Siêu âm công suất cao có thể kết tụ hạt vỡ hiệu quả và đáng tin cậy và thậm chí làm tan rã các hạt chính. Do hiệu suất phân tán hiệu suất cao, máy siêu âm kiểu đầu dò được sử dụng làm phương pháp ưa thích để tạo ra hệ thống treo hạt nano đồng nhất.

Phân tán hạt nano đáng tin cậy bằng siêu âm

Nhiều ngành công nghiệp yêu cầu chuẩn bị hệ thống treo, được nạp các hạt nano. Các hạt nano là chất rắn có kích thước hạt dưới 100nm. Do kích thước hạt phút, hạt nano thể hiện các tính chất độc đáo như sức mạnh vượt trội, độ cứng, tính năng quang học, độ dẻo, khả năng chống tia CỰC TÍM, độ dẫn điện, tính chất điện và điện từ (EM), chống ăn mòn, chống trầy xước và các đặc điểm phi thường khác.
Siêu âm tần số thấp, cường độ cao tạo ra sâu âm thanh cường độ cao, 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 cavitational này đẩy nhanh các hạt gây ra va chạm giữa các hạt và do đó phá vỡ các hạt. Do đó, các vật liệu có cấu trúc nano với đường cong kích thước hạt hẹp và phân bố đồng đều thu được.
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, có độ nhớt thấp đến rất cao.

Phân tán siêu âm của ống nano carbon

Máy phân tán siêu âm được sử dụng rộng rãi cho mục đích phân tán ống nano carbon (CD). Sonication là một phương pháp đáng tin cậy để gỡ rối và phân tán các ống nano carbon một bức tường (SWCNTs) cũng như ống nano carbon nhiều bức tường (MWCNTs). Ví dụ, để sản xuất một polymer nhiệt dẻo dẫn điện cao, độ tinh khiết cao (> 95%) Nanocyl® 3100 (MWCNTs; đường kính bên ngoài 9,5 nm; độ tinh khiết 95 +%) đã được phân tán siêu âm với Hielscher UP200S trong 30 phút. Nanocyl phân tán siêu âm® 3100 MWCNT ở nồng độ 1% w / w trong nhựa epoxy cho thấy độ dẫn điện vượt trội khoảng 1,5 × 10-2 S / m.

Phân tán siêu âm của các hạt nano niken

Các hạt nano niken có thể được sản xuất thành công thông qua tổng hợp giảm hydrazine siêu âm. Tuyến đường tổng hợp giảm hydrazine cho phép TP chuẩn bị hạt nano niken kim loại tinh khiết với hình cầu bằng cách giảm hóa học niken clorua bằng hydrazine. Nhóm nghiên cứu của Adám đã chứng minh rằng siêu âm – sử dụng Hielscher UP200HT (200W, 26kHz) – Có thể duy trì kích thước tinh thể chính 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 động xúc tác cao nhất được đo cho các hạt nano được điều chế bằng công suất đầu ra nhẹ (30 W) và điều trị siêu âm liên tục. Hành vi xúc tác của các hạt nano đã được thử nghiệm trong phản ứng khớp nối chéo Suzuki-Miyaura trên năm mẫu được chuẩn bị theo cách thông thường cũng như siêu âm. Các chất xúc tác được chuẩn bị siêu âm thường hoạt động tốt hơn và hoạt động xúc tác cao nhất được đo trên các hạt nano được chuẩn bị dưới âm thanh liên tục công suất thấp (30 W).
Việc điều trị siêu âm có tác dụng quan trọng đối với xu hướng tập hợp của các hạt nano: ảnh hưởng chống phân mảnh của các khoảng trống khoang bị phá hủy với sự chuyển khối lượng mạnh mẽ có thể vượt qua tĩnh điện hấp dẫn của các khoảng trống khoang bị phá hủy với sự chuyển khối lượng mạnh mẽ có thể vượt qua lực tĩnh điện và van der Waals hấp dẫn giữa các hạt.
(xem. Adám et al. 2020)

