RU179756U1 - Electrohydraulic Effect Dispersion Plant for Carbon Nanotubes - Google Patents

Electrohydraulic Effect Dispersion Plant for Carbon Nanotubes Download PDF

Info

Publication number
RU179756U1
RU179756U1 RU2017119331U RU2017119331U RU179756U1 RU 179756 U1 RU179756 U1 RU 179756U1 RU 2017119331 U RU2017119331 U RU 2017119331U RU 2017119331 U RU2017119331 U RU 2017119331U RU 179756 U1 RU179756 U1 RU 179756U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon nanotubes
voltage
electrodes
dispersion
discharge
Prior art date
Application number
RU2017119331U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ирина Сергеевна Шмыгова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова"
Priority to RU2017119331U priority Critical patent/RU179756U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU179756U1 publication Critical patent/RU179756U1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units

Abstract

Использование: для получения устойчивой дисперсии углеродных нанотрубок. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство содержит источник постоянного выпрямленного напряжения ВС-24, высоковольтный преобразователь «Разряд-1», блок высоковольтных конденсаторов общей емкостью 45,5 пФ, рассчитанный на напряжение 28 кВ, разрядник с регулируемым воздушным зазором между электродами. Технический результат - обеспечение возможности устойчивой дисперсии углеродных нанотрубок. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.Usage: to obtain a stable dispersion of carbon nanotubes. The essence of the utility model lies in the fact that the device contains a source of direct rectified voltage VS-24, a high-voltage converter "Discharge-1", a block of high-voltage capacitors with a total capacity of 45.5 pF, designed for a voltage of 28 kV, a spark gap with an adjustable air gap between the electrodes. EFFECT: provision of the possibility of stable dispersion of carbon nanotubes. 1 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области устройств вспомогательного учебного оборудования, а именно к учебной установке для получения устойчивой дисперсии углеродных нанотрубок и может быть использована для создания дисперсий углеродных нанотрубок и других твердых веществ, устойчивых к термическому воздействию, в воде, измельчения твердых материалов в жидкой среде, создания эмульсий.The utility model relates to the field of auxiliary educational equipment devices, namely, to a training facility for producing a stable dispersion of carbon nanotubes and can be used to create dispersions of carbon nanotubes and other solids that are resistant to thermal effects in water, grinding solid materials in a liquid medium, creating emulsions.

Задачей полезной модели является создание установки для диспергирования углеродных нанотрубок на основе электрогидравлического эффекта, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в получении устойчивой дисперсии углеродных нанотрубок.The objective of the utility model is to create a plant for the dispersion of carbon nanotubes based on the electro-hydraulic effect, providing a technical result consisting in obtaining a stable dispersion of carbon nanotubes.

Задача получения устойчивой дисперсии углеродных нанотрубок в жидкой среде является весьма актуальной. Это связано, в том числе, с использованием нанотрубок в составах полимерных материалов, где необходимо получение структуры, близкой к гомогенной. Также получение устойчивой дисперсии необходимо для получения оптических покрытий, оптических фильтров и анализаторов на основе углеродных нанотрубок.The problem of obtaining a stable dispersion of carbon nanotubes in a liquid medium is very relevant. This is due, inter alia, to the use of nanotubes in compositions of polymeric materials, where it is necessary to obtain a structure close to homogeneous. Also, obtaining a stable dispersion is necessary for obtaining optical coatings, optical filters, and analyzers based on carbon nanotubes.

Трудность в создании дисперсных сред с нанотрубками связана с высокой взаимосвязью отдельных углеродных трудок. Это приводит к образованию жгутов и клубков, препятствующих использованию преимуществ углеродных нанотрубок.The difficulty in creating dispersed media with nanotubes is associated with the high interconnection of individual carbon labor. This leads to the formation of bundles and coils, which impede the use of the advantages of carbon nanotubes.

Известен гомогенизатор погружной с моторредуктором1 (1 http://www.agro-mash.ru/gomogenizator-pogruzhnoi.html), основным рабочим элементом которого является погружной шнек с лопатками смесителя. Достоинствами данного устройства является высокая производительность, возможность работы в емкостях любого объема. Недостатками устройства является невозможность его применения для решения указанной задачи - создания дисперсии углеродных нанотрубок.Known submersible homogenizer with gear motor 1 ( 1 http://www.agro-mash.ru/gomogenizator-pogruzhnoi.html), the main working element of which is a submersible screw with mixer blades. The advantages of this device are high performance, the ability to work in containers of any volume. The disadvantages of the device is the impossibility of its application to solve this problem - the creation of a dispersion of carbon nanotubes.

