Siêu âm công suất cao để xử lý hạt: Ghi chú ứng dụng

Để thể hiện đầy đủ các đặc tính, các hạt phải được phá kết tụ và phân tán đồng đều để bề mặt hạt có thể tiếp xúc với môi trường xung quanh. Các lực siêu âm mạnh được biết đến là công cụ phân tán và nghiền đáng tin cậy, giúp giảm kích thước hạt xuống mức dưới micromet và nano. Ngoài ra, xử lý siêu âm còn cho phép biến tính và chức năng hóa các hạt, ví dụ bằng cách phủ một lớp kim loại lên các hạt nano.

Dưới đây là một số loại hạt và chất lỏng cùng các khuyến nghị liên quan về cách xử lý vật liệu để nghiền, phân tán, phá kết tụ hoặc biến tính các hạt bằng máy đồng nhất siêu âm.

Cách chuẩn bị bột và hạt bằng xử lý siêu âm mạnh.

Theo thứ tự bảng chữ cái:

Aerosil

Ứng dụng siêu âm:
Hệ phân tán các hạt silica Aerosil OX50 trong nước Millipore (pH 6) được điều chế bằng cách phân tán 5,0 g bột vào 500 mL nước bằng thiết bị xử lý siêu âm cường độ cao UP200S (200W; 24kHz). Các hệ phân tán silica được điều chế trong dung dịch nước cất (pH = 6) dưới tác động siêu âm bằng UP200S trong 15 phút, sau đó khuấy mạnh trong 1 giờ. HCl được dùng để điều chỉnh pH. Hàm lượng chất rắn trong các hệ phân tán là 0,1% (w/v).
Thiết bị được khuyến nghị:
UP200S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Licea-Claverie, A.; Schwarz, S.; Steinbach, Ch.; Ponce-Vargas, S. M.; Genest, S. (2013): Kết hợp polyme tự nhiên và polyme nhạy nhiệt trong quá trình keo tụ các hệ phân tán silica mịn. International Journal of Carbohydrate Chemistry 2013.

Chất lỏng nano Al₂O₃–nước

Ứng dụng siêu âm:
Có thể điều chế chất lỏng nano Al₂O₃–nước theo các bước sau: Đầu tiên, dùng cân điện tử kỹ thuật số để cân khối lượng các hạt nano Al₂O₃ . Sau đó, cho từ từ các hạt nano Al₂O₃ vào lượng nước cất đã cân và khuấy hỗn hợp Al₂O₃–nước. Xử lý siêu âm hỗn hợp liên tục trong 1h bằng thiết bị siêu âm dạng đầu dò UP400S (400W, 24kHz) để tạo hệ phân tán đồng đều các hạt nano trong nước cất.
Có thể điều chế các chất lỏng nano với các tỷ lệ khác nhau (0,1%, 0,5% và 1%). Không cần chất hoạt động bề mặt hoặc thay đổi pH.
Thiết bị được khuyến nghị:
UP400S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Isfahani, A. H. M.; Heyhat, M. M. (2013): Nghiên cứu thực nghiệm về dòng chảy của chất lỏng nano trong mô hình vi mô mô phỏng môi trường xốp. International Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9/2, 2013. 77–84.

Phân tán nhôm oxit (Al2O3) bằng siêu âm giúp giảm đáng kể kích thước hạt và tạo hệ phân tán đồng đều.

Các hạt silica phủ boehmite

Ứng dụng siêu âm:
Các hạt silica được phủ một lớp boehmite: Để thu được bề mặt hoàn toàn sạch, không có chất hữu cơ, các hạt được gia nhiệt đến 450°C. Sau khi nghiền các hạt để phá vỡ các khối kết tụ, một huyền phù trong nước có hàm lượng 6 vol% (≈70 ml) được điều chế và ổn định ở pH 9 bằng cách thêm ba giọt dung dịch amoni. Sau đó, huyền phù được phá kết tụ bằng xử lý siêu âm với UP200S ở biên độ 100% (200 W) trong 5 phút. Sau khi gia nhiệt dung dịch lên trên 85°C, 12,5 g nhôm sec-butoxit được thêm vào. Nhiệt độ được giữ ở 85–90°C trong 90 phút và huyền phù được khuấy bằng máy khuấy từ trong suốt quy trình. Sau đó, huyền phù tiếp tục được khuấy liên tục cho đến khi nguội xuống dưới 40°C. Tiếp theo, pH được điều chỉnh về 3 bằng cách thêm axit clohydric. Ngay sau đó, huyền phù được xử lý siêu âm trong bể nước đá. Bột được rửa bằng cách pha loãng rồi ly tâm. Sau khi loại bỏ dịch nổi, các hạt được sấy trong tủ sấy ở 120°C. Cuối cùng, các hạt được xử lý nhiệt ở 300°C trong 3 giờ.
Thiết bị được khuyến nghị:
UP200S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Wyss, H. M. (2003): Cấu trúc vi mô và ứng xử cơ học của gel hạt đậm đặc. Luận án, Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ 2003. tr.71.

Tổng hợp vật liệu nanocompozit cadimi(II)–thioacetamide

Ứng dụng siêu âm:
Các nanocomposite cadimi(II)–thioacetamide được tổng hợp bằng phương pháp hóa siêu âm khi có và không có polyvinyl alcohol. Để tổng hợp bằng hóa siêu âm (tổng hợp siêu âm), 0,532 g cadimi(II) axetat dihydrat (Cd(CH3COO)2.2H2O), 0,148 g thioacetamide (TAA, CH3CSNH2) và 0,664 g kali iodua (KI) được hòa tan trong 20mL nước khử ion cất hai lần. Dung dịch này được xử lý bằng thiết bị siêu âm dạng đầu dò công suất cao UP400S (24 kHz, 400W) ở nhiệt độ phòng trong 1 giờ. Trong quá trình xử lý siêu âm hỗn hợp phản ứng, nhiệt độ tăng lên 70–80degC theo phép đo bằng cặp nhiệt điện sắt–constantin. Sau một giờ, kết tủa màu vàng tươi hình thành. Kết tủa được tách bằng ly tâm (4.000 rpm, 15 phút), rửa bằng nước cất hai lần rồi bằng etanol tuyệt đối để loại bỏ tạp chất còn sót lại, và cuối cùng được làm khô trong không khí (hiệu suất: 0,915 g, 68%). Nhiệt độ phân hủy: 200°C. Để điều chế nanocomposite polyme, 1,992 g polyvinyl alcohol được hòa tan trong 20 mL nước khử ion cất hai lần rồi thêm vào dung dịch trên. Hỗn hợp này được chiếu siêu âm bằng UP400S trong 1 giờ, khi đó sản phẩm màu cam tươi hình thành.
Kết quả SEM cho thấy khi có PVA, kích thước hạt giảm từ khoảng 38 nm xuống 25 nm. Sau đó, chúng tôi tổng hợp các hạt nano CdS có cấu trúc lục giác và hình thái cầu bằng cách phân hủy nhiệt nanocomposite polyme cadimi(II)–thioacetamide/PVA làm tiền chất. Kích thước hạt nano CdS được đo bằng cả XRD và SEM, và kết quả của hai phương pháp rất phù hợp với nhau.
Ranjbar và cộng sự (2013) cũng nhận thấy nanocomposite polyme Cd(II) là tiền chất thích hợp để điều chế các hạt nano cadimi sulfua có hình thái thú vị. Tất cả kết quả cho thấy tổng hợp bằng siêu âm có thể được áp dụng thành công như một phương pháp đơn giản, hiệu quả, chi phí thấp, thân thiện với môi trường và rất triển vọng để tổng hợp các vật liệu kích thước nano mà không cần các điều kiện đặc biệt như nhiệt độ cao, thời gian phản ứng dài và áp suất cao.
Thiết bị được khuyến nghị:
UP400S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013): Tổng hợp và đặc trưng hóa nanocomposite cadimi–thioacetamide. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203–212.

