Kim cương nano phân tán trong huyền phù nước với Sonication
Nanodiamond dispersions are efficient and quickly produced using ultrasonic dispersers. Ultrasonic deaggregation and dispersion of nanodiamonds can be reliably performed in an aqueous suspension. The ultrasonic dispersion technique uses salt for pH modification and is thereby a facile, inexpensive, and contaminant-free technique, which can be easily used on industrial scale.
How Does Ultrasonic Milling and Dispersion of Nanodiamonds Work?
Ultrasonic dispersion uses the nanodiamonds itself as milling media. Acoustic cavitation generated by high-power ultrasound waves creates high-speed liquid streaming. These liquid streams accelerate the particles (e.g., diamonds) in the slurry so that the particles collide with up to 280km/s and shatter into minute nano-sized particles. This makes ultrasonicmilling and dispersion a facile, inexpensive, and contaminant-free technique, which reliably deagglomerates nanodiamond into nano-sized particles stable in aqueous colloidal solution in a wide pH range. Salt (sodium chloride) is utilized to stabilize the nanodiamonds in an aqueous slurry.
- highly efficient nano-sized dispersion
- rapid
- non-toxic, solvent-free
- no difficult-to-remove impurities
- energy- and cost-saving
- linear scalability to any production size
- Thân thiện với môi trường
Ultrasonic Nanodiamond Milling Excels Bead Mills
Probe-type ultrasonicators are highly efficacious mills and are an established milling technique for the large-scale production of nanodiamond suspensions on industrial scale. Since ultrasonic mills utilize the nanodiamonds as milling media, contamination through milling media, e.g. from zirconia beads, is completely avoided. Instead, ultrasonic cavitational forces accelerate the particles so that the nanodiamonds collide violently with each other and break down to uniform nano-size. This ultrasonically induced interparticle collision is a highly efficient and reliable method for the production of uniformly distributed nanodispersions.
The ultrasonic dispersion and deaggregation method uses water-soluble, nontoxic, and non-contaminating additives such as sodium chloride or sucrose for pH regulation and stabilization of the ultrasonic dispersion. These crystal structures of sodium chloride or sucrose act additionally as milling media thereby supporting the ultrasonic milling procedure. When the milling process is completed, this additives can be easily removed by a simple rinsing with water, whichis a remarkable advantage over a process ceramic beads. Traditional bead milling such as attritors use insoluble ceramic milling media (e.g. balls, beads, or pearls), whose abrased residuals contaminate the final dispersion. Removal of contamination caused by milling media involves complex after-processing and is time-consuming as well as costly.
Exemplary Protocol for Ultrasonic Nanodiamond Dispersion
Salt-Assisted Ultrasonic Deaggregation of Nanodiamonds in Water:
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 siêu âm hỗ trợ muối deag gregated nanodiamonds rửa bằng nước cất gấp đôi như mô tả ở trên. Sau khi bay hơi nước từ các mẫu, sự hình thành các "chip" kim cương nano rắn màu đen đã được quan sát thấy với năng suất ∼200 mg hoặc 80% khối lượng kim cương nano ban đầu. (xem hình bên dưới)
(cf. Turcheniuk et al., 2016)
High-Performance Ultrasonicators for Nanodiamond Dispersions
Hielscher Ultrasonics designs, manufactures and distributes high-performance ultrasonic milling and dispersing equipment for heavy-duty applications such as the manufacturing of nanodiamond slurries, polishing media and nanocomposites. Hielscher ultrasonicators are used world-wide for dispersing nano-materials into aqueous colloidal suspensions, polymers, resins, coatings, and other high-performance materials.
Hielscher ultrasonic dispersers are reliable and efficient in processing low to high viscosities. Depending on the input materials and the targeted final particle size, ultrasonic intensity can be precisely adjusted for optimal process results.
In order to process viscous pastes, nano-materials and high solid concentrations, the ultrasonic disperser must be capable to produce continuously high amplitudes. Hielscher Ultrasonics’ industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes in continuous operation under full load. Amplitudes of up to 200µm can be easily run in 24/7 operation. The option to operate an ultrasonic disperser at high amplitudes and to adjust the amplitude precisely is necessary to adapt the ultrasonic process conditions for the optimum formulation of highly filled nano-slurries, nano-reinforced polymer mixtures and nanocomposites.
Besides the ultrasonic amplitude, pressure is another very important process parameter. Under elevated pressures, the intensity of ultrasonic cavitation and its shear forces is intensified. Hielscher’s ultrasonic reactors can be pressurized thereby obtaining intensified sonication results.
Process monitoring and data recording are important for continuous process standardization and product quality. Pluggable pressure and temperature sensors wire to the ultrasonic generator for monitoring and controlling the ultrasonic dispersion process. All important processing parameters such as ultrasonic energy (net + total), temperature, pressure and time are automatically protocolled and stored onto a built-in SD-card. By accessing the automatically recorded process data, you can revise previous sonication runs and evaluate the process results.
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.
Contact us now to learn more about our high-performance ultrasonic homogenizers for milling and nano-dispersions!
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:
Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
---|---|---|
1 đến 500mL | 10 đến 200ml / phút | UP100H |
10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP200Ht, UP400ST |
0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdt |
15 đến 150L | 3 đến 15L / phút | UIP6000hdT |
N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
N.A. | Lớn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
Văn học / Tài liệu tham khảo
- Turcheniuk, K., Trecazzi, C., Deeleepojananan, C., & Mochalin, V. N. (2016): Salt-Assisted Ultrasonic Deaggregation of Nanodiamond. ACS Applied Materials & Interfaces, 8(38), 2016. 25461–25468.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue 1. January 9, 2020.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Mondragón Cazorla R., Juliá Bolívar J. E.,Barba Juan A., Jarque Fonfría J. C. (2012): Characterization of silica–water nanofluids dispersed with an ultrasound probe: A study of their physical properties and stability. Powder Technology Vol. 224, 2012.