億鑫豐合力爆破法納米材料分散機(jī)
1、億鑫豐合力爆破法納米材料分散機(jī)簡(jiǎn)介
功 率：20KW；
容 量：300L；
固 含 量：3～15%,無(wú)化學(xué)分散劑；
爆破時(shí)間：60～120Min；
分散效果：碳納米管無(wú)斷管、石墨烯無(wú)碎片
分散后無(wú)二次團(tuán)聚；
石墨烯層：≤3nm 一致性好；
納米片狀氮化硼層：≤10nm 一致性好。
效益分析
以300L容量機(jī)型為例，合力爆破納米材料分散機(jī)功率為20KW，而砂磨機(jī)功率為185KW，每小時(shí)最少省電165度，而且只能做到50-100nm之間；而要達(dá)到50nm以下的效果必需要經(jīng)過(guò)均質(zhì)機(jī)的二次分散（均質(zhì)機(jī)功率60KW）。
按每天工作20小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，每度電1元的話，一天即可節(jié)約4500元，而時(shí)間上也節(jié)約了一半。一年按10個(gè)月的工期來(lái)算可以節(jié)約135萬(wàn)的電費(fèi)。合力爆破納米材料分散機(jī)有國(guó)產(chǎn)型和進(jìn)口型配置兩種，售價(jià)約78萬(wàn)和138萬(wàn)，1年即可返本，對(duì)比砂磨機(jī)和均質(zhì)機(jī)相當(dāng)于白送。
合力爆破納米材料分散機(jī) 20KW（每小時(shí)）效能= （磨砂機(jī)185KW（每小時(shí)）+均質(zhì)機(jī)60KW（每小時(shí)））效能 /12.25，既節(jié)能12.25倍。
剝層10nm以下的不需要二次均質(zhì)機(jī)分散，而且無(wú)任何化學(xué)分散劑；一臺(tái)設(shè)備就可以替代砂磨機(jī)和均質(zhì)機(jī)制備的導(dǎo)電材料，降低設(shè)備投資成本和時(shí)間成本。
特別適合大中型企業(yè)制備導(dǎo)電劑及10nm以下粉體,且粉體無(wú)二次團(tuán)聚、一致性非常好、無(wú)碎片、無(wú)斷管、分散均勻。
1.1合力爆破納米材料分散機(jī)工作原理
超聲波通過(guò)液體時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械波推動(dòng)液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)形成膨脹波和壓力波，當(dāng)膨脹波足夠大時(shí)，液體就會(huì)產(chǎn)生氣泡，當(dāng)超聲波達(dá)到20kHz時(shí)，即以每秒2萬(wàn)個(gè)膨脹波和壓力波連續(xù)形成，在超聲波的發(fā)射方向，膨脹波和壓力波形成同軸直線性疊加，2萬(wàn)個(gè)/s連續(xù)同軸直線性疊加；氣泡核的產(chǎn)生、長(zhǎng)大和潰滅，形成連續(xù)發(fā)生的空化過(guò)程。當(dāng)氣泡在聲場(chǎng)中長(zhǎng)大并與聲場(chǎng)產(chǎn)生共振時(shí)，會(huì)吸收聲場(chǎng)能量，時(shí)間極為短暫僅為兩萬(wàn)分之一秒；一旦氣泡吸收能量就不再與聲場(chǎng)同步，氣泡表面與下一個(gè)壓力波產(chǎn)生沖擊，在極短時(shí)間內(nèi)（兩萬(wàn)分之一秒）潰滅，潰滅的氣泡產(chǎn)生氣壓強(qiáng)，當(dāng)周?chē)鷼馀菔艿綒鈮簭?qiáng)作用時(shí)形成高溫，受高溫影響和氣體進(jìn)一步膨脹壓縮，氣泡形成內(nèi)高壓，這一過(guò)程以2萬(wàn)個(gè)/s氣泡潰滅連續(xù)發(fā)生。
針對(duì)納米團(tuán)聚顆粒，超聲空化效應(yīng)產(chǎn)生的壓強(qiáng)氣體、液體楔入滲入團(tuán)聚顆粒中團(tuán)聚界面的縫隙；
這些氣體、液體以楔入方式滲入團(tuán)聚顆粒中團(tuán)聚界面的縫隙又受到連續(xù)疊加效應(yīng)，使團(tuán)聚顆粒粒子內(nèi)形成氣體、液體膨脹壓強(qiáng)，并依照?qǐng)F(tuán)聚界面解體擴(kuò)散；這一作用分散液流體接近超聲波發(fā)射振子端面距離越近，氣體、液體的相互楔入滲入速度越快，團(tuán)聚體被分散的作用就越強(qiáng)。
分散液流體液相中形成的空化氣泡將以對(duì)稱(chēng)方式崩潰，所產(chǎn)生的沖擊波會(huì)加速固體顆粒的自身運(yùn)動(dòng)；
連續(xù)的、同軸向、直線性疊加的氣泡潰滅，使受壓強(qiáng)的顆粒形成很高的運(yùn)動(dòng)速度，造成顆粒間的劇烈摩擦，一些脆性顆粒被粉碎、一些團(tuán)聚顆粒解理分散。
而當(dāng)團(tuán)聚固體顆粒為液體中空化氣泡直徑的幾倍時(shí)，受團(tuán)聚固體表面的影響，其附近空化氣泡的崩潰是非對(duì)稱(chēng)的，從而產(chǎn)生指向固體表面的高速濺射射流，高速濺射射流速度可以達(dá)到100m／s 以上，這樣的微射流會(huì)在團(tuán)聚固體顆粒表面產(chǎn)生局部的破裂崩塌，起到團(tuán)聚固體解離性分散效果；
1.2超聲波的超聲空化做功主要特點(diǎn)
能量傳遞距離十分有限，近似作直線傳播的有效距離限于3～5mm，不同介質(zhì)有所差別；在液體中氣泡潰滅產(chǎn)生微噴射流動(dòng)能衰減很快，微噴射的范圍限于范圍之內(nèi)。雖然微噴射的范圍很小，但是，能量集中，能形成局部高溫，及局部劇烈振動(dòng)，引起激震波、高壓強(qiáng)效應(yīng)，具有強(qiáng)化傳質(zhì)反應(yīng)的效果。分散液流體液相中形成的空化氣泡將以對(duì)稱(chēng)方式崩潰，所產(chǎn)生的沖擊波會(huì)加速固體顆粒的自身運(yùn)動(dòng)，連續(xù)同軸向直線性疊加的氣泡潰滅，使受壓強(qiáng)的顆粒形成很高的運(yùn)動(dòng)速度，造成顆粒間的劇烈摩擦，一些脆性顆粒被粉碎、一些團(tuán)聚顆粒解理分散。
1.3合力爆破法納米材料分散機(jī)主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)
具有分散效率高，無(wú)引入磨損金屬污染，節(jié)能、環(huán)保、清潔操作；
與現(xiàn)有技術(shù)相比，漿料流體受到壓縮增壓，漿料流體增壓后，噴射速度增加的高速?lài)娚錆{料，直接對(duì)準(zhǔn)換能發(fā)射波系統(tǒng)的發(fā)射波端子，發(fā)射波端子發(fā)射的膨脹波和壓力波與噴射的漿料相向撞擊，噴射的漿料流體勢(shì)能與發(fā)射波端子發(fā)射的膨脹波和壓力波形成合力，能顯著提高超聲波分散納米團(tuán)聚體的效果。
噴射的漿料與發(fā)射波端子發(fā)射的膨脹波和壓力波相向撞擊后，漿料經(jīng)混合再進(jìn)入流體泵，由流體泵再次壓縮，進(jìn)入增壓管增壓，增壓再次直接對(duì)準(zhǔn)換能發(fā)射波系統(tǒng)的發(fā)射波端子高速?lài)娚洌l(fā)射波端子發(fā)射的膨脹波和壓力波與噴射的漿料再次相向撞擊，如此循環(huán)，根據(jù)物料性質(zhì)選擇循環(huán)次數(shù)，使納米粉體團(tuán)聚體經(jīng)多次相向撞擊，形成合力爆破達(dá)到納米粉體團(tuán)聚體充分分散的目的。
1.4合力爆破法納米材料分散機(jī)在其它領(lǐng)域應(yīng)用
合力爆破法納米材料分散系統(tǒng)還適用于細(xì)胞破碎，顆粒植物原料混合溶媒配后提取有效成分的漿液、或含有發(fā)酵細(xì)胞的生物發(fā)酵液通過(guò)增壓管增壓后對(duì)準(zhǔn)發(fā)射波端子噴射，使發(fā)射波端子發(fā)射的膨脹波和壓力波與噴射的流體相向撞擊，相向撞擊使顆粒植物細(xì)胞或發(fā)酵細(xì)胞充分破碎，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物充分暴露溶液中，最終達(dá)到提高生物利用度的目的。
2、納米材料發(fā)展前景
2.1 納米材料的基本性質(zhì)
納米材料納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過(guò)渡區(qū)域，從通常的微觀和宏觀的觀點(diǎn)看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。
當(dāng)人們將宏觀物體細(xì)分成超微顆粒（納米級(jí)）后，它將顯示出許多奇異的特性，即，它的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)與大塊固體時(shí)相比，將會(huì)有顯著的不同，納米材料具有一定的獨(dú)特性，當(dāng)物質(zhì)尺度小到一定程度時(shí)，則必須改用量子力學(xué)取代傳統(tǒng)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)描述它的行為；
當(dāng)顆粒粒子尺寸由10微米降至10納米時(shí)，其粒徑雖改變?yōu)?000倍，但換算成體積時(shí)則將有109之巨，所以，二者的物理特性明顯的差異。
納米粒子的物理特性明顯異于大顆粒物質(zhì)的機(jī)理是：
在其表面積相對(duì)增大，也就是超微粒子的表面布滿了階梯狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)代表具有高表面能的不穩(wěn)定原子；
同時(shí)因粒徑變小、比表面積增大而提供了大量表面的活性原子。
這類(lèi)原子極易與外來(lái)原子吸附鍵結(jié)，形成團(tuán)聚。
2.2、納米磁性物質(zhì)
一般常見(jiàn)的磁性物質(zhì)均屬多磁區(qū)之集合體，當(dāng)粒子尺寸小至無(wú)法區(qū)分出其磁區(qū)時(shí)，即形成單磁區(qū)之磁性物質(zhì)。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜時(shí)，將成為優(yōu)異的磁性材料，是高端精密傳感器的關(guān)鍵材料。
2.3、納米粒子的熔點(diǎn)特性
納米粉末中由于每一粒子組成原子總量少，表面原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，使其表面晶格震動(dòng)的振幅較大，所以具有較高的表面能量，造成超微粒子特有的熱性質(zhì)，也就是造成了熔點(diǎn)下降，同時(shí)納米粉末將比普通粉末容易在較低溫度燒結(jié)，而成為良好的燒結(jié)促進(jìn)材料，這一特性使其在納米材料3D打印中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
2.4、納米材料的戰(zhàn)略性意義
“十四五”期間，納米材料3D打印用材料、
超導(dǎo)材料和智能仿生材料等前沿新材料在工業(yè)、電力、通信、軍事以及醫(yī)療等領(lǐng)域具有巨大商業(yè)價(jià)值及戰(zhàn)略意義，
2.5、10萬(wàn)億元市場(chǎng)需求 因此，市場(chǎng)應(yīng)用的迫切需求，納米金屬材料、有機(jī)高分子材料、生物材料和復(fù)合材料等3D打印材料，將成為未來(lái)基礎(chǔ)工業(yè)的重點(diǎn)領(lǐng)域，這些具有顛覆性的前沿新材料將直接影響國(guó)家的許多戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，未來(lái)納米材料產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)潛力將將以快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。根據(jù)國(guó)家開(kāi)發(fā)投資集團(tuán)有限公司預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年，中國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)將延續(xù)過(guò)去高速增長(zhǎng)的強(qiáng)勁勢(shì)頭，到2025年產(chǎn)值將突破10萬(wàn)億元，發(fā)展前景十分廣闊。
3、納米應(yīng)用的現(xiàn)狀
納米材料應(yīng)用的現(xiàn)狀 納米粒子的應(yīng)用和制備過(guò)程，面臨著很大的瓶頸性問(wèn)題，即納米粒子的團(tuán)聚問(wèn)題；
具體的說(shuō)：
對(duì)于納米材料，團(tuán)聚問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致一次納米顆粒異常長(zhǎng)大，造成性能的劣化；
對(duì)于具有自組裝結(jié)構(gòu)的納米材料，團(tuán)聚問(wèn)題會(huì)使結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；對(duì)于各類(lèi)直接利用納米粒子的場(chǎng)合，團(tuán)聚問(wèn)題更是直接影響了材料的效率和性能。由此可知，制約納米許多應(yīng)用領(lǐng)域最突出的問(wèn)題就是納米材料中納米粒子的團(tuán)聚。
團(tuán)聚體
碳納米管分散不充分
碳納米管分散充分
3.1、納米材料團(tuán)聚的機(jī)理研究：
3.1.1顆粒細(xì)化到納米級(jí)后，其表面積累了大量的正、負(fù)電荷，表面電荷的集聚造成納米顆粒的團(tuán)聚。
3.1.2、納米顆粒的表面積大，表面能高，處于能量不穩(wěn)定狀態(tài)，容易發(fā)生聚集達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
3.1.3、納米顆粒之間距離極短，相互間的范德華力遠(yuǎn)大于自身重力，其吸力相互吸引而發(fā)生團(tuán)聚。
3.1.4、納米顆粒之間表面氫鍵、化學(xué)鍵的作用，導(dǎo)致納米粒子之間的相互吸力吸引發(fā)生團(tuán)聚。
3.1.5、納米顆粒之間的量子隧道效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移和界面原子的相互耦合，使納米顆粒通過(guò)界面發(fā)生相互作用而團(tuán)聚.
石墨烯透射電鏡掃描
石墨烯疊層結(jié)構(gòu)
石墨烯兩維結(jié)構(gòu)
4、克服納米材料團(tuán)聚的技術(shù)
納米顆粒微觀物理性質(zhì)普遍存在斥力、或吸附力，克服納米材料團(tuán)聚，就必須增強(qiáng)納米顆粒間的斥力能，以克服吸附力，通?？梢圆扇∫韵氯N措施：
①?gòu)?qiáng)化納米微粒表面對(duì)分散介質(zhì)的潤(rùn)濕性，改變其界面結(jié)構(gòu)，提高溶劑化膜的強(qiáng)度和厚度，增強(qiáng)溶劑化排斥作用；
②增大納米微粒表面雙電層的電位絕對(duì)值，增強(qiáng)納米微粒間的靜電排斥作用；
③通過(guò)高分子分散劑在納米粒子表面的吸附，產(chǎn)生強(qiáng)化立體保護(hù)作用。
漿料的團(tuán)聚分散中，吸力與斥力的相互平衡是克服納米材料團(tuán)聚主要機(jī)理。
顆粒細(xì)化到納米級(jí)后，其表面積累了大量的正、負(fù)電荷，納米顆粒的形狀極不規(guī)則，這樣造成了電荷的聚集。
納米顆粒表面原子比例隨著納米粒徑的降低而迅速增加，當(dāng)降至10nm以下時(shí)，表面原子比例高達(dá)90%，原子幾乎全部集中到顆粒表面，處于高度活化狀態(tài)，導(dǎo)致表面原子配位數(shù)不足和高表面能。
納米顆粒具有很高的化學(xué)活性，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的表面效應(yīng)，很容易發(fā)生聚集而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而團(tuán)聚發(fā)生眾所周知納米氧化物極易產(chǎn)生自身的團(tuán)聚，使得應(yīng)有的性能難以充分發(fā)揮。
此外，納米氧化物的諸多奇異性能能否得到充分發(fā)揮，還取決于最大限度降低粉體與介質(zhì)間的表面張力。因此，納米氧化物粉體必須均勻分散，充分打開(kāi)其團(tuán)聚體，才能發(fā)揮其應(yīng)有的奇異性能。
5、不同分散技術(shù)比較
6、合力爆破石墨顆粒分散實(shí)驗(yàn)
采用的原料為石墨顆粒，粒徑為 10um。
圖解：?jiǎn)未瓮读?9Kg 常溫常壓操作 120min，獲得剝層分散結(jié)果，兩維比 1：2500～1：3500。
電鏡掃描顯示層厚＜6nm，且均衡性非常好。
圖解：10um石墨烯剝離120分鐘后電鏡掃描顯示層厚＜7nm，且均衡性非常好。
圖解：10um石墨烯剝離120分鐘后電鏡掃描顯示層厚＜6nm，且均衡性非常好。
圖解：10um石墨烯剝離120分鐘后電鏡掃描顯示層厚＜5nm，且均衡性非常好。
圖解：10um石墨烯剝離120分鐘后電鏡掃描顯示層厚＜6nm，且均衡性非常好。
圖解：10um石墨烯剝離120分鐘后電鏡掃描顯示層厚＜7nm，且均衡性非常好。
圖解：10um石墨烯剝離120分鐘后電鏡掃描顯示層厚＜6nm，且均衡性非常好。
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