CaCO₃

Ứng dụng siêu âm:
Quá trình phủ bằng siêu âm các hạt CaCO₃ kết tủa kích thước nano (NPCC) bằng axit stearic được thực hiện nhằm cải thiện khả năng phân tán của chúng trong polyme và giảm sự kết tụ. 2g CaCO₃ kết tủa kích thước nano (NPCC) chưa phủ đã được xử lý siêu âm bằng UP400S trong 30ml etanol. 9 wt% axit stearic đã được hòa tan trong etanol. Sau đó, etanol chứa axit stearic được trộn với huyền phù đã xử lý siêu âm.
Thiết bị được khuyến nghị:
UP400S với đầu sonotrode đường kính 22mm (H22D) và buồng dòng chảy có áo làm mát
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009): Ảnh hưởng của siêu âm trong quá trình phủ CaCO3 kết tủa kích thước nano bằng axit stearic. Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering 4/5, 2009. 807–813.

Tinh thể nano cellulose

Ứng dụng siêu âm:
Tinh thể nano cellulose (CNC) được điều chế từ cellulose bạch đàn: Các tinh thể nano cellulose được điều chế từ cellulose bạch đàn được biến tính bằng phản ứng với methyl adipoyl chloride, tạo CNCm, hoặc với hỗn hợp axit axetic và axit sulfuric, tạo CNCa. Vì vậy, CNC, CNCm và CNCa đã đông khô được phân tán lại trong các dung môi tinh khiết (EA, THF hoặc DMF) ở nồng độ 0,1 wt% bằng cách khuấy từ qua đêm ở 24 ± 1 degC, sau đó xử lý siêu âm trong 20 phút bằng thiết bị siêu âm dạng đầu dò UP100H. Quá trình xử lý siêu âm được thực hiện với cường độ 130 W/cm² ở 24 ± 1 degC. Sau đó, CAB được thêm vào hệ phân tán CNC để nồng độ polyme cuối cùng là 0,9 wt%.
Thiết bị được khuyến nghị:
UP100H
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Blachechen, L. S.; de Mesquita, J. P.; de Paula, E. L.; Pereira, F. V.; Petri, D. F. S. (2013): Mối tương tác giữa độ ổn định keo của các tinh thể nano cellulose và khả năng phân tán của chúng trong nền cellulose acetate butyrate. Cellulose 20/3, 2013. 1329-1342.

Silan pha tạp xeri nitrat

Ứng dụng siêu âm:
Các tấm thép cacbon cán nguội (6,5cm 6,5cm 0,3cm; được làm sạch bằng hóa chất và đánh bóng cơ học) được sử dụng làm nền kim loại. Trước khi phủ, các tấm được làm sạch bằng siêu âm với acetone, sau đó được làm sạch bằng dung dịch kiềm (dung dịch NaOH 0,3molL 1) ở 60°C trong 10 min. Để sử dụng làm lớp lót, trước khi tiền xử lý nền, một công thức điển hình chứa 50 phần γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane (γ-GPS) được pha loãng với khoảng 950 phần methanol, ở pH 4,5 (được điều chỉnh bằng axit axetic) và để cho silan thủy phân. Quy trình chuẩn bị silan pha tạp chất màu xeri nitrat cũng tương tự, ngoại trừ việc bổ sung 1, 2, 3 wt% xeri nitrat vào dung dịch methanol trước khi thêm (γ-GPS), sau đó dung dịch này được trộn bằng máy khuấy cánh chân vịt ở 1600 rpm trong 30 min. ở nhiệt độ phòng. Tiếp theo, các hệ phân tán chứa xeri nitrat được xử lý siêu âm trong 30 min ở 40°C với bể làm mát bên ngoài. Quá trình xử lý siêu âm được thực hiện bằng thiết bị siêu âm UIP1000hd (1000W, 20 kHz) với công suất siêu âm đầu vào khoảng 1 W/mL. Việc tiền xử lý nền được thực hiện bằng cách rửa mỗi tấm trong 100 sec. bằng dung dịch silan thích hợp. Sau khi xử lý, các tấm được để khô ở nhiệt độ phòng trong 24 h, sau đó các tấm đã tiền xử lý được phủ epoxy hai thành phần đóng rắn bằng amin. (Epon 828, shell Co.) để tạo màng ướt có độ dày 90μm. Các tấm phủ epoxy được để đóng rắn trong 1h ở 115°C; sau khi lớp phủ epoxy đóng rắn, độ dày màng khô khoảng 60μm.
Thiết bị khuyến nghị:
UIP1000hd
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013): Ảnh hưởng điện hóa của các phương pháp tiền xử lý bằng silan chứa xeri nitrat đến đặc tính bong tách catốt của thép phủ epoxy. Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013. 2411–2420.

Đất sét: Phân tán/ Phân đoạn

Ứng dụng siêu âm:
Phân đoạn theo kích thước hạt: Để tách các hạt < 1 μm khỏi các hạt 1–2 μm, các hạt có kích thước cấp sét (< 2 μm) được phân tách trong trường siêu âm, sau đó áp dụng các tốc độ lắng khác nhau.
Các hạt có kích thước cấp sét (< 2 μm) được phân tách bằng xử lý siêu âm với năng lượng đầu vào 300 J mL^-1 (1 min.) bằng thiết bị phá vỡ bằng siêu âm dạng đầu dò UP200S (200W, 24kHz) được trang bị đầu sonotrode S7 có đường kính 7 mm. Sau khi chiếu siêu âm, mẫu được ly tâm ở 110 x g (1000 rpm) trong 3 min. Pha lắng (phần còn lại sau phân đoạn) tiếp đó được sử dụng để phân đoạn theo khối lượng riêng nhằm tách các phân đoạn có khối lượng riêng thấp, còn pha nổi thu được (phân đoạn < 2 μm) được chuyển sang một ống ly tâm khác và ly tâm ở 440 x g (2000 rpm) trong 10 min. để tách phân đoạn < 1 μm (dịch nổi) khỏi phân đoạn 1–2 μm (cặn lắng). Dịch nổi chứa phân đoạn < 1 μm được chuyển sang một ống ly tâm khác và sau khi thêm 1 mL MgSO₄ được ly tâm ở 1410 x g (4000 rpm) trong 10 min để gạn bỏ phần nước còn lại.
Để tránh mẫu quá nóng, quy trình được lặp lại 15 lần.
Thiết bị khuyến nghị:
UP200S với S7 hoặc UP200St với S26d7
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Jakubowska, J. (2007): Ảnh hưởng của loại nước tưới đến các phân đoạn chất hữu cơ trong đất (SOM) và sự tương tác của chúng với các hợp chất kỵ nước. Luận án, Đại học Martin-Luther Halle-Wittenberg 2007.

