêng lẻ là điều kiện tiên quyết cho việc đặc trưng chính xác và ứng dụng đáng tin cậy. Các phương pháp phân tách truyền thống thường dựa vào các kỹ thuật nghiền mạnh mẽ, gây ra sự xâm nhập của zirconia hoặc các tạp chất khác, làm phức tạp quá trình tinh chế và hạn chế ứng dụng trong y sinh học. Phân tán siêu âm cung cấp một giải pháp nhanh chóng, có thể mở rộng và không gây ô nhiễm. Bằng cách áp dụng hiện tượng cavitation âm thanh trong môi trường nước, các thiết bị siêu âm dạng đầu dò hiệu quả phân hủy các cụm thành các hạt nanodiamond đơn lẻ. Khi kết hợp với điều chỉnh pH bằng muối đơn giản, phương pháp này tạo ra các hệ keo ổn định trong phạm vi pH rộng mà không tạo ra các sản phẩm phụ độc hại, khiến nó trở nên rất hấp dẫn cho cả nghiên cứu phòng thí nghiệm và sản xuất quy mô công nghiệp.

Kim cương nano có thể được phân tán hiệu quả và đáng tin cậy bằng cách sử dụng máy siêu âm Hielscher.

Phay siêu âm và phân tán kim cương nano hoạt động như thế nào?

Phân tán siêu âm sử dụng bản thân kim cương nano làm phương tiện phay. Sự xâm thực âm thanh được tạo ra bởi sóng siêu âm công suất cao tạo ra dòng chất lỏng tốc độ cao. Những dòng chất lỏng này tăng tốc các hạt (ví dụ: kim cương) trong bùn để các hạt va chạm với tốc độ lên đến 280km/s và vỡ thành các hạt nhỏ có kích thước nano. Điều này làm cho quá trình nghiền siêu âm và phân tán trở thành một kỹ thuật dễ dàng, không tốn kém và không gây ô nhiễm, giúp phân tụ kim cương nano thành các hạt có kích thước nano ổn định trong dung dịch keo nước trong phạm vi pH rộng. Muối (natri clorua) được sử dụng để ổn định kim cương nano trong bùn nước.
 

 
Tìm hiểu thêm về quá trình phân tán nano kim cương bằng sóng siêu âm trong chuẩn bị mẫu trước phân tích!
 

Phay kim cương nano siêu âm vượt trội so với các nhà máy hạt

Máy siêu âm kiểu đầu dò là máy nghiền có hiệu quả cao và là một kỹ thuật xay xát được thiết lập để sản xuất quy mô lớn huyền phù kim cương nano ở quy mô công nghiệp. Vì các máy nghiền siêu âm sử dụng kim cương nano làm phương tiện phay, nên hoàn toàn tránh được ô nhiễm qua môi trường phay, ví dụ từ hạt zirconia. Thay vào đó, lực xâm thực siêu âm tăng tốc các hạt để các kim cương nano va chạm dữ dội với nhau và phân hủy thành kích thước nano đồng đều. Sự va chạm giữa các hạt gây ra bằng sóng siêu âm này là một phương pháp hiệu quả cao và đáng tin cậy để sản xuất các phân tán nano phân bố đồng đều.
Phương pháp phân tán và phân tách siêu âm sử dụng các chất phụ gia hòa tan trong nước, không độc hại và không gây ô nhiễm như natri clorua hoặc sucrose để điều chỉnh độ pH và ổn định phân tán siêu âm. Các cấu trúc tinh thể này của natri clorua hoặc sucrose hoạt động bổ sung như phương tiện xay xát, do đó hỗ trợ quy trình xay siêu âm. Khi quá trình xay hoàn tất, các chất phụ gia này có thể dễ dàng loại bỏ bằng cách rửa đơn giản bằng nước, đây là một ưu điểm đáng chú ý so với hạt gốm quy trình. Phay hạt truyền thống như máy nghiền sử dụng phương tiện phay gốm không hòa tan (ví dụ: bóng, hạt hoặc ngọc trai), có dư lượng bị mài mòn làm ô nhiễm chất phân tán cuối cùng. Loại bỏ ô nhiễm do môi trường xay xát liên quan đến quá trình xử lý phức tạp và tốn thời gian cũng như chi phí.

Công nghệ phân tán siêu âm tạo ra hiệu quả huyền phù kim cương nano trong nước với sự phân bố kích thước hạt hẹp.
(Nghiên cứu và đồ họa: ©Turcheniuk và cộng sự, 2016)

Giao thức mẫu mực cho sự phân tán kim cương nano siêu âm

Phân tách siêu âm có sự hỗ trợ của kim cương nano trong nước:
Một hỗn hợp gồm 10 g natri clorua và 0,250 g bột kim cương nano được nghiền ngắn bằng tay bằng vữa sứ và chày và đặt vào lọ thủy tinh 20 ml cùng với 5 ml nước DI. Mẫu chuẩn bị được sonicated bằng cách sử dụng một ultrasonicator loại thăm dò trong 100 phút ở 60% công suất đầu ra và 50% chu kỳ làm việc. Sau khi sonication, mẫu được chia đều giữa hai ống ly tâm Falcon nhựa 50 mL và phân tán trong nước cất lên đến 100 mL tổng thể tích (2 × 50 mL). Mỗi mẫu sau đó được ly tâm bằng máy ly tâm Eppendorf 5810-R ở 4000 vòng / phút và 25 ° C trong 10 phút, và chất siêu nhiên trong suốt đã bị loại bỏ. Các kết tủa ND ướt sau đó được phân tán lại trong nước cất (tổng thể tích 100 mL) và ly tâm lần thứ hai ở 12000 vòng / phút và 25 ° C trong 1 giờ. Một lần nữa, chất siêu nhiên trong suốt đã bị loại bỏ và các kết tủa kim cương nano ướt được phân tán lại, lần này trong 5 ml nước cất để mô tả. Một xét nghiệm AgNO3 tiêu chuẩn cho thấy hoàn toàn không có Cl⁻ Trong quá trình tách rời bằng siêu âm có sự hỗ trợ của muối, các hạt nano kim cương được rửa hai lần bằng nước cất như đã mô tả ở trên. Sau khi bay hơi nước khỏi các mẫu, hình thành chất rắn màu đen là nano kim cương. “khoai tây chiên” Đã quan sát được với năng suất khoảng 200 mg hoặc 80% khối lượng ban đầu của nanodiamond. (xem hình bên dưới)
(xem Turcheniuk và cộng sự, 2016)

Mẫu khô od kim cương nano phân tán siêu âm.
(Nghiên cứu và đồ họa: ©Turcheniuk và cộng sự, 2016)

Máy siêu âm hiệu suất cao cho phân tán kim cương nano

Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối thiết bị phay và phân tán siêu âm hiệu suất cao cho các ứng dụng hạng nặng như sản xuất bùn kim cương nano, phương tiện đánh bóng và vật liệu tổng hợp nano. Máy siêu âm Hielscher được sử dụng trên toàn thế giới để phân tán các vật liệu nano thành huyền phù keo trong nước, polyme, nhựa, lớp phủ và các vật liệu hiệu suất cao khác.
Máy phân tán siêu âm Hielscher đáng tin cậy và hiệu quả trong việc xử lý độ nhớt từ thấp đến cao. Tùy thuộc vào vật liệu đầu vào và kích thước hạt cuối cùng được nhắm mục tiêu, cường độ siêu âm có thể được điều chỉnh chính xác để có kết quả quy trình tối ưu.
Để xử lý bột nhão nhớt, vật liệu nano và nồng độ rắn cao, máy phân tán siêu âm phải có khả năng tạo ra biên độ cao liên tục. Siêu âm Hielscher’ Bộ xử lý siêu âm công nghiệp có thể cung cấp biên độ rất cao khi hoạt động liên tục dưới đầy tải. Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng chạy trong hoạt động 24/7. Tùy chọn vận hành máy phân tán siêu âm ở biên độ cao và điều chỉnh biên độ chính xác là cần thiết để thích ứng với các điều kiện quy trình siêu âm để có công thức tối ưu cho bùn nano chứa đầy cao, hỗn hợp polyme gia cố nano và vật liệu tổng hợp nano.
Bên cạnh biên độ siêu âm, áp suất là một thông số quá trình rất quan trọng khác. Dưới áp suất cao, cường độ xâm thực siêu âm và lực cắt của nó được tăng cường. Các lò phản ứng siêu âm của Hielscher có thể được điều áp do đó thu được kết quả siêu âm tăng cường.
Giám sát quy trình và ghi dữ liệu rất quan trọng đối với tiêu chuẩn hóa quy trình liên tục và chất lượng sản phẩm. Cảm biến áp suất và nhiệt độ có thể cắm được kết nối với máy phát siêu âm để theo dõi và kiểm soát quá trình phân tán siêu âm. Tất cả các thông số xử lý quan trọng như năng lượng siêu âm (ròng + tổng), nhiệt độ, áp suất và thời gian được giao thức tự động và lưu trữ vào thẻ SD tích hợp. Bằng cách truy cập dữ liệu quy trình được ghi lại tự động, bạn có thể sửa đổi các lần chạy siêu âm trước đó và đánh giá kết quả quá trình.
Một tính năng thân thiện với người dùng khác là điều khiển từ xa trình duyệt của các hệ thống siêu âm kỹ thuật số của chúng tôi. Thông qua điều khiển trình duyệt từ xa, bạn có thể bắt đầu, dừng, điều chỉnh và giám sát bộ xử lý siêu âm của bạn từ xa từ bất cứ đâu.
Liên hệ với chúng tôi ngay bây giờ để tìm hiểu thêm về máy đồng nhất siêu âm hiệu suất cao của chúng tôi để xay xát và phân tán nano!
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: