Aniq polishing sohasida nanoolmoslar yuqori o'ziga xos sirt maydoni va nano miqyosda yuqori sirt faolligi bilan bir qatorda 10 qattiq Mohs qattiqligiga ega. Silikon karbid va sapfir kabi qattiq va mo'rt materiallarni qayta ishlashda ular atom{2}}darajasida materiallarni olib tashlashga qodir. Shu bilan birga, hozirgi asosiy detonatsiya va yuqori{4}}haroratli yuqori bosim (HTHP) sintez usullari natijasida hosil bo'lgan mahalliy nanoolmos zarralari o'z-o'zidan aglomeratsiyaga moyil bo'ladi. Ish qismini parlatishda foydalanilganda, bu osonlik bilan sirt tirnalgan, chuqurchalar, yomon tekislik va boshqa muammolarni keltirib chiqaradi, bu esa mahsulot unumdorligini bevosita kamaytiradi. Shuningdek, u moylash qoplamalarida, biosensing, yuqori{8}}kompozit materiallar va boshqa sohalarda qo'llanilishini cheklaydi. Shu sababli, nanoolmoslarning samarali deaglomeratsiyasi va barqaror dispersiyasi ularning ajoyib xususiyatlaridan toʻliq foydalanish va yuqori{10}}ilovalar bozorlarini ochish uchun kalit hisoblanadi. Ushbu maqola nanoolmos aglomeratsiyasining sabablaridan boshlanadi va sanoatda keng tarqalgan to'rtta asosiy deaglomeratsiya texnologiyasi yo'nalishlarini ko'rib chiqadi.
Nima uchun nanoolmoslar birlashadi?
Nanoolmos zarralari juda kichik, diametri atigi 2 dan 50 nanometrgacha va juda katta o'ziga xos sirt maydoniga ega. Jismoniy jihatdan ular tabiatan beqaror holatda. Barqarorroq konfiguratsiyaga erishish uchun bu oʻta nozik zarralar oʻz-oʻzidan bir-biriga adsorblanadi va aglomeratsiya-bu ularning toʻplanishga moyilligining asosiy sababidir. Shu bilan birga, zarrachalar yuzalarida havodan namlik va iflosliklarni osongina o'zlashtiradigan ko'plab to'yinmagan faol joylar mavjud, bu esa zarralarning bir-biriga mahkam yopishishiga olib keladi va an'anaviy yumshoq aglomeratlarni hosil qilib, to'planish muammosini kuchaytiradi. Odatda, bunday yumshoq aglomeratlar, asosan, van der Waals kuchlari, elektrostatik tortishish va kapillyar kuchlar kabi jismoniy kuchlar tomonidan birlashtiriladi, zarrachalar birinchi navbatda nuqta yoki burchak aloqasida bo'lib, nisbatan zaif bog'lanish kuchlariga olib keladi.
Biroq, detonatsiya usuli bilan ishlab chiqarilgan nanoolmoslarning sirtlarida grafit uglerod va amorf uglerod kabi qoldiq aralashmalar mavjud. Yuqori haroratli sintez paytida qo'shni zarralar to'g'ridan-to'g'ri kuchli uglerod-uglerod bog'larini hosil qilishi mumkin. Keyinchalik quritish va saqlash vaqtida sirt guruhlarini suvsizlantirish va quritish bilan birga, bu oxir-oqibat zich, kuchli bog'langan qattiq aglomeratlarga olib keladi. Ushbu qattiq aglomeratlarni oddiy tashqi kuchlar tomonidan parchalanib bo'lmaydi, bu nanoolmoslarni qo'llashda jiddiy muammo tug'diradi.
Nanoolmoslarni qanday deaglomeratsiya qilish mumkin?
Yuqoridagi aglomeratsiya mexanizmlariga javoban, sanoat nanoolmoslar uchun bir nechta turdagi deaglomeratsiya texnologiyalarini ishlab chiqdi, ularni to'rtta asosiy toifaga bo'lish mumkin: jismoniy dispersiya usullari, noorganik kimyoviy usullar, yuqori-energiyali maydon usullari va sirt kimyoviy modifikatsiyasi usullari.
01 Fizik dispersiya usullari
Jismoniy dispersiya usullari zarralararo tortishishni yengish va yumshoq aglomeratlarni majburan parchalash uchun mexanik kuchlarga tayanadi. Biroq, bunday jismoniy dispersiya vositalari suspenziyaning uzoq muddatli barqarorligini- kafolatlay olmaydi va odatda yordamchi dispersiya usullari sifatida ishlatiladi. Umumiy usullarga quyidagilar kiradi:
(1) Yuqori-energiyali sharni frezalash: Bu eng keng tarqalgan mexanik usul. U mikron oʻlchamdagi aglomeratlarni nanometr shkalasigacha maydalash uchun-yuqori tezlikdagi toʻqnashuvlar va silliqlash sharlari orasidagi kesish natijasida hosil boʻlgan mexanik energiyadan foydalanadi. Odatda, dispersion vosita (masalan, suv yoki spirtlar) moylash va dastlabki stabilizatsiyani ta'minlaydi, shuning uchun nam sharli frezalash quruq sharli frezalashdan ko'ra samaraliroqdir.
(2) Ultratovush yordamida dispersiya: Bu usul klasterlarni deaglomeratsiya qilish uchun suyuqliklardagi kavitatsiya effektidan foydalanadi. Ultrasonik tarqalish jarayonida suyuqlikda mikro pufakchalar hosil bo'ladi. Ultrasonik maydonning davriy siqilishi va kamayishi ostida bu pufakchalar rezonans hajmiga o'sadi va keyin shiddat bilan qulab tushadi. Bir lahzali qulash juda kichik bo'shliqda mahalliylashtirilgan yuqori harorat, yuqori bosim va kuchli zarba to'lqinlarini, shuningdek, yuqori tezlikda mikrojetlarni hosil qiladi, shu bilan van der Waals kuchlarini, elektrostatik adsorbsiyani va zarralar orasidagi boshqa bog'lanish kuchlarini buzadi va katta aglomeratlarni mikron-nano miqyosda tarqaladigan zarrachalarga ajratadi.
02 Noorganik kimyoviy usullar
Noorganik kimyoviy usullar nanoolmoslar yuzasidan metall birikmalar va olmos bo'lmagan uglerodni (jumladan, grafit va amorf uglerod) olib tashlash uchun kislota bilan yuvish, gidrogenatsiyalash va oksidlanish bilan yuvish kabi jarayonlarni o'z ichiga oladi va shu bilan qattiq aglomeratsiyani samarali kamaytiradi.
(1) Kislota bilan yuvish: Nitrat kislota yoki xlorid kislota kabi kuchli kislotalar bilan ishlov berish metall aralashmalarni eritishi va olib tashlashi mumkin, shu bilan birga karboksil (-COOH), gidroksil (-OH) va karbonil (C-OH) va karbonil (C{{3}-na4} sirt) kabi ko'p miqdorda kislorod o'z ichiga olgan funktsional guruhlar-ni kiritadi. Suvli eritmalarda bu qutbli guruhlar ionlanib, zarrachalarga manfiy sirt zaryadini berib, zarralar orasidagi elektrostatik repulsiyani hosil qiladi va shu bilan aglomeratsiyaga xalaqit beradi.
(2) Oksidlanish bilan tavlanish: Nanoolmoslarni havoda yoki kislorodli atmosferada isitish xuddi shu tarzda sirtda kislorod o'z ichiga olgan funktsional guruhlarni kiritadi. Suyuq fazali kislota oksidlanishi bilan solishtirganda, uning afzalligi qayta ishlash jarayonida suyuq chiqindilar hosil bo'lmasligidadir, bu esa uni keng ko'lamli uzluksiz ishlab chiqarish uchun mos qiladi.
(3) Gidrogenatsiyali tavlanish: Oksidlanishdan farqli o'laroq, gidrogenlash bilan tavlanish nanoolmoslarni vodorod atmosferasida yuqori haroratda kislorod o'z ichiga olgan sirt guruhlarini olib tashlash va vodorod bilan tugaydigan sirtni (masalan, -CH₂ guruhlari) hosil qilish uchun isitishni o'z ichiga oladi. Gidrogenatsiya bilan ishlov berishdan so'ng, nanoolmos yuzasi hidrofobik bo'lib, uning qutbsiz erituvchilarda tarqalishini sezilarli darajada yaxshilaydi.
03 Yuqori energiyali maydon usullari
Yuqori energiyali maydon usullari to'g'ridan-to'g'ri aglomeratsiyalangan tuzilmalarga ta'sir qilish uchun lazer yoki plazma kabi ekstremal jismoniy maydonlardan foydalanadi, nanoolmoslarning qattiq aglomeratlarini samarali va toza tarzda yo'q qiladi va ommaviy axborot vositalarida barqaror dispersiyani ta'minlaydi.
(1) Plazma yordamida dispersiya: Plazma tomonidan hosil qilingan yuqori energiyali zarralar (masalan, ionlar, elektronlar) nanoolmos aglomeratlarini bombardimon qilib, nafaqat kuchli jismoniy ta'sirlar va mikrojetlar hosil qiladi, balki nanoolmos zarralari orasidagi kovalent bog'lanishlarni to'g'ridan-to'g'ri buzadi va ularning sirt kimyoviy holatini o'zgartiradi, natijada qattiq aglomeratsiyani buzadi.
