Phân tán hạt nano đáng tin cậy cho các ứng dụng công nghiệp

Ultrasonication công suất cao có thể hiệu quả và đáng tin cậy phá vỡ các khối kết tụ hạt và thậm chí làm tan rã các hạt sơ cấp. Do hiệu suất phân tán hiệu suất cao của nó, ultrasonicators loại thăm dò được sử dụng như là phương pháp ưa thích để tạo ra huyền phù hạt nano đồng nhất.

Phân tán hạt nano đáng tin cậy bằng siêu âm

Nhiều ngành công nghiệp yêu cầu chuẩn bị huyền phù, được nạp các hạt nano. Hạt nano là chất rắn có kích thước hạt nhỏ hơn 100nm. Do kích thước hạt nhỏ, hạt nano thể hiện các đặc tính độc đáo như độ bền, độ cứng, tính năng quang học đặc biệt, độ dẻo, khả năng chống tia cực tím, độ dẫn điện, đặc tính điện và điện từ (EM), chống ăn mòn, chống trầy xước và các đặc tính đặc biệt khác.
Siêu âm tần số thấp, cường độ cao tạo ra sự xâm thực âm thanh dữ dội, được đặc trưng bởi các điều kiện khắc nghiệt như lực cắt, chênh lệch áp suất và nhiệt độ rất cao và nhiễu loạn. Các lực xâm thực này làm tăng tốc các hạt gây ra va chạm giữa các hạt và do đó phá vỡ các hạt. Do đó, thu được các vật liệu có cấu trúc nano với đường cong kích thước hạt hẹp và phân bố đồng đều.
Thiết bị phân tán siêu âm phù hợp để xử lý bất kỳ loại vật liệu nano nào trong nước và dung môi hữu cơ, với độ nhớt thấp đến rất cao.

Siêu âm phân tán ống nano carbon

Ultrasonic dispersers are widely used for the purpose of dispersing carbon nanotubes (CNTs). Sonication is a reliable method to detangle and disperse single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) as well as multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). For instance, in order to produce a highly conductive thermoplastic polymer, high-purity (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs; external diameter 9.5 nm; purity 95 +%) have been ultrasonically dispersed with the Hielscher UP200S for 30min. at room temperature. The ultrasonically dispersed Nanocyl® 3100 MWCNTs at a concentration of 1% w/w in the epoxy resin showed superior conductivity of approx. 1.5 × 10-2 S /m.

Siêu âm phân tán các hạt nano niken

Các hạt nano niken có thể được sản xuất thành công thông qua tổng hợp khử hydrazine siêu âm. Con đường tổng hợp khử hydrazine cho phép chuẩn bị hạt nano niken kim loại tinh khiết với hình cầu bằng cách khử hóa học niken clorua bằng hydrazine. Nhóm nghiên cứu của Adám đã chứng minh rằng ultrasonication – Sử dụng Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – Có thể duy trì kích thước tinh thể sơ cấp trung bình (7–8 nm) độc lập với nhiệt độ áp dụng, trong khi việc sử dụng thời gian sonication cường độ cao và ngắn hơn có thể làm giảm đường kính solvodynamic của các hạt thứ cấp, tổng hợp từ 710 nm đến 190 nm trong trường hợp không có bất kỳ chất hoạt động bề mặt nào. Độ axit và hoạt tính xúc tác cao nhất được đo cho các hạt nano được điều chế bằng cách xử lý siêu âm nhẹ (30 W) và siêu âm liên tục. Hành vi xúc tác của các hạt nano đã được thử nghiệm trong phản ứng ghép chéo Suzuki-Miyaura trên năm mẫu được chuẩn bị theo cách thông thường cũng như siêu âm. Các chất xúc tác được chuẩn bị bằng siêu âm thường hoạt động tốt hơn và hoạt động xúc tác cao nhất được đo trên các hạt nano được điều chế dưới sonication liên tục công suất thấp (30 W).
Việc điều trị siêu âm có tác dụng quan trọng đối với xu hướng kết tập của các hạt nano: ảnh hưởng chống phân mảnh của các khoảng trống xâm thực bị phá hủy với sự truyền khối lượng mạnh mẽ có thể vượt qua tĩnh điện hấp dẫn của các khoảng trống xâm thực bị phá hủy với sự truyền khối lượng mạnh mẽ có thể vượt qua lực tĩnh điện và van der Waals hấp dẫn giữa các hạt.
(xem Adám và cộng sự 2020)

Tổng hợp siêu âm các hạt nano Wollastonite

Wollastonite là một khoáng vật silicat canxi với công thức hóa học CaSiO3 Wollastonite được sử dụng rộng rãi như là thành phần để sản xuất xi măng, thủy tinh, gạch và ngói trong ngành xây dựng, như thông lượng trong đúc thép cũng như một chất phụ gia trong sản xuất sơn phủ và sơn. Ví dụ, wollastonite cung cấp cốt thép, làm cứng, hấp thụ dầu thấp và các cải tiến khác. Để có được các đặc tính gia cố tuyệt vời của wollastonite, sự kết tụ quy mô nano và phân tán đồng đều là rất cần thiết.
Dordane và Doroodmand (2021) đã chứng minh trong các nghiên cứu của họ rằng sự phân tán siêu âm là một yếu tố rất quan trọng làm giảm đáng kể kích thước và hình thái của các hạt nano wollastonite. Để đánh giá sự đóng góp của sonication trên phân tán nano wollastonite, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp các hạt nano wollastonite có và không có ứng dụng siêu âm công suất cao. Đối với các thử nghiệm sonication của họ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng bộ xử lý siêu âm UP200H (Hielscher Ultrasonics) với tần số 24 kHz trong 45,0 phút. Kết quả phân tán nano siêu âm được hiển thị trong SEM độ phân giải cao dưới đây. Hình ảnh SEM cho thấy rõ ràng rằng mẫu wollastonite trước khi xử lý siêu âm được kết tụ và tổng hợp; sau khi sonication với ultrasonicator UP200H, kích thước trung bình của các hạt wollastonite là khoảng 10nm. Nghiên cứu chứng minh rằng phân tán siêu âm là một kỹ thuật đáng tin cậy và hiệu quả để tổng hợp các hạt nano wollastonite. Kích thước hạt nano trung bình có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh các thông số xử lý siêu âm.
(xem Dordane và Doroodmand, 2021)

Hình ảnh SEM của các hạt nano wollastonite (A) trước và (B) sau khi siêu âm bằng cách sử dụng bộ xử lý siêu âm UP200H trong 45,0 phút
Nghiên cứu và hình ảnh: ©Dordane và Doroodmand, 2021.

Siêu âm nanofiller phân tán

Sonication là một phương pháp linh hoạt để phân tán và deagglomerate nanofillers trong chất lỏng và bùn, ví dụ như polyme, nhựa epoxy, chất làm cứng, nhựa nhiệt dẻo, vv Do đó, sonification được sử dụng rộng rãi như một phương pháp phân tán hiệu quả cao trong R&D và sản xuất công nghiệp.
Zanghellini et al. (2021) đã nghiên cứu kỹ thuật phân tán siêu âm cho chất độn nano trong nhựa epoxy. Ông có thể chứng minh rằng sonication có thể phân tán nồng độ nhỏ và cao của chất độn nano vào một ma trận polymer.
So sánh các công thức khác nhau, CNT oxy hóa 0,5% wt% cho thấy kết quả tốt nhất của tất cả các mẫu sonicated, cho thấy sự phân bố kích thước của hầu hết các chất kết tụ trong một phạm vi tương đương với ba mẫu do nhà máy sản xuất cuộn, liên kết tốt với chất làm cứng, sự hình thành của một mạng lưới thấm bên trong sự phân tán, hướng tới sự ổn định chống lại sự lắng đọng và do đó ổn định lâu dài thích hợp. Lượng chất độn cao hơn cho thấy kết quả tốt tương tự, nhưng cũng hình thành các mạng nội bộ rõ rệt hơn cũng như các chất kết tụ lớn hơn một chút. Ngay cả các sợi nano carbon (CNF) cũng có thể được phân tán thành công thông qua sonication. Sự phân tán trực tiếp các chất độn nano của Hoa Kỳ trong các hệ thống làm cứng mà không cần dung môi bổ sung đã đạt được thành công, và do đó có thể được coi là một phương pháp áp dụng cho sự phân tán đơn giản và dễ hiểu với tiềm năng sử dụng công nghiệp. (xem Zanghellini và cộng sự, 2021)

So sánh các chất độn nano khác nhau phân tán trong chất làm cứng bằng cách sử dụng siêu âm loại đầu dò): (a) 0,5% trọng lượng sợi nano carbon (CNF); (b) 0,5% trọng lượng CNToxid; (c) 0,5% trọng lượng ống nano carbon (CNT); (d) 0,5% trọng lượng CNT bán phân tán.
Nghiên cứu và hình ảnh: Zanghellini và cộng sự, ©2021

Siêu âm phân tán các hạt nano – Đã được khoa học chứng minh về tính ưu việt

Nghiên cứu cho thấy trong nhiều nghiên cứu tinh vi rằng phân tán siêu âm là một trong những kỹ thuật vượt trội để deagglomerate và phân phối các hạt nano ngay cả ở nồng độ cao trong chất lỏng. Ví dụ, Vikash (2020) đã điều tra sự phân tán tải trọng cao của nano-silica trong chất lỏng nhớt bằng cách sử dụng bộ phân tán siêu âm Hielscher UP400S. Trong nghiên cứu của mình, ông đi đến kết luận rằng "sự phân tán ổn định và đồng đều của các hạt nano có thể đạt được bằng cách sử dụng một thiết bị siêu sonication ở tải rắn cao trong chất lỏng nhớt." [Vikash, 2020]

Bộ vi xử lý siêu âm hiệu suất cao để phân tán hạt nano

Hielscher Ultrasonics là nhà cung cấp đáng tin cậy của bạn cho các thiết bị siêu âm hiệu suất cao đáng tin cậy từ phòng thí nghiệm và thí điểm đến các hệ thống công nghiệp đầy đủ. Hielscher Siêu âm’ Các thiết bị có phần cứng tinh vi, phần mềm thông minh và thân thiện với người dùng vượt trội – được thiết kế và sản xuất tại Đức. Máy siêu âm mạnh mẽ của Hielscher để phân tán, deagglomeration, tổng hợp hạt nano và chức năng hóa có thể được vận hành 24/7/365 dưới tải đầy đủ. Tùy thuộc vào quá trình của bạn và cơ sở sản xuất của bạn, ultrasonicators của chúng tôi có thể được chạy trong chế độ hàng loạt hoặc liên tục trong dòng. Các phụ kiện khác nhau như sonotrodes (đầu dò siêu âm), sừng tăng cường, tế bào dòng chảy và lò phản ứng có sẵn.
Liên hệ với chúng tôi ngay bây giờ để có thêm thông tin kỹ thuật, nghiên cứu khoa học, giao thức và báo giá cho hệ thống phân tán nano siêu âm của chúng tôi! Đội ngũ nhân viên được đào tạo tốt, giàu kinh nghiệm của chúng tôi sẽ sẵn lòng thảo luận về ứng dụng nano của bạn với bạn!

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: