亿鑫丰合力爆破法纳米材料分散机

1、亿鑫丰合力爆破法纳米材料分散机简介

功 率：20KW；

容 量：300L；

固 含 量：3～15%,无化学分散剂；

爆破时间：60～120Min；

分散效果：碳纳米管无断管、石墨烯无碎片

分散后无二次团聚；

石墨烯层：≤3nm 一致性好；

纳米片状氮化硼层：≤10nm 一致性好。

效益分析

以300L容量机型为例，合力爆破纳米材料分散机功率为20KW，而砂磨机功率为185KW，每小时最少省电165度，而且只能做到50-100nm之间；而要达到50nm以下的效果必需要经过均质机的二次分散（均质机功率60KW）。

按每天工作20小时的标准，每度电1元的话，一天即可节约4500元，而时间上也节约了一半。一年按10个月的工期来算可以节约135万的电费。合力爆破纳米材料分散机有国产型和进口型配置两种，售价约78万和138万，1年即可返本，对比砂磨机和均质机相当于白送。

合力爆破纳米材料分散机 20KW（每小时）效能= （磨砂机185KW（每小时）+均质机60KW（每小时））效能 /12.25，既节能12.25倍。

剥层10nm以下的不需要二次均质机分散，而且无任何化学分散剂；一台设备就可以替代砂磨机和均质机制备的导电材料，降低设备投资成本和时间成本。

特别适合大中型企业制备导电剂及10nm以下粉体,且粉体无二次团聚、一致性非常好、无碎片、无断管、分散均匀。

1.1合力爆破纳米材料分散机工作原理

超声波通过液体时产生的机械波推动液体质点运动形成膨胀波和压力波，当膨胀波足够大时，液体就会产生气泡，当超声波达到20kHz时，即以每秒2万个膨胀波和压力波连续形成，在超声波的发射方向，膨胀波和压力波形成同轴直线性叠加，2万个/s连续同轴直线性叠加；气泡核的产生、长大和溃灭，形成连续发生的空化过程。当气泡在声场中长大并与声场产生共振时，会吸收声场能量，时间极为短暂仅为两万分之一秒；一旦气泡吸收能量就不再与声场同步，气泡表面与下一个压力波产生冲击，在极短时间内（两万分之一秒）溃灭，溃灭的气泡产生气压强，当周围气泡受到气压强作用时形成高温，受高温影响和气体进一步膨胀压缩，气泡形成内高压，这一过程以2万个/s气泡溃灭连续发生。

针对纳米团聚颗粒，超声空化效应产生的压强气体、液体楔入渗入团聚颗粒中团聚界面的缝隙；

这些气体、液体以楔入方式渗入团聚颗粒中团聚界面的缝隙又受到连续叠加效应，使团聚颗粒粒子内形成气体、液体膨胀压强，并依照团聚界面解体扩散；这一作用分散液流体接近超声波发射振子端面距离越近，气体、液体的相互楔入渗入速度越快，团聚体被分散的作用就越强。

分散液流体液相中形成的空化气泡将以对称方式崩溃，所产生的冲击波会加速固体颗粒的自身运动；

连续的、同轴向、直线性叠加的气泡溃灭，使受压强的颗粒形成很高的运动速度，造成颗粒间的剧烈摩擦，一些脆性颗粒被粉碎、一些团聚颗粒解理分散。

而当团聚固体颗粒为液体中空化气泡直径的几倍时，受团聚固体表面的影响，其附近空化气泡的崩溃是非对称的，从而产生指向固体表面的高速溅射射流，高速溅射射流速度可以达到100m／s 以上，这样的微射流会在团聚固体颗粒表面产生局部的破裂崩塌，起到团聚固体解离性分散效果；