Прототипом предлагаемого устройства является гомогенизатор погружной ультразвуковой2 (2 http://www.tehno.com/product.phtml?uid=B00120044790CB), предназначенный для гомогенизации и диспергирования небольшого количества веществ с использованием плотности ультразвука высокой мощности на поверхности погружаемых зондов, и состоящий из следующих основных частейThe prototype of the proposed device is a submersible ultrasonic homogenizer 2 ( 2 http://www.tehno.com/product.phtml?uid=B00120044790CB), designed to homogenize and disperse a small amount of substances using high-density ultrasound density on the surface of immersed probes, and consisting of the following main parts

a. ВЧ-генератор, необходимый для создания высокочастотного напряжения (порядка 20 кГц).a. An RF generator needed to create a high-frequency voltage (of the order of 20 kHz).

b. Магнитострикционный или пьезокерамический ультразвуковой преобразователь, предназначенный для трансформации электрической энергии в механические колебания.b. A magnetostrictive or piezoceramic ultrasonic transducer designed to transform electrical energy into mechanical vibrations.

c. Рога ультразвукового гомогенизатора предназначены для увеличения амплитуды колебаний.c. The horns of an ultrasonic homogenizer are designed to increase the amplitude of oscillations.

d. Зонды предназначены для передачи колебаний непосредственно в образец.d. Probes are designed to transmit vibrations directly to the sample.

В основе создания дисперсии лежит образование областей кавитации и распространению ударных волн. Это достигается за счет ультразвуковых колебаний среды, передаваемых через зонд от электромеханического преобразователя.The creation of dispersion is based on the formation of cavitation regions and the propagation of shock waves. This is achieved through ultrasonic vibrations of the medium transmitted through the probe from the electromechanical transducer.

Достоинствами этого устройства является высокая частота работы и высокая мощность излучения, простота конструкции исполнительного устройства - преобразователя, универсальность применения.The advantages of this device are the high frequency of operation and high radiation power, the simplicity of the design of the actuator - converter, the versatility of use.

Недостатками устройства являются невысокая надежность и высокая стоимость применяемых магнитострикционных и пьезокерамических преобразователей.The disadvantages of the device are the low reliability and high cost of the applied magnetostrictive and piezoelectric transducers.

Предлагаемое устройство обладает всеми основными перечисленными достоинствами аналога и лишено указанных недостатков вследствие применения принципиально иного подхода к электромеханическому преобразователю.The proposed device has all the main listed advantages of the analogue and is devoid of these disadvantages due to the application of a fundamentally different approach to the electromechanical converter.

Предлагаемая схема устройства содержит высоковольтный преобразователь и накопитель электрической энергии (батарея конденсаторов). Она не содержит ультразвукового преобразователя, а также зонда и рогов, что значительно упрощает и удешевляет устройство гомогенизатора. Основным рабочим элементом является коаксиальная схема расположения электродов.The proposed device circuit contains a high-voltage converter and an electric energy storage device (capacitor bank). It does not contain an ultrasonic transducer, as well as a probe and horns, which greatly simplifies and reduces the cost of the homogenizer device. The main working element is the coaxial arrangement of the electrodes.

Как и в случае указанного прототипа в основе работы данного устройства лежит эффект кавитации. Однако, в отличие от прототипа, эффект достигается не посредством ультразвуковых колебаний зонда, а в результате электрогидравлического эффекта, возникающего при прохождении электрического разряда через жидкость.As in the case of the specified prototype, the operation of this device is based on the effect of cavitation. However, unlike the prototype, the effect is achieved not by means of ultrasonic vibrations of the probe, but as a result of the electro-hydraulic effect that occurs when an electric discharge passes through a liquid.