Tổng hợp siêu âm các hạt nano Wollastonite

Wollastonite là một khoáng chất liên kết canxi với công thức hóa học CaSiO3 Wollastonite được sử dụng rộng rãi làm thành phần để sản xuất xi măng, thủy tinh, gạch và gạch trong ngành xây dựng, như thông lượng trong đúc thép cũng như phụ gia trong sản xuất lớp phủ và sơn. Ví dụ, wollastonite cung cấp gia cố, làm cứng, hấp thụ dầu thấp và các cải tiến khác. Để có được các đặc tính gia cố tuyệt vời của wollastonite, sự khử tụ quy mô nano và phân tán đồng đều là điều cần thiết.
Dordane và Doroodmand (2021) đã chứng minh trong các nghiên cứu của họ rằng 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 sự phân tán nano wollastonite, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp các hạt nano wollastonite có và không áp 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 (Siêu âm Hielscher) với tần số 24 kHz trong 45,0 phút. Kết quả phân tán nano siêu âm được thể hiện trong SEM độ phân giải cao dưới đây. Hình ảnh SEM cho thấy rõ ràng rằng mẫu wollastonite trước khi điều trị siêu âm được kết tụ và tổng hợp; sau khi sonication với máy siêu âm 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.

Phân tán nano siêu âm

Sonication là một phương pháp linh hoạt để phân tán và khử chất nano trong chất lỏng và bùn, ví dụ như polyme, nhựa epoxy, chất làm cứng, nhựa nhiệt dẻo, v.v. Do đó, sơn hóa 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 máy phun nano trong nhựa epoxy. Ông có thể chứng minh rằng sonication có thể phân tán nồng độ nhỏ và cao của nanofillers vào một ma trận polymer.
So sánh các công thức khác nhau, CNT bị oxy hóa 0,5 wt% cho thấy kết quả tốt nhất của tất cả các mẫu sonicated, tiết lộ sự phân bố kích thước của hầu hết các agglomerates trong một phạm vi tương đương với ba mẫu được sản xuất bởi nhà máy cuộn, một liên kết tốt với chất làm cứng, sự hình thành của một mạng lưới thấm bên trong phân tán, chỉ ra sự ổn định chống lại trầm tích 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 tập hợp lớn hơn một chút. Ngay cả sợi nano carbon (CNF) cũng có thể được phân tán thành công thông qua sonication. Sự phân tán trực tiếp của Hoa Kỳ các chất nạp nano trong các hệ thống làm cứng mà không có dung môi bổ sung đã đạt được thành công, và do đó có thể được coi là một phương pháp áp dụng cho một sự phân tán đơn giản và thẳng về phía trước với tiềm năng sử dụng công nghiệp. (xem. Zanghellini et al., 2021)

So sánh các chất nạp nano khác nhau phân tán trong chất làm cứng bằng cách sử dụng siêu âm kiểu đầu dò): (a) sợi nano carbon 0,5 wt% (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxid; (c) Ống nano carbon 0,5 wt% (CNT); (d) 0,5 wt% CNT bán phân tán.
Nghiên cứu và hình ảnh: ©Zanghellini et al., 2021

Siêu âm phân tán của các hạt nano – Khoa học đã được chứng minh về sự vượt trội

Nghiên cứu cho thấy trong nhiều nghiên cứu tinh vi rằng phân tán siêu âm là một trong những kỹ thuật vượt trội để khử cacbon 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 của tải trọng cao 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 xử lý siêu âm hiệu suất cao để phân tán hạt nano

Siêu âm Hielscher 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. Siêu âm Hielscher’ thiết bị có phần cứng tinh vi, phần mềm thông minh và sự thân thiện với người dùng nổi bật – được thiết kế và sản xuất tại Đức. Máy siêu âm mạnh mẽ của Hielscher để phân tán, khử tụ tập, tổng hợp hạt nano và chức năng hóa có thể được vận hành 24/7/365 dưới tải đầy đủ. Tùy thuộc vào quy trình của bạn và cơ sở sản xuất của bạn, máy siêu âm của chúng tôi có thể được chạy ở chế độ hàng loạt hoặc liên tục. 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 các 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 rất vui khi thảo luận về ứng dụng nano của bạn với bạn!

Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm: