Á sviði nákvæmni fægja hafa nanódemantar mikla Mohs hörku upp á 10, ásamt miklu sérstakt yfirborði og mikilli yfirborðsvirkni á nanóskala. Þegar unnið er með hörð og brothætt efni eins og kísilkarbíð og safír geta þau fjarlægt efni á -atómstigi. Hins vegar hafa innfæddu nanódemantaagnirnar sem myndast við almenna sprengingu og há-hita há- efnamyndun (HTHP) aðferðir tilhneigingu til að þéttast sjálfkrafa. Þegar það er notað í slípun vinnustykkis veldur þetta auðveldlega yfirborðs rispum, gryfjum, lélegri flatleika og öðrum vandamálum, sem dregur beint úr framleiðslu vörunnar. Það takmarkar einnig notkun þeirra í smurhúð, lífskynjun, há-samsett efni og á öðrum sviðum. Þess vegna eru áhrifarík deiglomeration og stöðug dreifing nanódemanta lykillinn að því að nýta framúrskarandi eiginleika þeirra að fullu og opna hágæða forritamarkaði. Þessi grein byrjar á orsökum nanódemanta þéttbýlis og fer yfir fjórar helstu afstýringartæknileiðir sem eru ríkjandi í greininni.
Af hverju flokkast nanódemantar saman?
Nanódemantur agnir eru mjög litlar, með þvermál á bilinu aðeins 2 til 50 nanómetrar, og hafa mjög stórt tiltekið yfirborð. Líkamlega eru þeir í eðli sínu í óstöðugu ástandi. Til að ná stöðugri uppsetningu aðsogast þessar ofurfínu agnir sjálfkrafa hver í aðra og þyrpast saman-þetta er undirrótin fyrir tilhneigingu þeirra til að safnast saman. Á sama tíma hafa agnayfirborðin marga ómettaða virka staði sem gleypa auðveldlega raka og óhreinindi úr loftinu, sem veldur því enn frekar að agnir festast þétt saman og eykur klumpunarvandann og myndar hefðbundnar mjúkar þyrpingar. Venjulega er slíkum mjúkum þyrpingum aðallega haldið saman af eðlisfræðilegum kraftum eins og van der Waals krafti, rafstöðueiginleika aðdráttarafl og háræðskrafta, þar sem agnir eru fyrst og fremst í snertingu við punkt eða horn, sem leiðir til tiltölulega veikra bindikrafta.
Hins vegar hafa nanódemantar framleiddir með sprengiaðferðinni óhreinindi sem eftir eru á yfirborði þeirra, svo sem grafítískt kolefni og myndlaust kolefni. Við há-hitamyndun geta aðliggjandi agnir beint myndað sterk kolefnis-kolefnistengi. Samhliða þurrkun og herðingu yfirborðshópa við síðari þurrkun og geymslu, leiðir þetta að lokum til þéttra, sterklega tengdra harðra þyrpinga. Þessar hörðu þyrpingar er ekki hægt að brjóta í sundur með venjulegum utanaðkomandi öflum einum saman, sem veldur alvarlegri áskorun fyrir beitingu nanódemanta.
Hvernig á að deagglomerate nanodiamonds?
Til að bregðast við ofangreindum þéttingaraðferðum hefur iðnaðurinn þróað margar gerðir af þéttingartækni fyrir nanódemanta, sem hægt er að flokka í fjóra meginflokka: eðlisdreifingaraðferðir, ólífrænar efnafræðilegar aðferðir, há-orkusviðsaðferðir og yfirborðsefnabreytingaraðferðir.
01 Líkamlegar dreifingaraðferðir
Líkamlegar dreifingaraðferðir treysta á vélræna krafta til að sigrast á aðdráttarafl milli agna og brjóta upp mjúkar þyrpingar með valdi. Hins vegar geta slíkar líkamlegar dreifingaraðferðir ekki tryggt-langtíma stöðugleika fjöðrunarinnar og eru venjulega notaðar sem aukadreifingartækni. Algengar aðferðir eru:
(1) Há-orku kúlufræsing: Þetta er algengasta vélræna aðferðin. Það notar vélrænni orku sem myndast við-hraða árekstra og klippingu milli malarkúlna til að mylja míkrónstærð þyrpingar niður á nanómetra mælikvarða. Venjulega veitir dreifimiðill (td vatn eða alkóhól) smurningu og bráðabirgðastöðugleika, þannig að blautkúlamölun er skilvirkari en þurrkúlamölun.
(2) Dreifing með ómskoðun: Þessi aðferð nýtir kavitunaráhrif í vökva til að deyða þyrpingar. Við útbreiðslu úthljóðs myndast örbólur í vökvanum. Undir reglubundinni þjöppun og sjaldgæfu úthljóðsviðinu vaxa þessar loftbólur í ómunstærð og hrynja síðan kröftuglega. Tafarlausa hrunið myndar staðbundið háhitastig, háþrýsting og öflugar höggbylgjur ásamt háhraða örþotum í mjög litlu rými og truflar þar með van der Waals krafta, rafstöðueiginleika og aðra bindikrafta milli agna og brýtur stórar þyrpingar í míkron til nanóskala sem dreifast hver fyrir sig.
02 Ólífrænar efnafræðilegar aðferðir
Ólífrænar efnafræðilegar aðferðir fela í sér ferla eins og sýruþvott, vetnunarglæðingu og oxunarglæðingu til að fjarlægja málmsambönd og kolefni sem ekki er demantur (þar á meðal grafít og formlaust kolefni) af yfirborði nanódemanta og dregur þannig úr harðri þéttingu.
(1) Sýruþvottur: Meðhöndlun með sterkum sýrum eins og saltpéturssýru eða saltsýru getur leyst upp og fjarlægt málmóhreinindi, á sama tíma og það færir inn mikinn fjölda starfrænna hópa sem innihalda súrefni-eins og karboxýl (-COOH), hýdroxýl (-OH) og karbónýl (C{=O} yfirborðshópa. Í vatnslausnum jónast þessir skautu hópar, gefa agnunum neikvæða yfirborðshleðslu, mynda rafstöðueiginleika fráhrindingu milli agna og hindra þannig þéttingu.
(2) Oxunarglæðing: Upphitun nanódemanta í lofti eða súrefnislofti kynnir á sama hátt súrefnisinnihaldandi starfræna hópa á yfirborðinu. Í samanburði við sýruoxun í fljótandi fasa liggur kostur hennar í því að ekki myndast fljótandi úrgangur við vinnslu, sem gerir það hentugt fyrir samfellda framleiðslu í stórum stíl.
(3) Vetnunarglæðing: Öfugt við oxun, felur vetnunarglæðing í sér hitun nanódemanta við háan hita í vetnislofti til að fjarlægja yfirborðshópa sem innihalda súrefni og mynda vetnislokað yfirborð (td -CH₂ hópa). Eftir vetnunarmeðferð verður yfirborð nanódemanturs vatnsfælin, sem eykur dreifingarhæfni þess verulega í óskautuðum leysum.
03 Háorkusviðsaðferðir
Háorkusviðsaðferðir nota öfgakennd eðlisfræðileg svið eins og leysir eða plasma til að virka beint á þéttu mannvirkin, eyðileggja á skilvirkan og hreinan hátt hörð þyrping nanódemanta og stuðla að stöðugri dreifingu í miðlum.
(1) Dreifing með plasmaaðstoð: Háorkuagnir (td jónir, rafeindir) sem myndast af plasma sprengja nanódemantaþyrpingarnar, ekki aðeins valda sterkum líkamlegum áhrifum og örþotum, heldur einnig beinlínis rjúfa samgild tengsl milli nanódemantaagna og breyta efnafræðilegu ástandi yfirborðs þeirra, sem truflar að lokum harða þéttingu.
(2) Dreifing með hjálp með leysi: Ofurmikill orkuþéttleiki leysis getur annars vegar beint brotið samgild tengsl milli nanódemantaagna (sérstaklega milliflatartengi milli yfirborðs sp²-blendings kolefnislagsins og sp³ demantskjarna) sem og van der Waals krafta milli sameinda. Á hinn bóginn getur leysiorkan frásogast af fljótandi miðli eins og vatni, sem veldur snjóflóðajónun og myndar plasmastróka. Samstundis kröftug útþensla blóðvökvans skapar sterkar höggbylgjur staðbundið, sem hefur áhrif á og brýtur líkamlega tengda uppbyggingu nanódemantaþyrpinga og nær þar með skilvirkri þéttingu.
04 Lífræn efnabreyting á yfirborði
Samþjöppun er sjálfsprottið ferli með litla virkjunarorku. Jafnvel þótt þyrpingar séu brotnar í sundur tímabundið af utanaðkomandi kröftum, svo framarlega sem yfirborðsstöðu agnanna hefur ekki verið breytt í grundvallaratriðum, munu nýlega óvarið yfirborð fljótt safnast saman aftur í gegnum fyrrnefnda krafta. Lífræn efnafræðileg breyting á yfirborði er því nauðsynleg leið til að viðhalda stöðugleika dreifingar eftir þéttingu með því að breyta yfirborðsstöðu agnanna. Eins og er eru helstu aðferðirnar meðal annars arylering, súlfónerunar-demanturvirkni og ljósmyndaígræðsla.
(1) Arylation: Innleiðing arómatískra hringahópa eins og fenýls eða naftýls á yfirborð nanódemanta getur hertekið tengistaði á yfirborði, en sterísk hindrun sem stíf uppbygging þeirra kemur í veg fyrir að agnir nálgist. Að auki geta innfluttu arómatísku hringirnir þjónað sem festingarpunktar fyrir frekari virkni.
(2) Súlfónun: Innleiðing súlfónsýruhópa (-SO₃H) á yfirborð nanódemanta með súlfónunarhvörfum. Súlfónsýruhópar eru mjög súrir og jónast að fullu í vatnslausn, sem breytir verulega yfirborðs zeta-getu agnanna. Þetta veldur sterkri rafstöðueiginleika fráhrindingu milli nanódemantaagna, vinnur á áhrifaríkan hátt á móti van der Waals aðdráttarafl og kemur í veg fyrir aftur þéttingu, þannig að ná þéttingu og viðhalda stöðugri dreifingu. Á sama tíma breytir súlfónun yfirborðsefnafræði nanódemanta, eykur yfirborðsskautun og eykur verulega vætanleika agna í skautuðum leysum (td vatni).
(3) Ljósmyndun: Notkun útfjólubláa eða sýnilegs ljósgeislunar til að örva yfirborð nanódemanta eða ljósnæmandi efni til að mynda sindurefna, sem hefja fjölliðun olefinískra einliða á yfirborðinu, ígræddar langar fjölliðakeðjur. Algengar ígræðslueinliða eru akrýlsýra, akrýlamíð, metýlmetakrýlat o.s.frv. Fjölliðakeðjurnar taka á sig útbreidda sköpulag í leysum og mynda sterískt hindrunarlag með þykkt á bilinu frá nokkrum nanómetrum upp í tugi nanómetra. Fráhrindandi krafturinn eykst verulega þegar fjarlægð milli agna minnkar, sem gerir þetta að einni áhrifaríkustu leiðinni til að koma í veg fyrir þéttingu. Kostir ljósmyndaígræðslu eru meðal annars væg viðbragðsskilyrði og nákvæm stjórnun á ígræðsluþéttleika og keðjulengd með því að stilla geislunartíma og einliða styrk.