Технический результат - обеспечение возможности получения устойчивой дисперсии углеродных нанотрубок - достигается за счет значительного перепада давления3 (3 Л.А. Юткин. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. - 253 с., ил.), недостижимого для гармонических колебаний пьезокерамических или магнитострикционных преобразователей, и возникающего при протекании разряда. Это обеспечивает необходимое усилие для разрыва связей между отдельными углеродными нанотрубками в жгутах и между жгутами в клубках.The technical result - providing the possibility of obtaining a stable dispersion of carbon nanotubes - is achieved due to a significant pressure drop 3 ( 3 L.A. Yutkin. Electro-hydraulic effect and its application in industry. L.: Mechanical engineering, Leningrad. Department, 1986. - 253 s ., ill.), unattainable for harmonic oscillations of piezoceramic or magnetostrictive transducers, and arising during the discharge. This provides the necessary force for breaking bonds between individual carbon nanotubes in bundles and between bundles in tangles.

Разряд происходит в самой среде, что обеспечивает образование областей кавитации и волн сверхвысоких давлений без использования промежуточных зондов. Это обеспечивает безинерционность.The discharge occurs in the medium itself, which ensures the formation of cavitation regions and ultrahigh pressure waves without the use of intermediate probes. This ensures inertialessness.

Первоначальное ускорение воды от расширяющегося канала разряда приводит к образованию полости, называемой кавитационной, и вызывает первый гидравлический удар.The initial acceleration of water from an expanding discharge channel leads to the formation of a cavity called cavitation, and causes the first hydraulic shock.

Схлопывание области приводит к возникновению второго гидроудара и появлению кавитационного кольца, состоящего из множества маленьких пузырьков.The collapse of the region leads to the appearance of a second hydroblow and the appearance of a cavitation ring, consisting of many small bubbles.

Образование областей разрежения и сжатия оказывают разрушающее воздействие на агломерации углеродных нанотрубок, а также хрупкие материалы. Это определяет область возможных применений способа диспергирования.The formation of rarefaction and compression regions has a destructive effect on the agglomeration of carbon nanotubes, as well as brittle materials. This determines the scope of the possible applications of the dispersion method.

Для повышения эффективности работы необходимо увеличивать мощность источника с целью уменьшения времени заряда батареи конденсаторов и повышения эффективности методики.To increase work efficiency, it is necessary to increase the power of the source in order to reduce the charge time of the capacitor bank and increase the efficiency of the method.

Частота разрядов обеспечивается параметрами электрического колебательного контура схемы и может достигать значений свыше 10-15 кГц.The discharge frequency is provided by the parameters of the electric oscillatory circuit of the circuit and can reach values above 10-15 kHz.

Полезная модель поясняется примерами ее выполнения.The utility model is illustrated by examples of its implementation.

Предлагаемая установка содержит источник постоянного выпрямленного напряжения ВС-24, высоковольтный преобразователь «Разряд-1», блок высоковольтных конденсаторов общей емкостью 45,5 пФ, рассчитанный на напряжение 28 кВ, разрядник с регулируемым воздушным зазором между электродами. В качестве электродов в жидкости использована коаксиальная схема расположения с внешней медной трубкой и внутренним медным стержневым электродом. Между электродами проложен изолирующий диэлектрический материал - каучук.The proposed installation contains a source of direct rectified voltage VS-24, a high-voltage converter "Discharge-1", a block of high-voltage capacitors with a total capacity of 45.5 pF, designed for a voltage of 28 kV, a spark gap with an adjustable air gap between the electrodes. As electrodes in a liquid, a coaxial arrangement with an external copper tube and an internal copper rod electrode is used. An insulating dielectric material, rubber, is laid between the electrodes.

На вход преобразователя подается выпрямленное напряжение 12 В, на выходе преобразователя (на батарею конденсаторов) - 25 кВ. Инициирующим элементом является воздушный разрядник с регулируемым зазором. При воздушном разряде в жидкости также происходит разряд, обеспечивающий гидроудар и кавитацию.A rectified voltage of 12 V is supplied to the input of the converter, 25 kV at the output of the converter (to the capacitor bank). The initiating element is an air gap with an adjustable gap. During an air discharge in a liquid, a discharge also occurs, which provides hydroblow and cavitation.

Установка работает в импульсном режиме 5-10 ударов/мин.The installation operates in a pulsed mode 5-10 beats / min.

Так в случае исходных параметров емкости и напряжения энергия, накапливаемая в батарее конденсаторов составляет 14,2 мДж. При обеспечении данной мощности и частоты срабатывания 20 кГц потребляемая мощность должна составлять около 285 Вт.So in the case of the initial parameters of the capacitance and voltage, the energy stored in the capacitor bank is 14.2 mJ. With this power and a response frequency of 20 kHz, the power consumption should be about 285 watts.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:The essence of the utility model is illustrated by drawings, which depict:

фиг. 1 - схема расположения элементов установки.FIG. 1 - layout of the installation elements.