Đất sét: Bóc tách lớp đất sét vô cơ

Ứng dụng siêu âm:
Đất sét vô cơ được bóc tách lớp để điều chế các vật liệu nanocomposite nền pullulan dùng cho hệ phân tán tạo lớp phủ. Vì vậy, một lượng pullulan cố định (4 wt% tính trên cơ sở ướt) được hòa tan trong nước ở 25degC trong 1 h, đồng thời khuấy nhẹ (500 rpm). Cùng lúc đó, bột đất sét với hàm lượng từ 0,2 đến 3,0 wt% được phân tán trong nước bằng cách khuấy mạnh (1000 rpm) trong 15 phút. Hệ phân tán thu được được xử lý bằng thiết bị siêu âm UP400S (công suất_{tối đa} = 400 W; tần số = 24 kHz) được trang bị đầu sonotrode titan H14, đường kính đầu 14 mm, biên độ_{tối đa} = 125 μm; cường độ tại bề mặt = 105 Wcm^-2) trong các điều kiện sau: chu kỳ 0,5 và biên độ 50%. Thời gian xử lý siêu âm thay đổi theo thiết kế thí nghiệm. Sau đó, dung dịch pullulan hữu cơ và hệ phân tán vô cơ được trộn với nhau, đồng thời khuấy nhẹ (500 rpm) thêm 90 phút. Sau khi trộn, nồng độ của hai thành phần tương ứng với tỷ lệ vô cơ/hữu cơ (I/O) từ 0,05 đến 0,75. Phân bố kích thước trong hệ phân tán nước của đất sét Na⁺-MMT trước và sau khi xử lý siêu âm được đánh giá bằng máy phân tích hạt nano IKO-Sizer CC-1.
Với một lượng đất sét cố định, thời gian xử lý siêu âm hiệu quả nhất được xác định là 15 phút, trong khi xử lý siêu âm lâu hơn làm tăng giá trị P’O₂ (do tái kết tụ), rồi giá trị này lại giảm ở thời gian xử lý siêu âm dài nhất (45 phút), có lẽ do sự phân mảnh của cả các phiến và các tập hợp phiến xếp chồng.
Theo bố trí thí nghiệm được áp dụng trong luận án của Introzzi, năng lượng đầu ra trên một đơn vị thể tích là 725 Ws mL^-1 được tính toán cho quá trình xử lý kéo dài 15 phút, trong khi thời gian xử lý siêu âm kéo dài đến 45 phút cho mức tiêu thụ năng lượng trên một đơn vị thể tích là 2060 Ws mL^-1. Điều này sẽ cho phép tiết kiệm một lượng năng lượng khá lớn trong toàn bộ quá trình, và cuối cùng sẽ được phản ánh trong chi phí xử lý tính theo sản lượng.
Thiết bị được khuyến nghị:
UP400S với đầu sonotrode H14
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Introzzi, L. (2012): Phát triển lớp phủ biopolymer hiệu năng cao cho các ứng dụng bao bì thực phẩm. Luận án, Đại học Milano 2012.

Mực dẫn điện

Ứng dụng siêu âm:
Mực dẫn điện được điều chế bằng cách phân tán các hạt Cu+C và Cu+CNT cùng với chất phân tán trong một hỗn hợp dung môi (Ấn phẩm IV). Các chất phân tán là ba chất phân tán có khối lượng phân tử cao, DISPERBYK-190, DISPERBYK-198 và DISPERBYK-2012 của BYK Chemie GmbH, được thiết kế cho các hệ phân tán sắc tố muội than gốc nước. Nước khử ion (DIW) được sử dụng làm dung môi chính. Etylen glycol monometyl ete (EGME) (Sigma-Aldrich), etylen glycol monobutyl ete (EGBE) (Merck) và n-propanol (Honeywell Riedel-de Haen) được sử dụng làm đồng dung môi.
Huyền phù hỗn hợp được xử lý siêu âm trong 10 phút trong bể nước đá bằng thiết bị xử lý siêu âm UP400S . Sau đó, huyền phù được để lắng trong một giờ, rồi gạn. Trước khi phủ quay hoặc in, huyền phù được xử lý trong bể siêu âm trong 10 phút.
Thiết bị được khuyến nghị:
UP400S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Forsman, J. (2013): Sản xuất hạt nano Co, Ni và Cu bằng phương pháp khử bằng hydro. Luận án, VTT Phần Lan 2013.

Xử lý siêu âm có hiệu quả cao trong việc giảm kích thước hạt và phân tán sắc tố trong mực in phun.

Phthalocyanin đồng

Ứng dụng siêu âm:
Phân hủy các phthalocyanin kim loại
Phthalocyanin đồng (CuPc) được xử lý siêu âm với nước và dung môi hữu cơ ở nhiệt độ môi trường và áp suất khí quyển, với sự hiện diện của một chất oxy hóa làm chất xúc tác, bằng máy siêu âm 500W UIP500hd với buồng dòng chảy liên tục. Cường độ siêu âm: 37–59 W/cm², hỗn hợp mẫu: 5 mL mẫu (100 mg/L), 50 nước D/D với cloroform và pyridin ở mức 60% biên độ siêu âm. Nhiệt độ phản ứng: 20°C ở áp suất khí quyển.
Tỷ lệ phá hủy lên đến 95% trong vòng 50 phút xử lý siêu âm.
Thiết bị được khuyến nghị:
UIP500hd

Dibutyrylchitin (DBCH)

Ứng dụng siêu âm:
Các đại phân tử polyme mạch dài có thể bị bẻ gãy bằng xử lý siêu âm. Việc giảm khối lượng mol có hỗ trợ siêu âm giúp tránh các phản ứng phụ không mong muốn hoặc tránh phải tách các sản phẩm phụ. Người ta cho rằng sự phân hủy bằng siêu âm, khác với sự phân hủy hóa học hoặc nhiệt, là một quá trình không ngẫu nhiên, trong đó sự đứt gãy xảy ra gần giữa phân tử. Vì lý do này, các đại phân tử lớn hơn phân hủy nhanh hơn.
Các thí nghiệm được thực hiện bằng máy phát siêu âm UP200S được trang bị đầu phát siêu âm S2. Thiết bị siêu âm được cài đặt ở công suất đầu vào 150 W. Các dung dịch dibutyrylchitin trong dimethylacetamide có nồng độ dibutyrylchitin 0,3 g/100 cm3 và thể tích 25 cm3 đã được sử dụng. Đầu phát siêu âm (đầu dò / còi siêu âm) được nhúng vào dung dịch polyme ở độ sâu 30 mm dưới bề mặt. Dung dịch được đặt trong bể nước điều nhiệt duy trì ở 25°C. Mỗi dung dịch được chiếu siêu âm trong một khoảng thời gian định trước. Sau khoảng thời gian này, dung dịch được pha loãng 3 lần và phân tích bằng sắc ký loại trừ kích thước.
Các kết quả được trình bày cho thấy dibutyrylchitin không bị phá hủy bởi siêu âm công suất cao, nhưng có sự phân hủy polyme, được hiểu là một phản ứng hóa siêu âm có kiểm soát. Do đó, siêu âm có thể được sử dụng để giảm khối lượng mol trung bình của dibutyrylchitin, và điều tương tự cũng áp dụng cho tỷ số giữa khối lượng mol trung bình khối lượng và khối lượng mol trung bình số. Các biến đổi quan sát được trở nên rõ rệt hơn khi tăng công suất siêu âm và thời gian xử lý siêu âm. Khối lượng mol ban đầu cũng ảnh hưởng đáng kể đến mức độ phân hủy DBCH trong điều kiện xử lý siêu âm được nghiên cứu: khối lượng mol ban đầu càng cao thì mức độ phân hủy càng lớn.
Thiết bị được khuyến nghị:
UP200S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Szumilewicz, J.; Pabin-Szafko, B. (2006): Phân hủy Dibuyrylchitin bằng siêu âm. Polish Chitin Society, Monograph XI, 2006. 123–128.

Bột Ferrocine

Ứng dụng siêu âm:
Một phương pháp hóa siêu âm để điều chế SWNCNTs: Bột silica (đường kính 2–5 mm) được thêm vào dung dịch ferrocene 0,01 mol% trong p-xylene, sau đó được xử lý siêu âm bằng thiết bị UP200S được trang bị đầu dò có mũi titan (đầu phát siêu âm S14). Quá trình xử lý siêu âm được thực hiện trong 20 min. ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển. Bằng phương pháp tổng hợp có hỗ trợ siêu âm, SWCNTs có độ tinh khiết cao đã được tạo ra trên bề mặt bột silica.
Thiết bị được khuyến nghị:
UP200S với đầu dò siêu âm S14
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Srinivasan C.(2005): Một phương pháp dùng ÂM THANH để tổng hợp ống nano carbon đơn vách trong điều kiện môi trường xung quanh. Current Science 88/ 1, 2005. 12–13.

Tro bay / Metakaolinit

Ứng dụng siêu âm:
Thử nghiệm ngâm chiết: 100mL dung dịch ngâm chiết được thêm vào 50g mẫu rắn. Cường độ siêu âm: tối đa 85 W/cm² bằng thiết bị UP200S trong bể nước ở 20°C.
Geopolyme hóa: Huyền phù được trộn bằng máy đồng nhất siêu âm UP200S để thực hiện quá trình geopolyme hóa. Cường độ siêu âm tối đa là 85 W/cm². Để làm mát, quá trình xử lý siêu âm được thực hiện trong bể nước đá.
Việc ứng dụng siêu âm công suất cao cho quá trình geopolyme hóa làm tăng cường độ chịu nén của các geopolyme được tạo thành, và cường độ này tăng khi tăng thời gian xử lý siêu âm đến một thời điểm nhất định. Sự hòa tan metakaolinit và tro bay trong dung dịch kiềm được tăng cường nhờ xử lý siêu âm, do nhiều Al và Si hơn được giải phóng vào pha gel để tham gia quá trình trùng ngưng.
Thiết bị được khuyến nghị:
UP200S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Feng, D.; Tan, H.; van Deventer, J. S. J. (2004): Geopolyme hóa được tăng cường bằng siêu âm. Journal of Materials Science 39/2, 2004. 571–580

Graphene

Ứng dụng siêu âm:
Các tấm graphene tinh khiết có thể được sản xuất với số lượng lớn, như được thể hiện trong công trình của Stengl và cộng sự (2011) trong quá trình sản xuất nanocompozit TiO₂ graphene không đúng tỷ lượng bằng phương pháp thủy phân nhiệt huyền phù chứa các tấm nano graphene và phức peroxo của titania. Các tấm nano graphene tinh khiết được sản xuất từ graphit tự nhiên bằng xử lý siêu âm công suất cao với thiết bị xử lý siêu âm 1000W UIP1000hd trong buồng phản ứng siêu âm áp suất cao ở 5 barg. Các tấm graphene thu được có diện tích bề mặt riêng cao và các tính chất điện tử độc đáo. Các nhà nghiên cứu khẳng định rằng chất lượng graphene được điều chế bằng siêu âm cao hơn nhiều so với graphene thu được bằng phương pháp Hummer, trong đó graphit được bóc tách lớp và oxy hóa. Do các điều kiện vật lý trong thiết bị phản ứng siêu âm có thể được kiểm soát chính xác và với giả định rằng nồng độ graphene dùng làm chất pha tạp sẽ thay đổi trong khoảng 1 – 0,001%, việc sản xuất graphene trong một hệ thống liên tục ở quy mô thương mại là khả thi.
Thiết bị được khuyến nghị:
UIP1000hd
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): Vật liệu nanocomposite TiO2-Graphene làm chất xúc tác quang hiệu suất cao. Trong: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. tr. 25209–25218.
Nhấp vào đây để đọc thêm về sản xuất và điều chế graphene bằng siêu âm!

Graphene oxit

Ứng dụng siêu âm:
Các lớp graphene oxit (GO) đã được điều chế theo quy trình sau: 25mg bột graphene oxit được thêm vào 200 ml nước khử ion. Qua khuấy trộn, thu được huyền phù màu nâu không đồng nhất. Các huyền phù thu được được xử lý siêu âm (30 min, 1,3 × 105J), và sau khi sấy khô (ở 373 K), thu được graphene oxit đã xử lý siêu âm. Phân tích phổ FTIR cho thấy việc xử lý siêu âm không làm thay đổi các nhóm chức của graphene oxit.
Thiết bị được khuyến nghị:
UP400S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): Ảnh hưởng của xử lý nhiệt và siêu âm đến sự hình thành các tấm nano graphene oxit. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. tr. 1097–1102.
Nhấp vào đây để đọc thêm về bóc tách lớp và điều chế graphene bằng siêu âm!

Hạt nano polyme dạng lông được tạo ra bằng cách phân hủy poly(vinyl alcohol)

Ứng dụng siêu âm:
Một quy trình đơn giản gồm một bước, dựa trên sự phân hủy hóa siêu âm của các polyme tan trong nước trong dung dịch nước có mặt monome kỵ nước, tạo ra các hạt polyme dạng lông có chức năng trong pha lỏng không chứa dư lượng. Tất cả các phản ứng trùng hợp đều được thực hiện trong thiết bị phản ứng thủy tinh hai lớp có dung tích 250 mL, được trang bị các vách ngăn, cảm biến nhiệt độ, thanh khuấy từ và một thiết bị xử lý siêu âm Hielscher US200S (200 W, 24 kHz) được trang bị đầu dò siêu âm S14 bằng titan (đường kính = 14 mm, chiều dài = 100 mm).
Dung dịch poly(vinyl alcohol) (PVOH) được chuẩn bị bằng cách hòa tan một lượng PVOH được định lượng chính xác trong nước qua đêm ở 50°C dưới điều kiện khuấy mạnh. Trước khi trùng hợp, dung dịch PVOH được đưa vào thiết bị phản ứng và nhiệt độ được điều chỉnh đến nhiệt độ phản ứng mong muốn. Dung dịch PVOH và monome được sục khí argon riêng biệt trong 1 giờ. Lượng monome cần thiết được thêm từng giọt vào dung dịch PVOH dưới điều kiện khuấy mạnh. Sau đó, ngừng sục khí argon vào chất lỏng và bắt đầu xử lý siêu âm bằng UP200S ở biên độ 80%. Cần lưu ý rằng việc sử dụng argon phục vụ hai mục đích: (1) loại bỏ oxy và (2) cần thiết để tạo ra hiện tượng xâm thực siêu âm. Do đó, về nguyên tắc, dòng argon liên tục sẽ có lợi cho quá trình trùng hợp, nhưng đã xảy ra hiện tượng tạo bọt quá mức; quy trình chúng tôi áp dụng ở đây tránh được vấn đề này và đủ để trùng hợp hiệu quả. Các mẫu được lấy định kỳ để theo dõi độ chuyển hóa bằng phương pháp khối lượng, phân bố khối lượng phân tử và/hoặc phân bố kích thước hạt.
Thiết bị được khuyến nghị:
US200S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Smeets, N. M. B.; E-Rramdani, M.; Van Hal, R. C. F.; Gomes Santana, S.; Quéléver, K.; Meuldijk, J.; Van Herk, JA. M.; Heuts, J. P. A. (2010): Quy trình hóa siêu âm đơn giản gồm một bước để tạo các hạt nano polyme dạng lông có chức năng. Soft Matter, 6, 2010. 2392–2395.

HiPco-SWCNTs

Ứng dụng siêu âm:
Phân tán HiPco-SWCNTs bằng UP400S: Trong một lọ 5 mL, 0,5 mg HiPcoTM SWCNTs đã oxy hóa (0,04 mmol cacbon) được tạo huyền phù trong 2 mL nước khử ion bằng thiết bị xử lý siêu âm UP400S để thu được huyền phù màu đen (0,25 mg/mL SWCNTs). Thêm vào huyền phù này 1,4 μL dung dịch PDDA (20 wt./%, khối lượng phân tử = 100.000–200.000), rồi trộn hỗn hợp bằng máy trộn xoáy trong 2 phút. Sau khi xử lý siêu âm thêm trong bể nước trong 5 phút, huyền phù ống nano được ly tâm ở 5000g trong 10 phút. Phần dịch nổi được lấy để đo AFM và sau đó được chức năng hóa bằng siRNA.
Thiết bị được khuyến nghị:
UP400S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Jung, A. (2007): Vật liệu chức năng dựa trên ống nano cacbon. Luận án, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

Gốm sinh học hydroxyapatit

Ứng dụng siêu âm:
Để tổng hợp nano-HAP, 40 mL dung dịch 0,32M Ca(NO₃)² ⋅ 4H₂O được cho vào một cốc có mỏ nhỏ. Sau đó, pH của dung dịch được điều chỉnh về 9,0 bằng khoảng 2,5 mL amoni hydroxit. Tiếp theo, dung dịch được xử lý siêu âm bằng thiết bị xử lý siêu âm UP50H (50 W, 30 kHz) được trang bị đầu siêu âm MS7 (đường kính đầu 7mm), đặt ở biên độ tối đa 100% trong 1 giờ. Khi kết thúc giờ đầu tiên, 60 mL dung dịch 0,19M [KH₂PO₄] được thêm từ từ từng giọt vào dung dịch thứ nhất trong khi tiếp tục chiếu siêu âm trong giờ thứ hai. Trong quá trình trộn, giá trị pH được kiểm tra và duy trì ở 9, còn tỷ lệ Ca/P được duy trì ở 1,67. Sau đó, dung dịch được lọc bằng phương pháp ly tâm (~2000 g), rồi kết tủa trắng thu được được chia thành một số mẫu để xử lý nhiệt. Hai bộ mẫu được tạo ra, bộ thứ nhất gồm mười hai mẫu để xử lý nhiệt trong lò ống và bộ thứ hai gồm năm mẫu để xử lý bằng vi sóng
Thiết bị được khuyến nghị:
UP50H
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Poinern, G. J. E.; Brundavanam, R.; Thi Le, X.; Djordjevic, S.; Prokic, M.; Fawcett, D.(2011): Ảnh hưởng của nhiệt và siêu âm đến sự hình thành gốm sinh học hydroxyapatit kích thước nanomet. International Journal of Nanomedicine 6, 2011. 2083–2095.

Canxi hydroxyapatit được giảm kích thước và phân tán bằng siêu âm

Hạt nano WS₂ vô cơ dạng fullerene

Ứng dụng siêu âm:
Xử lý siêu âm trong quá trình điện kết tủa các hạt nano WS₂ vô cơ dạng fullerene (IF) trong nền niken giúp tạo ra lớp phủ đồng đều và đặc sít hơn. Hơn nữa, việc áp dụng siêu âm có ảnh hưởng đáng kể đến phần trăm khối lượng của các hạt được tích hợp vào lớp kim loại điện kết tủa. Theo đó, phần trăm khối lượng (wt.%) của các hạt IF-WS₂ trong nền niken tăng từ 4,5 wt.% (trong các màng được tạo thành chỉ dưới tác động khuấy cơ học) lên khoảng 7 wt.% (trong các màng được chế tạo dưới tác động siêu âm ở cường độ siêu âm 30 W cm^-2 ).
Các lớp phủ nanocomposite Ni/IF-WS₂ được điện kết tủa từ bể mạ niken Watts tiêu chuẩn có bổ sung các hạt nano IF-WS₂ (fullerene vô cơ-WS₂) cấp công nghiệp.
Trong thí nghiệm, IF-WS₂ được thêm vào dung dịch điện ly niken Watts và các huyền phù được khuấy mạnh bằng máy khuấy từ (300 rpm) trong ít nhất 24 h ở nhiệt độ phòng trước các thí nghiệm đồng điện kết tủa. Ngay trước quá trình điện kết tủa, các huyền phù được tiền xử lý bằng siêu âm trong 10 phút để tránh kết tụ. Để chiếu siêu âm, máy siêu âm UP200S dạng đầu dò được trang bị đầu siêu âm S14 (đường kính đầu 14 mm) được điều chỉnh ở biên độ 55%.
Các bình điện phân thủy tinh hình trụ có thể tích 200 mL được sử dụng cho các thí nghiệm đồng điện kết tủa. Các lớp phủ được điện kết tủa trên các catot phẳng bằng thép cacbon thấp thương mại (mác St37) có diện tích 3cm². Anot là một lá niken tinh khiết (3cm²) được đặt ở bên thành bình, đối diện với catốt. Khoảng cách giữa anốt và catốt là 4cm. Các đế được tẩy dầu mỡ, rửa bằng nước cất lạnh, hoạt hóa trong dung dịch HCl 15% (1 phút) và rửa lại bằng nước cất. Quá trình đồng kết tủa điện hóa được thực hiện ở mật độ dòng điện không đổi 5,0 A dm^-2 trong 1 giờ bằng nguồn điện một chiều (5 A/30 V, BLAUSONIC FA-350). Để duy trì nồng độ hạt đồng đều trong toàn bộ dung dịch, hai phương pháp khuấy trộn được sử dụng trong quá trình kết tủa điện hóa: khuấy cơ học bằng máy khuấy từ (ω = 300 rpm) đặt ở đáy buồng và xử lý siêu âm bằng thiết bị siêu âm dạng đầu dò UP200S. Đầu dò siêu âm (sonotrode) được nhúng trực tiếp vào dung dịch từ phía trên và được định vị chính xác giữa điện cực làm việc và điện cực đối sao cho không xảy ra sự che chắn. Cường độ siêu âm truyền vào hệ điện hóa được thay đổi bằng cách điều chỉnh biên độ siêu âm. Trong nghiên cứu này, biên độ dao động được điều chỉnh ở mức 25, 55 và 75% trong chế độ liên tục, tương ứng với cường độ siêu âm 20, 30 và 40 W cm^-2 tương ứng, được đo bằng một bộ xử lý kết nối với máy đo công suất siêu âm (Hielscher Ultrasonics). Nhiệt độ chất điện ly được duy trì ở 55◦C bằng bộ điều nhiệt. Nhiệt độ được đo trước và sau mỗi thí nghiệm. Mức tăng nhiệt độ do năng lượng siêu âm không vượt quá 2–4◦C. Sau khi điện phân, các mẫu được làm sạch bằng siêu âm trong ethanol trong 1 phút để loại bỏ các hạt hấp phụ lỏng lẻo trên bề mặt.
Thiết bị được khuyến nghị:
UP200S với đầu khuếch đại siêu âm / sonotrode S14
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
García-Lecina, E.; García-Urrutia, I.; Díeza, J.A.; Fornell, B.; Pellicer, E.; Sort, J. (2013): Đồng kết tủa các hạt nano WS2 vô cơ dạng fullerene trong nền niken được kết tủa điện hóa dưới tác động của khuấy trộn bằng siêu âm. Electrochimica Acta 114, 2013. 859–867.

Tổng hợp latex

Ứng dụng siêu âm:
Điều chế latex P(St-BA)
Các hạt latex P(St-BA) poly(styrene-r-butyl acrylate) P(St-BA) được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương với sự có mặt của chất hoạt động bề mặt DBSA. Trước tiên, 1 g DBSA được hòa tan trong 100 mL nước trong bình ba cổ và giá trị pH của dung dịch được điều chỉnh về 2,0. Hỗn hợp monome gồm 2,80 g St và 8,40 g BA cùng với chất khơi mào AIBN (0,168 g) được đổ vào dung dịch DBSA. Nhũ tương O/W được điều chế bằng cách khuấy từ trong 1 giờ, sau đó xử lý siêu âm bằng thiết bị UIP1000hd được trang bị đầu khuếch đại siêu âm (đầu dò/ sonotrode) trong thêm 30 phút trong bể nước đá. Cuối cùng, quá trình trùng hợp được thực hiện ở 90degC trong bể dầu trong 2 giờ dưới môi trường khí nitơ.
Thiết bị được khuyến nghị:
UIP1000hd
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Chế tạo màng dẫn điện mềm dẻo từ poly(3,4-ethylenedioxythiophene)epoly(styrenesulfonic acid) (PEDOT:PSS) trên nền vải không dệt. Materials Chemistry and Physics 143, 2013. 143–148.
Nhấp vào đây để đọc thêm về tổng hợp latex bằng siêu âm!

Loại bỏ chì (Chiết tách bằng siêu âm)

Ứng dụng siêu âm:
Chiết tách chì từ đất bị ô nhiễm bằng siêu âm:
Các thí nghiệm chiết tách bằng siêu âm được thực hiện bằng thiết bị siêu âm UP400S với đầu dò siêu âm bằng titan (đường kính 14mm), hoạt động ở tần số 20kHz. Đầu dò siêu âm (sonotrode) được hiệu chuẩn bằng phương pháp đo nhiệt lượng, với cường độ siêu âm được đặt ở mức 51 ± 0,4 W cm^-2 cho tất cả các thí nghiệm chiết tách bằng siêu âm. Các thí nghiệm chiết tách bằng siêu âm được duy trì ở nhiệt độ 25 ± 1°C bằng buồng thủy tinh đáy phẳng có áo điều nhiệt. Ba hệ được sử dụng làm dung dịch chiết tách đất (0,1L) dưới tác động của siêu âm: 6 mL dung dịch axit axetic 0,3 mol L^-2 (pH 3,24), dung dịch axit nitric 3% (v/v) (pH 0,17) và dung dịch đệm axit axetic/axetat (pH 4,79) được điều chế bằng cách trộn 60mL axit axetic 0,3 mol L^-1 với 19 mL NaOH 0,5 mol L^-1 NaOH. Sau quá trình chiết hòa tách có hỗ trợ siêu âm, các mẫu được lọc bằng giấy lọc để tách dung dịch chiết khỏi đất, tiếp theo là điện kết tủa chì từ dung dịch chiết và phân hủy đất sau khi xử lý siêu âm.
Siêu âm đã được chứng minh là một công cụ có giá trị trong việc tăng cường chiết hòa tách chì từ đất ô nhiễm. Siêu âm cũng là một phương pháp hiệu quả để loại bỏ gần như toàn bộ lượng chì có thể chiết hòa tách khỏi đất, giúp đất trở nên ít nguy hại hơn nhiều.
Thiết bị khuyến nghị:
UP400S với đầu dò siêu âm H14
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007): Kết hợp chiết hòa tách bằng siêu âm và xử lý điện hóa để loại bỏ chì khỏi đất. Journal of New Materials for Electrochemical Systems 10, 2007. 195–199.

Chuẩn bị huyền phù hạt nano

Ứng dụng siêu âm:
Bột nTiO2 không phủ (5nm theo kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)) và nZnO không phủ (20nm theo TEM), cùng với bột nTiO2 phủ polyme (3–4nm theo TEM) và nZnO phủ polyme (3–9nm theo TEM) được sử dụng để chuẩn bị các huyền phù hạt nano. Dạng tinh thể của các hạt nano là anatase đối với nTiO2 và vô định hình đối với nZnO.
0,1 g bột hạt nano được cân vào một cốc có mỏ 250mL chứa vài giọt nước khử ion (DI). Sau đó, các hạt nano được trộn bằng thìa thép không gỉ, cốc được thêm nước DI đến 200 mL, khuấy rồi xử lý siêu âm trong 60 giây ở biên độ 90% bằng máy xử lý siêu âm của Hielscher UP200S , tạo ra huyền phù gốc 0,5 g/L. Tất cả các huyền phù gốc được bảo quản tối đa hai ngày ở 4°C.
Thiết bị khuyến nghị:
UP200S hoặc UP200St
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Petosa, A. R. (2013): Sự vận chuyển, lắng đọng và kết tụ của các hạt nano oxit kim loại trong môi trường hạt xốp bão hòa: vai trò của đặc tính hóa học của nước, bề mặt thu giữ và lớp phủ hạt. Luận án, Đại học McGill, Montreal, Quebec, Canada 2013. 111–153.
Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về phân tán hạt nano bằng siêu âm!

