+7 (913) 081-00-00 +7 (3854) 43-25-81 vnh@u-sonic.ru г. Бийск, ул. имени Героя Советского Союза Трофимова, 27, к. Б

Ультразвуковой диспергатор для нанотрубок

Разрушение агломератов углеродных нанотрубок до отдельных трубок — без ПАВ, без повреждения структуры

Запросить консультацию
До 1000 атм, до 5000 К Акустическая кавитация
До 100 Вт/см³ Удельная мощность
20–40 кГц Рабочая частота
30–100 мкм Амплитуда колебаний

Проблемы и решения

Углеродные нанотрубки производятся в виде агломератов. Их деагломерация — ключевая проблема, от которой зависят свойства конечного материала:

Углеродные нанотрубки слипаются в агломераты 50–200 мкм и не дают ожидаемых свойств композита

Ультразвуковой диспергатор разрушает агломераты до отдельных нанотрубок диаметром 1–50 нм. Композит получает расчётные характеристики

Механическое перемешивание повреждает нанотрубки — ломает и укорачивает их

Кавитация раздвигает агломераты изнутри, не ломая трубки. Соотношение длины к диаметру сохраняется — свойства не теряются

ПАВ и функционализация для диспергирования меняют химию поверхности нанотрубок

Ультразвук диспергирует нанотрубки в чистом растворителе без ПАВ. Поверхность остаётся нативной — адгезия к матрице максимальна

Лабораторный результат не воспроизводится на промышленной партии

Масштабирование по удельной энергии — результат с лабораторной колбы 100 мл воспроизводится в потоке 1000 л/ч

Преимущества

Ультразвуковой диспергатор даёт измеримые преимущества перед механическим перемешиванием:

  • Деагломерация без повреждения

    Кавитация раздвигает агломераты, не ломая трубки. Соотношение длина/диаметр сохраняется — электропроводность и прочность максимальны.

  • Диспергирование без ПАВ

    Нанотрубки диспергируются в чистом растворителе. Поверхность не блокируется ПАВ — адгезия к матрице на 20–40% выше.

  • Отдельные трубки в суспензии

    95–99% агломератов разрушено до отдельных нанотрубок. Электропроводность композита достигает теоретического предела.

  • Масштабирование без потери качества

    Удельная энергия (кДж/л) — единый параметр от лаборатории до завода. Результат идентичен на любом объёме.

  • Работа с любыми типами нанотрубок

    MWCNT, SWCNT, DWCNT — одно оборудование для всех. Графен, наноглины, наночастицы металлов — универсальность.

  • Контроль степени диспергирования

    Изменяя амплитуду и время, вы управляете степенью деагломерации. От микроагломератов до отдельных трубок.

Области применения

Ультразвуковые диспергаторы для нанотрубок работают в четырёх ключевых направлениях:

  • Полимерные нанокомпозиты

    Диспергирование нанотрубок в эпоксидных, полиэфирных и термопластичных матрицах для конструкционных и проводящих композитов.

  • Электропроводящие покрытия

    Приготовление чернил и паст с нанотрубками для печатной электроники, прозрачных электродов, антистатических слоёв.

  • Аккумуляторы и суперконденсаторы

    Диспергирование нанотрубок для электродных суспензий литий-ионных батарей и суперконденсаторов.

  • Строительные материалы

    Введение нанотрубок в бетон и цементные смеси для повышения прочности и трещиностойкости.

Почему нанотрубки требуют ультразвука

Углеродные нанотрубки производятся в виде агломератов — спутанных клубков диаметром 50–200 мкм, где трубки удерживаются силами Ван-дер-Ваальса. Чтобы нанотрубки проявили свои уникальные свойства — электропроводность, теплопроводность, прочность на разрыв — они должны быть отделены друг от друга и равномерно распределены в матрице.

Механическое перемешивание ломает трубки и снижает соотношение длины к диаметру. Ультразвуковая кавитация работает иначе: пузырьки схлопываются в зазорах между трубками, раздвигая агломерат изнутри без повреждения отдельных трубок.

Сравнение методов деагломерации нанотрубок

Параметр Ультразвуковое диспергирование Механическое перемешивание Функционализация + перемешивание
Степень деагломерации 95–99% отдельных трубок 30–50% (крупные агломераты) 80–95%
Повреждение трубок Минимальное Значительное (ломка) Умеренное
Необходимость ПАВ Нет Обязательно Не требуется
Изменение химии поверхности Отсутствует Блокировка ПАВ Прививка групп
Электропроводность композита Максимальная Низкая Средняя
Масштабируемость Прямая (удельная энергия) Сложная Сложная

Ультразвуковое диспергирование — единственный метод, который сочетает полную деагломерацию, сохранение структуры нанотрубок и отсутствие химической модификации поверхности. Для композитов с максимальной электропроводностью и прочностью это критично.

Видеоматериалы

Демонстрация работы оборудования в реальных условиях

Как выбрать ультразвуковой диспергатор

Кавитация в воде. УЗ аппарат "Волна" УЗТА-0,8/22-…

Кавитация, создаваемая УЗ аппаратом "Волна-М"

Ультразвуковая кавитация. Ультразвуковой аппарат …

Кавитация, создаваемая УЗ аппаратом «Булава-8»
Больше видео на нашем канале

Рекомендуемое оборудование

Лабораторные диспергаторы (100–500 Вт) — для объёмов до 1 л. Пилотные (1–2 кВт) — до 50 л. Промышленные (2–5 кВт) — проточные системы до 1000 л/ч. Частота 20 кГц, сменные волноводы, цифровой контроль амплитуды и энергии.

Ультразвуковой технологический аппарат серии «Волна-М»
Модель УЗТА-1/22-ОРв
Высокоинтенсивная кавитационная ультразвуковая обработка жидких и жидкодисперсных сред в протяженных технологических объемах малого диаметра при повы…
400 000 ₽
Ультразвуковой технологический аппарат серии «Булава»
Модель УЗТА-2/18-О
Эффективная интенсификация процессов в жидких и жидкодисперсных средах за счёт создания высокоинтенсивной кавитации. Ускорение в сотни и тысячи раз т…
500 000 ₽
Ультразвуковой технологический аппарат серии «Булава»
Модель УЗТА-8/22–ОПг
Интенсификация процессов в жидких и жидкодисперсных средах ультразвуковыми колебаниями высокой интенсивности при высокой температуре (до 100 градусов…
900 000 ₽
Ультразвуковой технологический аппарат серии «Волна-П»
Модель УЗАП-1/22-ОП
Кавитационная обработка жидких и жидкодисперсных сред в периодическом и проточном режимах. Может быть использован для эмульгирования, гомогенизации, …
450 000 ₽
Ультразвуковой технологический аппарат серии «Булава-П»
Модель УЗАП-3/22-ОП
Проточная обработка больших объемов жидких и жидкодисперсных сред высокоинтенсивными ультразвуковыми колебаниями при высокой температуре (до 100 град…
650 000 ₽
Ультразвуковой технологический аппарат серии «Булава-П»
Модель УЗАП-8/22-ОПг
Проточная обработка больших объемов жидких и жидкодисперсных сред высокоинтенсивными ультразвуковыми колебаниями при высокой температуре (до 100°С) с…
1 200 000 ₽
Перейти в каталог

Научные материалы

Монографии, публикации, патенты, лекии и результаты научно-исследовательских работ по данной технологии.

Многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском …

Хмелёв В.Н., Попова О.В. 160 стр.

Применение ультразвука высокой интенсивности в промышленности

В.Н. Хмелев, А.Н. Сливин, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыг… 203 стр.

Ультразвук. Аппараты и технологии

В.Н. Хмелев, А.В. Шалунов, С.С. Хмелев, С.Н. Цыга… 688 стр.

Ультразвук. Воздействие на системы с несущей жидкой фазой

Р.Н. Голых, В.Н. Хмелев, А.В. Шалунов, С.Н. Цыган… 276 стр.
Все монографии

Исследование эффективности ультразвуковой обработки в проточных объёмах

Хмелев В.Н., Левин С.В., Хмелев С.С., Кузовников …

Создание и применение специализированного ультразвукового оборудования для получения конструкционны…

Хмелев В.Н., Шалунов А.В., Хмелев М.В.

Получение Нанодисперсной Углеродной Фазы в Акустических Кавитационных Полях

Леонов Г.В., Верещагин А.Л., Лавриненко О.В.