На вход преобразователя 1 подается выпрямленное однофазное напряжение 200 В промышленной частоты 50 Гц, на выходе - напряжение 12 В, которое подается на вход преобразователя 2. На выходе напряжение составляет 25 кВ и подается на батарею конденсаторов 3. При подаче напряжения на батарею конденсаторов происходит накопления заряда до разряда. Инициирующим элементом является воздушный разрядник 4 с регулируемым зазором. При воздушном разряде в полипропиленовой емкости 5 с жидкостью также происходит разряд между электродами, обеспечивающий гидроудар и образование области кавитации. Схема расположения электродов - коаксиальная с изолирующей прокладкой. Это позволяет формировать ударную волну почти сферической формы. Форма волны с учетом небольших объемов обрабатываемых сред обеспечивает диспергирование материала по всему объему.A rectified single-phase voltage of 200 V at an industrial frequency of 50 Hz is supplied to the input of converter 1; a voltage of 12 V is supplied to the output of converter 2. The voltage is 25 kV at the output and applied to the capacitor bank 3. When voltage is applied to the capacitor bank, charge to discharge. The initiating element is an air gap 4 with an adjustable gap. During an air discharge in a polypropylene container 5 with a liquid, a discharge between the electrodes also occurs, providing a water hammer and the formation of a cavitation area. The arrangement of the electrodes is coaxial with an insulating gasket. This allows the formation of a shock wave of almost spherical shape. The wave form, taking into account the small volumes of the processed media, provides dispersion of the material throughout the volume.

Установка работает в импульсном режиме 5-10 ударов/мин.The installation operates in a pulsed mode 5-10 beats / min.

Для повышения эффективности работы необходимо увеличивать мощность источника с целью уменьшения времени заряда батареи конденсаторов и повышения эффективности методики.To increase work efficiency, it is necessary to increase the power of the source in order to reduce the charge time of the capacitor bank and increase the efficiency of the method.

Так в случае исходных параметров емкости и напряжения энергия, накапливаемая в батарее конденсаторов 3 составляет 14,2 мДж. При обеспечении данной мощности и частоты срабатывания 20 кГц потребляемая мощность должна составлять около 285 Вт.So in the case of the initial parameters of the capacitance and voltage, the energy stored in the capacitor bank 3 is 14.2 mJ. With this power and a response frequency of 20 kHz, the power consumption should be about 285 watts.

Предлагаемая установка для диспергирования углеродных нанотрубок на основе электрогидравлического эффекта позволяет изучить:The proposed installation for the dispersion of carbon nanotubes based on the electro-hydraulic effect allows you to study:

1. Воздействие электрогидравлического удара на эмульсии, суспензии, растворы и смеси, в том числе углеродные нанотрубки, помещенные в жидкость.1. The effect of electro-hydraulic shock on emulsions, suspensions, solutions and mixtures, including carbon nanotubes, placed in a liquid.

2. Силы поверхностного взаимодействия между частицами и волокнами в агломерациях (вкупе с микроскопическими исследованиями размеров агломераций).2. The forces of surface interaction between particles and fibers in agglomerations (together with microscopic studies of the sizes of agglomerations).

3. Способность веществ образовывать эмульсии, суспензии и смеси при электрогидравлическом воздействии.3. The ability of substances to form emulsions, suspensions and mixtures by electro-hydraulic action.

Установка проста в изготовлении, надежна в работе, не требует больших затрат при изготовлении ее в производстве.The installation is easy to manufacture, reliable in operation, does not require large expenses when manufacturing it in production.