(2) Lazer yordamida dispersiya: Lazerlarning ultra yuqori energiya zichligi, bir tomondan, nanoolmos zarralari (ayniqsa, sirt sp²-gibridlangan uglerod qatlami va sp³ olmos yadrosi o'rtasidagi o'zaro bog'lanishlar) va molekulalararo Van der Vaals kuchlari o'rtasidagi kovalent aloqalarni bevosita uzishi mumkin. Boshqa tomondan, lazer energiyasi suv kabi suyuq muhit tomonidan so'rilishi mumkin, ko'chkining ionlanishini qo'zg'atadi va plazma plumini hosil qiladi. Plazmaning bir zumda zo'ravon kengayishi mahalliy kuchli zarba to'lqinlarini hosil qiladi, nanoolmos aglomeratlarining jismoniy bog'langan tuzilishiga ta'sir qiladi va buzadi va shu bilan samarali deaglomeratsiyaga erishadi.
04 Yuzaki organik kimyoviy modifikatsiya
Aglomeratsiya o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayon bo'lib, faollashuv energiyasi kam. Agar aglomeratlar tashqi kuchlar ta'sirida vaqtincha parchalanib ketgan bo'lsa ham, zarrachalar sirt holati tubdan o'zgarmas ekan, yangi ochilgan yuzalar yuqorida aytib o'tilgan kuchlar orqali tezda qayta yig'iladi. Shuning uchun sirtdagi organik kimyoviy modifikatsiya zarrachalar sirt holatini o'zgartirish orqali deaglomeratsiyadan keyin dispersiya barqarorligini saqlashning muhim vositasidir. Hozirgi vaqtda asosiy yondashuvlarga arilatsiya, sulfonatsiya-olmosni funksionallashtirish va fotografting kiradi.
(1) Arilatsiya: Nanoolmos yuzasiga fenil yoki naftil kabi aromatik halqa guruhlarini kiritish sirt osilgan bog'lanish joylarini egallashi mumkin, shu bilan birga ularning qattiq tuzilmalari tomonidan ta'minlangan sterik to'siq zarrachalarning yaqinlashishini samarali ravishda oldini oladi. Bundan tashqari, kiritilgan aromatik halqalar keyingi funksionallashtirish uchun langar nuqta sifatida xizmat qilishi mumkin.
(2) Sulfonatsiya: Nanoolmos yuzasiga sulfonik kislota guruhlarini (-SO₃H) sulfonlanish reaksiyalari orqali kiritish. Sulfonik kislota guruhlari kuchli kislotali va suvli eritmada to'liq ionlashadi, zarrachalarning sirt zeta potentsialini sezilarli darajada o'zgartiradi. Bu nanoolmos zarralari o'rtasida kuchli elektrostatik repulsiya hosil qiladi, van der Waals tortishishlariga samarali qarshi turadi va qayta aglomeratsiyani oldini oladi, shu bilan deaglomeratsiyaga erishadi va barqaror dispersiyani saqlaydi. Shu bilan birga, sulfonlanish nanoolmoslarning sirt kimyosini o'zgartiradi, sirt polaritesini oshiradi va qutbli erituvchilarda (masalan, suv) zarrachalarning namlanishini sezilarli darajada yaxshilaydi.
(3) Suratga solish: Nanoolmos yuzasini qo'zg'atish uchun ultrabinafsha yoki ko'rinadigan yorug'lik nurlanishidan foydalanish yoki erkin radikallarni hosil qilish uchun fotosensibilizatorlar, ular sirtdagi olefin monomerlarining polimerizatsiyasini boshlaydi, uzun polimer zanjirlarini payvand qiladi. Keng tarqalgan payvandlash monomerlariga akril kislotasi, akrilamid, metil metakrilat va boshqalar kiradi. Polimer zanjirlari erituvchilarda kengaytirilgan konformatsiyalarni o'z ichiga oladi va qalinligi bir necha nanometrdan o'nlab nanometrgacha bo'lgan sterik to'siq qatlamini hosil qiladi. Zarrachalar orasidagi masofa qisqargan sari itaruvchi kuch keskin ortadi va bu aglomeratsiyani oldini olishning eng samarali vositalaridan biriga aylanadi. Fotograftingning afzalliklari engil reaktsiya sharoitlarini va nurlanish vaqtini va monomer kontsentratsiyasini sozlash orqali payvandlash zichligi va zanjir uzunligini aniq nazorat qilishni o'z ichiga oladi.