Công nghệ siêu âm Hielscher

Tổng hợp siêu âm Nanodiamonds

  • Do lực cavitational mạnh mẽ của nó, siêu âm điện là một kỹ thuật đầy hứa hẹn để sản xuất kim cương micron và Nano từ Graphite.
  • Kim cương tinh thể vi và Nano có thể được tổng hợp sonicating một hệ thống treo của Graphite trong chất lỏng hữu cơ ở áp suất khí quyển và nhiệt độ phòng.
  • Siêu âm cũng là một công cụ hữu ích cho việc xử lý hậu của kim cương Nano tổng hợp, như ultrasonication disperses, deagglomerates và functionalizes Nano hạt rất hiệu quả.

Ultrasonics cho điều trị Nanodiamond

Nanodiamonds (còn gọi là kim cương nổ (DND) hoặc kim cương siêu (UDD)) là một hình thức đặc biệt của vật liệu nano cacbon phân biệt bởi đặc điểm độc đáo-chẳng hạn như Lưới cấu trúc, của nó lớn Bề mặt, cũng như duy nhất Quang họcTừ tính-và các ứng dụng tuyệt vời. Các thuộc tính của các hạt siêu làm cho các vật liệu này sáng tạo các hợp chất để tạo ra các vật liệu mới lạ với các chức năng phi thường. Kích thước của các hạt kim cương trong Bồ hóng là khoảng 5nm.

Tổng hợp siêu âm Nanodiamonds

Dưới lực lượng mạnh mẽ, chẳng hạn như sonication hoặc nổ, Graphite có thể được chuyển thành kim cương.

Ultrasonically tổng hợp Nanodiamonds

Việc tổng hợp kim cương là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng liên quan đến lợi ích khoa học và thương mại. Quá trình thường được sử dụng để tổng hợp các hạt kim cương vi tinh thể và Nano tinh thể là kỹ thuật nhiệt độ cao áp suất cao (HPHT). Bằng phương pháp này, áp lực quá trình yêu cầu của hàng chục ngàn bầu khí quyển và nhiệt độ hơn 2000K được tạo ra để tạo ra phần chính của nguồn cung cấp kim cương công nghiệp trên toàn thế giới. Đối với việc chuyển đổi than chì thành kim cương, áp suất cao nói chung và nhiệt độ cao là bắt buộc, và chất xúc tác được sử dụng để tăng năng suất của kim cương.
Những yêu cầu cần thiết để chuyển đổi có thể được tạo ra rất hiệu quả bằng cách sử dụng Siêu âm công suất cao (= tần số thấp, siêu âm cường độ cao):

cavitation siêu âm

Siêu âm trong chất lỏng gây ra các hiệu ứng rất cực đoan tại địa phương. Khi sonicating chất lỏng ở cường độ cao, các sóng âm thanh Lan truyền vào các phương tiện thông khí chất lỏng dẫn đến xen kẽ áp lực cao (nén) và áp suất thấp (rarefaction) chu kỳ, với mức giá tùy thuộc vào tần số. Trong chu kỳ áp suất thấp, sóng siêu âm cường độ cao tạo ra bong bóng chân không nhỏ hoặc khoảng trống trong chất lỏng. Khi các bong bóng đạt được một khối lượng mà tại đó họ không còn có thể hấp thụ năng lượng, chúng sụp đổ dữ dội trong một chu kỳ áp suất cao. Hiện tượng này được gọi là Cavitation. Trong quá trình nổ nhiệt độ rất cao (xấp xỉ. 5.000 k) và áp suất (xấp xỉ 2.000 ATM) đạt được tại địa phương. Sự nổ của bong bóng cavitation cũng kết quả trong máy bay phản lực chất lỏng lên đến 280m/s vận tốc. (Suslick 1998) Rõ ràng là vi-và Nano-tinh thể kim cương có thể được tổng hợp trong lĩnh vực siêu âm Cavitation.

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Thủ tục siêu âm để tổng hợp Nanodiamonds

Trên thực tế, nghiên cứu của Khachatryan et al. (2008) cho thấy rằng các vi tinh thể kim cương cũng được tổng hợp bởi ultrasonication của một hệ thống treo của Graphite trong chất lỏng hữu cơ ở áp suất khí quyển và nhiệt độ phòng. Như cavitation chất lỏng, một công thức của phân thơm đã được chọn do áp suất hơi bão hòa thấp của nó và nhiệt độ sôi cao của nó. Trong chất lỏng này, bột than chì tinh khiết đặc biệt – với các hạt trong khoảng từ 100-200 μm – đã bị đình chỉ. Trong các thí nghiệm của Kachatryan et al., tỷ lệ rắn-chất lỏng trọng lượng là 1:6, mật độ chất lỏng cavitation là 1,1 g cm-3 ở 25 ° c. Cường độ siêu âm tối đa trong sonoreactor đã được 75-80W cm-2 tương ứng với một biên độ áp suất âm thanh của 15-16 Bar.
Nó đã đạt được khoảng 10% chuyển đổi Graphite-to-Diamond. Những viên kim cương đã gần Mono-phân tán với kích thước rất sắc nét, được thiết kế tốt trong phạm vi 6 hoặc 9μm ± 0,5 μm, với khối, Tinh hình Thái và độ tinh khiết cao.

Kim cương tổng hợp ultrasonically (SEM hình ảnh): siêu âm công suất cao cung cấp năng lượng cần thiết để gây nanodiamonds' synthsis

Hình ảnh SEM của kim cương tổng hợp ultrasonically: hình ảnh (a) và (b) Hiển thị chuỗi mẫu 1, (c) và (d) loạt mẫu 2. [Khachatryan et al. 2008]

Các Chi phí của vi và nanodiamonds được sản xuất theo phương pháp này ước Cạnh tranh với quá trình nhiệt độ cao áp suất cao (HPHT). Điều này làm cho siêu âm một sự thay thế sáng tạo cho việc tổng hợp kim cương vi và Nano (Khachatryan et al. 2008), đặc biệt là quá trình sản xuất nanodiamonds có thể được tối ưu hóa bằng cách điều tra thêm. Nhiều thông số như biên độ, áp suất, Temperature, chất lỏng cavitation, và tập trung phải được kiểm tra chính xác để khám phá những điểm ngọt của tổng hợp siêu âm nanodiamond.
Bởi các kết quả đạt được trong tổng hợp nanodiamonds, hơn nữa ultrasonically tạo ra Cavitation cung cấp tiềm năng cho việc tổng hợp các hợp chất quan trọng khác, chẳng hạn như nitrit Boron khối, carbon nitrit vv (Khachatryan et al. 2008)
Hơn nữa, có vẻ như có thể tạo ra dây Nano kim cương và nanorod từ ống nano cacbon đa tường (mwcnts) dưới bức xạ siêu âm. Dây Nano kim cương là các chất tương tự một chiều của kim cương số lượng lớn. Do mô đun đàn hồi cao của nó, tỷ lệ sức mạnh-trọng lượng, và tương đối dễ dàng mà các bề mặt của nó có thể được functionalized, kim cương đã được tìm thấy là vật liệu tối ưu cho các thiết kế cơ khí Nano. (Sun et al. 2004)

Siêu âm phân tán của Nanodiamonds

Như đã mô tả, sự deagglomeration và phân bố kích thước hạt thậm chí trong môi trường là yếu tố cần thiết cho việc khai thác thành công các đặc điểm độc đáo của nanodiamonds.
Phân tánsự phóng đại bởi ultrasonication là kết quả của siêu âm Cavitation. Khi phơi bày chất lỏng để siêu âm các sóng âm thanh truyền vào kết quả chất lỏng trong các chu kỳ áp suất cao và áp suất thấp xen kẽ. Điều này áp dụng cơ khí căng thẳng trên các lực lượng thu hút giữa các hạt riêng lẻ. Siêu âm cavitation trong chất lỏng gây ra máy bay phản lực chất lỏng tốc độ cao lên đến 1000km/giờ (xấp xỉ 600mph). Máy bay phản lực như vậy nhấn lỏng ở áp suất cao giữa các hạt và tách chúng với nhau. Các hạt nhỏ hơn được tăng tốc với các máy bay phản lực chất lỏng và va chạm ở tốc độ cao. Điều này làm cho siêu âm một phương tiện hiệu quả cho việc phân tán mà còn cho phay của micron kích thước và các hạt micron kích thước phụ.
Ví dụ, nanodiamonds (kích thước trung bình khoảng 4nm) và polystyrene có thể phân tán trong cyclohexane để có được một hỗn hợp đặc biệt. Trong nghiên cứu của họ, Chipara et al. (2010) đã chuẩn bị vật liệu tổng hợp của polystyrene và nanodiamonds, chứa nanodiamonds trong khoảng từ 0 đến 25% trọng lượng. Để có được một Phân tán, họ sonicated các giải pháp cho 60 phút với Hielscher của UIP1000hd (1kW).

Ultrasonically hỗ trợ Functionalization của Nanodiamonds

Đối với sự functionalization của bề mặt hoàn toàn của mỗi hạt có kích thước nano, bề mặt của hạt phải có sẵn cho phản ứng hóa học. Điều này có nghĩa là một sự phân tán thậm chí và tốt đẹp được yêu cầu vì các hạt phân tán tốt được bao quanh bởi một lớp ranh giới của các nhóm có thu hút vào bề mặt hạt. Để có được các nhóm chức năng mới cho bề mặt của nanodiamonds, lớp ranh giới này phải được phá vỡ hoặc loại bỏ. Quá trình phá vỡ và loại bỏ các lớp ranh giới có thể được thực hiện bởi Ultrasonics.
Siêu âm đưa vào chất lỏng tạo ra các hiệu ứng cực đoan khác nhau như Cavitation, nhiệt độ rất cao ở địa phương lên đến 2000K và máy bay phản lực chất lỏng lên đến 1000km/giờ. (Suslick 1998) bằng các yếu tố căng thẳng này, lực lượng thu hút (ví dụ như các lực Van-der-Waals) có thể được khắc phục và các phân tử chức năng được mang đến bề mặt của hạt để functionalize, ví dụ như bề mặt nanodiamonds.