Kết tủa hạt nano magnetit

Ứng dụng siêu âm:
Các hạt nano magnetit (Fe₃O₄) được sản xuất bằng cách đồng kết tủa dung dịch nước chứa sắt(III) clorua hexahydrat và sắt(II) sulfat heptahydrat với tỷ lệ mol Fe3+/Fe2+ = 2:1. Dung dịch sắt được kết tủa lần lượt bằng amoni hydroxit đậm đặc và natri hydroxit. Phản ứng kết tủa được thực hiện dưới tác động chiếu siêu âm, đưa các chất phản ứng đi qua vùng xâm thực trong buồng phản ứng siêu âm dòng chảy liên tục. Để tránh mọi gradient pH, chất kết tủa phải được bơm dư. Phân bố kích thước hạt của magnetit đã được đo bằng quang phổ tương quan photon. Quá trình trộn do siêu âm tạo ra làm giảm kích thước hạt trung bình từ 12–14 nm xuống còn khoảng 5–6 nm.
Thiết bị khuyến nghị:
UIP1000hd với buồng phản ứng dòng chảy
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Banert, T.; Horst, C.; Kunz, U., Peuker, U. A. (2004): Kết tủa liên tục trong thiết bị phản ứng siêu âm dòng chảy qua ví dụ về oxit sắt(II,III). ICVT, TU-Clausthal. Áp phích trình bày tại Hội nghị thường niên GVC 2004.
Banert, T.; Brenner, G.; Peuker, U. A. (2006): Các thông số vận hành của thiết bị phản ứng kết tủa hóa siêu âm liên tục. Kỷ yếu WCPT lần thứ 5, Orlando Fl., 23.-27. April 2006.
Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về kết tủa bằng siêu âm!

Bột niken

Ứng dụng siêu âm:
Chuẩn bị huyền phù bột Ni với chất điện ly đa phân tử ở pH kiềm (để ngăn sự hòa tan và thúc đẩy sự hình thành các dạng giàu NiO trên bề mặt), chất điện ly đa phân tử gốc acrylic và tetrametylamoni hydroxit (TMAH).
Thiết bị khuyến nghị:
UP200S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Mora, M.; Lennikov, V.; Amaveda, H.; Angurel, L. A.; de la Fuente, G. F.; Bona, M. T.; Mayoral, C.; Andres, J. M.; Sanchez-Herencia, J. (2009): Chế tạo lớp phủ siêu dẫn trên gạch gốm kết cấu. Applied Superconductivity 19/ 3, 2009. 3041–3044.

PbS – Tổng hợp hạt nano chì sulfua

Ứng dụng siêu âm:
Ở nhiệt độ phòng, 0,151 g chì axetat (Pb(CH3COO)2.3H2O) và 0,03 g TAA (CH3CSNH2) được thêm vào 5mL chất lỏng ion, [EMIM] [EtSO4], và 15mL nước cất hai lần trong cốc 50mL được chiếu siêu âm bằng thiết bị UP200S trong 7 phút. Đầu của đầu dò siêu âm/ sonotrode S1 được nhúng trực tiếp vào dung dịch phản ứng. Huyền phù màu nâu sẫm hình thành được ly tâm để tách kết tủa và rửa hai lần lần lượt bằng nước cất hai lần và etanol để loại bỏ các thuốc thử chưa phản ứng. Để khảo sát ảnh hưởng của siêu âm đến tính chất của sản phẩm, một mẫu so sánh bổ sung được chuẩn bị, giữ nguyên các thông số phản ứng, ngoại trừ việc sản phẩm được điều chế bằng cách khuấy liên tục trong 24 giờ mà không có sự hỗ trợ của chiếu siêu âm.
Phương pháp tổng hợp có hỗ trợ siêu âm trong chất lỏng ion chứa nước ở nhiệt độ phòng được đề xuất để điều chế các hạt nano PbS. Phương pháp xanh ở nhiệt độ phòng và thân thiện với môi trường này diễn ra nhanh và không cần khuôn mẫu, giúp rút ngắn đáng kể thời gian tổng hợp và tránh các quy trình tổng hợp phức tạp. Các cụm nano vừa điều chế cho thấy độ dịch chuyển xanh rất lớn, đạt 3,86 eV, có thể được quy cho kích thước hạt rất nhỏ và hiệu ứng giam giữ lượng tử.
Thiết bị khuyến nghị:
UP200S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008): Điều chế đơn giản ở nhiệt độ phòng và đặc trưng hóa các hạt nano PbS trong chất lỏng ion chứa nước [EMIM][EtSO4] bằng chiếu siêu âm. Bulletin of Korean Chemical Society 29/ 1, 2008. 53–56.

Ống nano đã tinh sạch

Ứng dụng siêu âm:
Các ống nano đã tinh sạch sau đó được phân tán thành huyền phù trong 1,2-dichloroethane (DCE) bằng cách xử lý siêu âm với thiết bị siêu âm công suất cao UP400S, 400W, 24 kHz) ở chế độ xung (chu kỳ) để tạo ra huyền phù màu đen. Các bó ống nano kết tụ sau đó được loại bỏ bằng một bước ly tâm trong 5 phút ở 5000 rpm.
Thiết bị khuyến nghị:
UP400S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Witte, P. (2008): Fulleren lưỡng ái cho các ứng dụng y sinh và quang điện tử. Luận án Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2008.

Vật liệu composite SAN/CNTs

Ứng dụng siêu âm:
Để phân tán CNTs trong nền SAN, thiết bị Hielscher UIS250V có sonotrode để xử lý siêu âm kiểu đầu dò được sử dụng. Trước tiên, CNTs được phân tán trong 50mL nước cất bằng cách xử lý siêu âm trong khoảng 30 phút. Để ổn định dung dịch, SDS được thêm vào với tỷ lệ ~1% của dung dịch. Sau đó, hệ phân tán CNTs trong nước thu được được kết hợp với huyền phù polyme và trộn trong 30 phút bằng máy khuấy cơ học Heidolph RZR 2051, rồi tiếp tục được xử lý siêu âm lặp lại trong 30 phút. Để phân tích, các hệ phân tán SAN chứa CNTs ở những nồng độ khác nhau được đúc trong khuôn Teflon và làm khô ở nhiệt độ môi trường trong 3–4 ngày.
Thiết bị khuyến nghị:
UIS250v
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Bitenieks, J.; Meri, R. M.; Zicans, J.; Maksimovs, R.; Vasile, C.; Musteata, V. E. (2012): Vật liệu nanocomposite styren–acrylat/ống nano cacbon: tính chất cơ học, nhiệt và điện. Trong: Proceedings of the Estonian Academy of Sciences 61/ 3, 2012. 172–177.

Bột nano silic cacbua (SiC)

Ứng dụng siêu âm:
Bột nano silic cacbua (SiC) được phá kết tụ và phân bố trong dung dịch sơn trong tetrahydrofuran bằng máy xử lý siêu âm công suất cao Hielscher UP200S hoạt động ở mật độ công suất âm 80 W/cm². Ban đầu, SiC được phá kết tụ trong dung môi tinh khiết có một ít chất tẩy rửa, sau đó từng phần sơn được thêm vào. Toàn bộ quá trình mất lần lượt 30 phút và 60 phút đối với các mẫu được chuẩn bị để phủ nhúng và in lụa. Hỗn hợp được làm mát đầy đủ trong quá trình xử lý siêu âm để tránh dung môi sôi. Sau khi xử lý siêu âm, tetrahydrofuran được làm bay hơi trong thiết bị cô quay và chất đóng rắn được thêm vào hỗn hợp để đạt độ nhớt thích hợp cho việc in. Nồng độ SiC trong vật liệu composite thu được là 3% khối lượng đối với các mẫu được chuẩn bị để phủ nhúng. Đối với in lụa, hai lô mẫu được chuẩn bị, với hàm lượng SiC là 1 – 3% khối lượng cho các thử nghiệm sơ bộ về mài mòn và ma sát và 1,6 – 2,4% khối lượng để tinh chỉnh vật liệu composite dựa trên kết quả thử nghiệm mài mòn và ma sát.
Thiết bị khuyến nghị:
UP200S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Celichowski G.; Psarski M.; Wiśniewski M. (2009): Bộ căng sợi đàn hồi có hoa văn composite nano chống mài mòn không liên tục. Fibres & Textiles in Eastern Europe 17/ 1, 2009. 91–96.

Ống nano cacbon đơn vách SWNT

Ứng dụng siêu âm:
Tổng hợp hóa siêu âm: 10 mg SWNT và 30ml dung dịch 2%MCB 10 mg SWNT và 30ml dung dịch 2%MCB, UP400S Cường độ siêu âm: 300 W/cm2, thời gian xử lý siêu âm: 5h
Thiết bị khuyến nghị:
UP400S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Koshio, A.; Yudasaka, M.; Zhang, M.; Iijima, S. (2001): Một phương pháp đơn giản để cho ống nano cacbon đơn vách phản ứng hóa học với vật liệu hữu cơ bằng siêu âm. Nano Letters 1/ 7, 2001. 361–363.

SWCNT được thiol hóa

Ứng dụng siêu âm:
25 mg SWCNT được thiol hóa (2,1 mmol cacbon) được tạo huyền phù trong 50 mL nước khử ion bằng thiết bị xử lý siêu âm 400W (UP400S). Sau đó, huyền phù được thêm vào dung dịch Au(NP) mới chuẩn bị và hỗn hợp được khuấy trong 1h. Au(NP)-SWCNT được thu tách bằng phương pháp vi lọc (cellulose nitrat) và rửa kỹ bằng nước khử ion. Dịch lọc có màu đỏ vì các Au(NP) nhỏ (đường kính trung bình ≈ 13 nm) có thể đi qua màng lọc (kích thước lỗ 0,2μm) một cách hiệu quả.
Thiết bị khuyến nghị:
UP400S
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Jung, A. (2007): Vật liệu chức năng dựa trên ống nano cacbon. Luận án, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

Vật liệu composite TiO₂ / perlit

Ứng dụng siêu âm:
Các vật liệu composite TiO2 /perlit được chuẩn bị như sau. Ban đầu, 5 mL titan isopropoxit (TIPO), Aldrich 97%, được hòa tan trong 40 mL etanol, Carlo Erba, và khuấy trong 30 phút. Sau đó, 5 g perlit được thêm vào và hệ phân tán được khuấy trong 60 phút. Hỗn hợp tiếp tục được đồng nhất hóa bằng thiết bị siêu âm dạng đầu dò UIP1000hd. Tổng năng lượng đầu vào 1 Wh được áp dụng trong thời gian xử lý siêu âm 2 phút. Cuối cùng, hỗn hợp dạng sệt được pha loãng bằng etanol để thu được 100 mL huyền phù và chất lỏng thu được được gọi là dung dịch tiền chất (PS). PS đã chuẩn bị sẵn sàng để được xử lý qua hệ thống nhiệt phân phun ngọn lửa.
Thiết bị khuyến nghị:
UIP1000hd
Tài liệu tham khảo/ Bài báo nghiên cứu:
Giannouri, M.; Kalampaliki, Th.; Todorova, N.; Giannakopoulou,T.; Boukos, N.; Petrakis, D.; Vaimakis, T.; Trapalis, C. (2013): Tổng hợp một bước vật liệu composite TiO2/Perlit bằng nhiệt phân phun ngọn lửa và đặc tính quang xúc tác của chúng. International Journal of Photoenergy 2013.

Siêu âm công suất cao được truyền vào chất lỏng tạo ra hiện tượng xâm thực mạnh. Các tác động xâm thực cực mạnh tạo ra hỗn hợp bột mịn dạng sệt có kích thước hạt trong phạm vi dưới micromet và nano. Ngoài ra, bề mặt hạt được hoạt hóa. Tác động của vi tia và sóng xung kích cùng các va chạm giữa các hạt có ảnh hưởng đáng kể đến thành phần hóa học và hình thái vật lý của chất rắn, có thể làm tăng mạnh khả năng phản ứng hóa học của cả polyme hữu cơ và chất rắn vô cơ.

“Các điều kiện khắc nghiệt bên trong những bong bóng đang sụp đổ tạo ra các tiểu phân có hoạt tính phản ứng cao, có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, chẳng hạn như khơi mào quá trình trùng hợp mà không cần bổ sung chất khơi mào. Một ví dụ khác là sự phân hủy hóa siêu âm các tiền chất cơ kim dễ bay hơi trong dung môi có điểm sôi cao tạo ra các vật liệu có cấu trúc nano ở nhiều dạng khác nhau với hoạt tính xúc tác cao. Kim loại, hợp kim, cacbua và sulfua có cấu trúc nano, các hệ keo kích thước nanomet và các chất xúc tác có cấu trúc nano trên chất mang đều có thể được điều chế bằng phương pháp tổng quát này.”

[Suslick/ Price 1999: 323]

Tài liệu/Tài liệu tham khảo

• Suslick, K. S.; Price, G. J. (1999): Ứng dụng của siêu âm trong hóa học vật liệu. Annu. Rev. Mater. Sci. 29, 1999. 295–326.
• Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): CrPS4 được bóc tách lớp với tính quang dẫn đầy hứa hẹn. Small Tập 16, Số 1. January 9, 2020.
• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Phân mảnh tinh thể phân tử bằng siêu âm. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
• Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Ảnh hưởng của nhiệt và siêu âm đến sự hình thành gốm sinh học hydroxyapatit kích thước nanomet. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.