Ультразвуковые аппараты для проточной обработки химических и биологических веществ

Хмелев В.Н., Цыганок С.Н., Барсуков Р.В., Лебедев…
Все публикации

Аппарат ультразвуковой проточной обработки (141803)

№141803 Хмелев Владимир Николаевич, Левин Сергей Викторов…

Ультразвуковой проточный реактор (2403085)

№2403085 Борисов Ю.А., Леонов Г.В., Хмелев В.Н., Абраменко…
Все патенты

Что такое ультразвук. Как он создается и применяется

PDF RU EN

Ультразвуковые приборы промышленного назначения

PDF RU EN

Особенности ультразвуковых аппаратов различного назначения

PDF RU EN
Все лекции

Часто задаваемые вопросы

Ответы на частые вопросы исследователей и технологов при диспергировании нанотрубок:

Какие типы нанотрубок можно диспергировать?
Многостенные (MWCNT) — любые производители, диаметр 5–50 нм. Одностенные (SWCNT) — диаметр 1–2 нм, более деликатный режим. Двустенные (DWCNT). Также: нановолокна, графеновые нанопластинки, наноглины, наночастицы металлов и оксидов.
Как контролировать, что агломераты разрушены?
Методы контроля: оптическая микроскопия (агломераты более 5 мкм), лазерная дифракция (распределение частиц по размеру), ПЭМ/СЭМ (отдельные трубки). Стандартный подход: измерение вязкости суспензии — полностью деагломерированные нанотрубки дают максимальную вязкость при той же концентрации.
Можно ли диспергировать нанотрубки без растворителя — напрямую в смоле?
Да, это промышленный процесс: нанотрубки вводятся в эпоксидную или полиэфирную смолу и диспергируются ультразвуком в проточной ячейке. Вязкость до 5000 мПа·с — без разбавления. Метод исключает стадию удаления растворителя.
Какая концентрация нанотрубок достижима в суспензии?
Без ПАВ — до 1–2% масс. в зависимости от типа нанотрубок и растворителя. С ПАВ или функционализацией — до 5–10% масс. Для прямого диспергирования в смоле — 0,1–2% масс. (типовая концентрация для композитов).
Как быстро обработать партию 100 литров?
Лабораторный диспергатор — 100 мл за 5–15 минут. Пилотный — 10 л за 15–30 минут. Промышленный проточный — 100 л за 6–12 минут (производительность 500–1000 л/ч). Время зависит от требуемой степени деагломерации.
Сохраняется ли результат при масштабировании?
Да, ключевой параметр — удельная энергия (кДж/л или кДж/г нанотрубок). Отработав режим в лаборатории, вы передаёте значение удельной энергии — промышленный диспергатор воспроизводит его в потоке. Результат идентичен от 100 мл до 1000 л.

Ультразвуковой диспергатор для нанотрубок: деагломерация без компромиссов

Введение углеродных нанотрубок в полимерные матрицы, электродные суспензии и строительные смеси требует их полной деагломерации. От того, насколько равномерно распределены нанотрубки, зависят электропроводность, прочность и теплопроводность конечного материала. Традиционное механическое перемешивание ломает трубки и требует ПАВ, которые блокируют поверхность и снижают адгезию к матрице.

Принцип ультразвуковой деагломерации

Кавитационные пузырьки схлопываются в зазорах между нанотрубками в агломерате. Давление до 1000 атм раздвигает трубки изнутри, не ломая их. Процесс идёт в чистом растворителе или непосредственно в смоле — без ПАВ и функционализации. Поверхность нанотрубок остаётся нативной, что обеспечивает максимальную адгезию к матрице.

Ключевые преимущества

  • Деагломерация без повреждения: трубки сохраняют исходную длину и структуру.
  • Без ПАВ: поверхность не блокируется — адгезия к матрице на 20–40% выше.
  • 95–99% отдельных трубок: электропроводность композита достигает теоретического предела.
  • Масштабирование: от 100 мл до 1000 л — результат идентичен по удельной энергии.
  • Все типы нанотрубок: MWCNT, SWCNT, DWCNT, графен, наноглины, наночастицы металлов.
  • Контроль степени деагломерации: от микроагломератов до отдельных трубок — амплитудой и временем.

Области применения

  • Полимерные нанокомпозиты: эпоксидные, полиэфирные и термопластичные матрицы с нанотрубками.
  • Электропроводящие покрытия: чернила и пасты для печатной электроники.
  • Аккумуляторы: электродные суспензии для литий-ионных батарей.
  • Строительные материалы: введение нанотрубок в бетон для повышения прочности.

От лаборатории к заводу

Диспергирование нанотрубок — процесс, который необходимо масштабировать с сохранением качества. Ультразвуковой метод использует удельную энергию (кДж/л) как единый параметр: режим, отработанный на лабораторном диспергаторе «Волна» (100 мл), воспроизводится на пилотном «Волна-М» (10 л) и промышленном «Булава-П» (1000 л). Результат идентичен — без потери качества при росте объёма.

Нужна консультация по подбору оборудования?

Наши инженеры помогут подобрать оптимальное решение для ваших технологических задач. Получите бесплатную консультацию и расчет стоимости.

+7 (913) 081-00-00 Написать нам