Under powerful ultrasonic irradiation (e.g. with Hielscher's UIP2000hdT) it becomes possible to synthesis, deagglomerate and functionalize nanodiamonds efficiently.

Đề án 1: đồ họa của các tại situ-deagglomeration và functionalization bề mặt của nanodiamonds (Liang 2011)

Thử nghiệm với các hạt hỗ trợ âm thanh rã (basd) điều trị đã cho biết kết quả đầy hứa hẹn cho các bề mặt và của nanodiamonds là tốt. Qua đó, hạt (ví dụ như hạt gốm có kích thước nhỏ như hạt ZrO2) đã được sử dụng để thực thi siêu âm cavitational lực lên các hạt nanodiamond. Sự deagglomeration xảy ra do sự va chạm giữa các hạt nanodiamond và ZrO2 Hạt.
Do sự sẵn có tốt hơn của bề mặt hạt, cho các phản ứng hóa học như giảm Boran, arylation hoặc silanization, siêu âm hoặc BASD (hạt hỗ trợ âm thanh tan rã) trước điều trị cho mục đích phân tán là rất khuyến khích. Bằng siêu âm Phân tánsự phóng đại phản ứng hóa học có thể tiến hành hoàn toàn hơn nhiều.

Khi công suất cao, siêu âm tần số thấp được giới thiệu vào một môi trường lỏng, cavitation được tạo ra.

Siêu âm ra kết quả trong nhiệt độ cực đoan và chênh lệch áp suất và máy bay phản lực chất lỏng tốc độ cao. Qua đó, siêu âm điện là một phương pháp chế biến thành công cho các ứng dụng trộn và phay.

Liên hệ / Yêu cầu Thêm Thông tin

Nói chuyện với chúng tôi về các yêu cầu xử lý của bạn. Chúng tôi sẽ giới thiệu các thiết lập và xử lý các thông số phù hợp nhất cho dự án của bạn.






Văn học / Tài liệu tham khảo

  • Chipara, A. C. et al.: tính nhiệt của các hạt nanodiamond phân tán trong polystyrene. HESTEC 2010.
  • El-say, K. M.: Nanodiamonds như một hệ thống phân phối thuốc: ứng dụng và tiềm năng. Trong J Appl Pharm Sci 01/06, 2011; Các trang 29-39.
  • Khachatryan, A. kh. et al.: chuyển đổi từ Graphite sang kim cương gây ra bởi cavitation siêu âm. Trong: kim cương & Các vật liệu liên quan 17, 2008; pp931-936.
  • Krueger, A.: cấu trúc và phản ứng của kim cương quy mô nano. Trong: J mater chem 18, 2008; Các trang 1485-1492.
  • Lương, Y.: Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung von Nanodiamant mittels thermochemischer und mechanochemischer Methoden. Luận án Julius-Maximilian-Universität Würzburg 2011.
  • Osawa, E.: Monotan đơn nanodiamond hạt. Trong: Pure Appl chem 80/7, 2008; Các trang 1365-1379.
  • Pramatarova, L. et al.: lợi thế của polymer composit với các hạt Nanodiamond nổ cho các ứng dụng y tế. Trong: ngày Biomimetics; Các trang 298-320.
  • Chủ Nhật, L.; Gong, J.; Chu, D.; Chu, Z.; He, S.: kim cương Nanorods từ ống nano cacbon. Trong: vật liệu nâng cao 16/2004. Các trang 1849-1853.
  • Suslick, KS: bách Quốc công nghệ hóa học Kirk-Othmer. J. Wiley thứ 4 & Con trai: New York; 26, 1998; Các trang 517-541.

Nanodiamonds – Sử dụng và ứng dụng

Các hạt nanodiamond là không ổn định do tiềm năng zeta của họ. Qua đó, chúng có xu hướng tạo thành các tập hợp. Một ứng dụng phổ biến của nanodiamonds là việc sử dụng trong mài mòn, cắt và đánh bóng các công cụ và nhiệt chìm. Một tiềm năng sử dụng khác là việc áp dụng nanodiamonds như là hãng vận chuyển thuốc cho các thành phần hoạt động dược phẩm (CF. Pramatarova). Bởi ultrasonication, trước hết nanodiamonds có thể được tổng hợp từ Graphite và thứ hai, các nanodiamonds rất nhiều để kết tụ có thể được đồng đều Phân tán vào phương tiện lỏng (ví dụ như để xây dựng một chất đánh bóng).