1.2超声波的超声空化做功主要特点

能量传递距离十分有限，近似作直线传播的有效距离限于3～5mm，不同介质有所差别；在液体中气泡溃灭产生微喷射流动能衰减很快，微喷射的范围限于范围之内。虽然微喷射的范围很小，但是，能量集中，能形成局部高温，及局部剧烈振动，引起激震波、高压强效应，具有强化传质反应的效果。分散液流体液相中形成的空化气泡将以对称方式崩溃，所产生的冲击波会加速固体颗粒的自身运动，连续同轴向直线性叠加的气泡溃灭，使受压强的颗粒形成很高的运动速度，造成颗粒间的剧烈摩擦，一些脆性颗粒被粉碎、一些团聚颗粒解理分散。

1.3合力爆破法纳米材料分散机主要技术优势

具有分散效率高，无引入磨损金属污染，节能、环保、清洁操作；

与现有技术相比，浆料流体受到压缩增压，浆料流体增压后，喷射速度增加的高速喷射浆料，直接对准换能发射波系统的发射波端子，发射波端子发射的膨胀波和压力波与喷射的浆料相向撞击，喷射的浆料流体势能与发射波端子发射的膨胀波和压力波形成合力，能显著提高超声波分散纳米团聚体的效果。

喷射的浆料与发射波端子发射的膨胀波和压力波相向撞击后，浆料经混合再进入流体泵，由流体泵再次压缩，进入增压管增压，增压再次直接对准换能发射波系统的发射波端子高速喷射，发射波端子发射的膨胀波和压力波与喷射的浆料再次相向撞击，如此循环，根据物料性质选择循环次数，使纳米粉体团聚体经多次相向撞击，形成合力爆破达到纳米粉体团聚体充分分散的目的。

1.4合力爆破法纳米材料分散机在其它领域应用

合力爆破法纳米材料分散系统还适用于细胞破碎，颗粒植物原料混合溶媒配后提取有效成分的浆液、或含有发酵细胞的生物发酵液通过增压管增压后对准发射波端子喷射，使发射波端子发射的膨胀波和压力波与喷射的流体相向撞击，相向撞击使颗粒植物细胞或发酵细胞充分破碎，细胞内产物充分暴露溶液中，最终达到提高生物利用度的目的。

2、纳米材料发展前景

2.1 纳米材料的基本性质

纳米材料纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。

当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即，它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质与大块固体时相比，将会有显著的不同，纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为；

当颗粒粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有109之巨，所以，二者的物理特性明显的差异。

纳米粒子的物理特性明显异于大颗粒物质的机理是：

在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不稳定原子；

同时因粒径变小、比表面积增大而提供了大量表面的活性原子。

这类原子极易与外来原子吸附键结，形成团聚。

2.2、纳米磁性物质

一般常见的磁性物质均属多磁区之集合体，当粒子尺寸小至无法区分出其磁区时，即形成单磁区之磁性物质。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜时，将成为优异的磁性材料，是高端精密传感器的关键材料。

2.3、纳米粒子的熔点特性

纳米粉末中由于每一粒子组成原子总量少，表面原子处于不稳定状态，使其表面晶格震动的振幅较大，所以具有较高的表面能量，造成超微粒子特有的热性质，也就是造成了熔点下降，同时纳米粉末将比普通粉末容易在较低温度烧结，而成为良好的烧结促进材料，这一特性使其在纳米材料3D打印中具有独特优势。

2.4、纳米材料的战略性意义

“十四五”期间，纳米材料3D打印用材料、

超导材料和智能仿生材料等前沿新材料在工业、电力、通信、军事以及医疗等领域具有巨大商业价值及战略意义，

2.5、10万亿元市场需求 因此，市场应用的迫切需求，纳米金属材料、有机高分子材料、生物材料和复合材料等3D打印材料，将成为未来基础工业的重点领域，这些具有颠覆性的前沿新材料将直接影响国家的许多战略性新兴产业，未来纳米材料产业市场潜力将将以快速发展的态势。根据国家开发投资集团有限公司预测，未来几年，中国新材料产业将延续过去高速增长的强劲势头，到2025年产值将突破10万亿元，发展前景十分广阔。

3、纳米应用的现状

纳米材料应用的现状 纳米粒子的应用和制备过程，面临着很大的瓶颈性问题，即纳米粒子的团聚问题；

具体的说：

对于纳米材料，团聚问题会导致一次纳米颗粒异常长大，造成性能的劣化；

对于具有自组装结构的纳米材料，团聚问题会使结构发生变化；对于各类直接利用纳米粒子的场合，团聚问题更是直接影响了材料的效率和性能。由此可知，制约纳米许多应用领域最突出的问题就是纳米材料中纳米粒子的团聚。

团聚体

碳纳米管分散不充分

碳纳米管分散充分

3.1、纳米材料团聚的机理研究：

3.1.1颗粒细化到纳米级后，其表面积累了大量的正、负电荷，表面电荷的集聚造成纳米颗粒的团聚。

3.1.2、纳米颗粒的表面积大，表面能高，处于能量不稳定状态，容易发生聚集达到稳定状态。

3.1.3、纳米颗粒之间距离极短，相互间的范德华力远大于自身重力，其吸力相互吸引而发生团聚。

3.1.4、纳米颗粒之间表面氢键、化学键的作用，导致纳米粒子之间的相互吸力吸引发生团聚。

3.1.5、纳米颗粒之间的量子隧道效应、电荷转移和界面原子的相互耦合，使纳米颗粒通过界面发生相互作用而团聚.

石墨烯透射电镜扫描

石墨烯叠层结构

石墨烯两维结构

4、克服纳米材料团聚的技术

纳米颗粒微观物理性质普遍存在斥力、或吸附力，克服纳米材料团聚，就必须增强纳米颗粒间的斥力能，以克服吸附力，通常可以采取以下三种措施：

①强化纳米微粒表面对分散介质的润湿性，改变其界面结构，提高溶剂化膜的强度和厚度，增强溶剂化排斥作用；

②增大纳米微粒表面双电层的电位绝对值，增强纳米微粒间的静电排斥作用；

③通过高分子分散剂在纳米粒子表面的吸附，产生强化立体保护作用。

浆料的团聚分散中，吸力与斥力的相互平衡是克服纳米材料团聚主要机理。

颗粒细化到纳米级后，其表面积累了大量的正、负电荷，纳米颗粒的形状极不规则，这样造成了电荷的聚集。

纳米颗粒表面原子比例随着纳米粒径的降低而迅速增加，当降至10nm以下时，表面原子比例高达90%，原子几乎全部集中到颗粒表面，处于高度活化状态，导致表面原子配位数不足和高表面能。

纳米颗粒具有很高的化学活性，表现出强烈的表面效应，很容易发生聚集而达到稳定状态，从而团聚发生众所周知纳米氧化物极易产生自身的团聚，使得应有的性能难以充分发挥。

此外，纳米氧化物的诸多奇异性能能否得到充分发挥，还取决于最大限度降低粉体与介质间的表面张力。因此，纳米氧化物粉体必须均匀分散，充分打开其团聚体，才能发挥其应有的奇异性能。

5、不同分散技术比较

6、合力爆破石墨颗粒分散实验

采用的原料为石墨颗粒，粒径为 10um。

图解：单次投料 9Kg 常温常压操作 120min，获得剥层分散结果，两维比 1：2500～1：3500。

电镜扫描显示层厚＜6nm，且均衡性非常好。

图解：10um石墨烯剥离120分钟后电镜扫描显示层厚＜7nm，且均衡性非常好。

图解：10um石墨烯剥离120分钟后电镜扫描显示层厚＜6nm，且均衡性非常好。

图解：10um石墨烯剥离120分钟后电镜扫描显示层厚＜5nm，且均衡性非常好。

图解：10um石墨烯剥离120分钟后电镜扫描显示层厚＜6nm，且均衡性非常好。

图解：10um石墨烯剥离120分钟后电镜扫描显示层厚＜7nm，且均衡性非常好。

图解：10um石墨烯剥离120分钟后电镜扫描显示层厚＜6nm，且均衡性非常好。