Claims (2)

1. Установка для диспергирования углеродных нанотрубок, состоящая из источника постоянного выпрямленного напряжения ВС-24, высоковольтного преобразователя «Разряд-1», блока высоковольтных конденсаторов общей емкостью 45,5 пФ, рассчитанного на напряжение 28 кВ, разрядника с регулируемым воздушным зазором и электродов, отличающаяся тем, что в основе диспергирования и гомогенизации положен электрогидравлический эффект, возникающий в рабочей среде между электродами.1. Installation for dispersion of carbon nanotubes, consisting of a source of direct rectified voltage VS-24, high-voltage Converter "Discharge-1", a block of high-voltage capacitors with a total capacity of 45.5 pF, rated for 28 kV voltage, a spark gap with adjustable air gap and electrodes, characterized in that the dispersion and homogenization are based on the electro-hydraulic effect that occurs in the working medium between the electrodes. 2. Установка для диспергирования углеродных нанотрубок по п. 1, отличающаяся тем, что электроды выполнены по коаксиальной схеме с внешней медной трубкой и внутренним медным стержневым электродом с проложенным между электродами изолирующим диэлектрическим материалом - каучук, обеспечивающей образование почти сферических волн.2. Installation for dispersing carbon nanotubes according to claim 1, characterized in that the electrodes are made according to a coaxial circuit with an external copper tube and an internal copper rod electrode with an insulating dielectric material laid between the electrodes - rubber, which ensures the formation of almost spherical waves.
RU2017119331U 2017-06-01 2017-06-01 Electrohydraulic Effect Dispersion Plant for Carbon Nanotubes RU179756U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119331U RU179756U1 (en) 2017-06-01 2017-06-01 Electrohydraulic Effect Dispersion Plant for Carbon Nanotubes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119331U RU179756U1 (en) 2017-06-01 2017-06-01 Electrohydraulic Effect Dispersion Plant for Carbon Nanotubes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU179756U1 true RU179756U1 (en) 2018-05-23

Family

ID=62203257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017119331U RU179756U1 (en) 2017-06-01 2017-06-01 Electrohydraulic Effect Dispersion Plant for Carbon Nanotubes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU179756U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2069588C1 (en) * 1990-12-07 1996-11-27 Геннадий Николаевич Гаврилов Method of electrohydraulic dispersing of material
RU2411083C2 (en) * 2009-03-20 2011-02-10 Юрий Владимирович Борисов Method of dispersion and separation of materials and device to this end
US20120253240A1 (en) * 2003-02-19 2012-10-04 General Patent Llc Pressure pulse/shock wave method for generating waves having plane, nearly plane, convergent off target or divergent characteristics
RU153578U1 (en) * 2015-03-10 2015-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) ELECTROHYDRAULIC CRUSHER

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2069588C1 (en) * 1990-12-07 1996-11-27 Геннадий Николаевич Гаврилов Method of electrohydraulic dispersing of material
US20120253240A1 (en) * 2003-02-19 2012-10-04 General Patent Llc Pressure pulse/shock wave method for generating waves having plane, nearly plane, convergent off target or divergent characteristics
RU2411083C2 (en) * 2009-03-20 2011-02-10 Юрий Владимирович Борисов Method of dispersion and separation of materials and device to this end
RU153578U1 (en) * 2015-03-10 2015-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) ELECTROHYDRAULIC CRUSHER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6172444B1 (en) Power system for impressing AC voltage across a capacitive element
Neppiras Very high energy ultrasonics
CN208133309U (en) A kind of ultrasonic vibrator
RU179756U1 (en) Electrohydraulic Effect Dispersion Plant for Carbon Nanotubes
US11344824B2 (en) Ultrasonic microbubble generation method, apparatus and system
CN2774649Y (en) Supersonic liquid treatment energy conversion device
CN100537019C (en) Energy conversion method and device for ultrasonic liquid processing
US3162368A (en) Sonic energy transducer
Toraman Experimental investigations of preparation of calcite particles by ultrasonic treatment
Lipkens et al. Separation of micron-sized particles in macro-scale cavities by ultrasonic standing waves
CN101748895A (en) Concrete vibrator utilizing ultrasonic vibration and method thereof
RU2539978C1 (en) Preparation method of multicomponent ultrafine suspension and emulsion biofuels and plant for its implementation
RU2536499C1 (en) Method and device for dispersing of materials
CN107442390A (en) A kind of new type ultrasonic amplitude rod devices
CN107737709A (en) Double excitation two dimension coupled longitudinal vibration sandwich piezoelectric ultrasonic transducer
CN201627376U (en) Concrete vibration device using ultrasonic vibration
Khmelev et al. Specific features of the realization of ultrasonic action in liquid media under excessive pressure
CN207446655U (en) A kind of new type ultrasonic amplitude rod devices
CN202148416U (en) Ultrasonic dyeing process device
WO1998058417A1 (en) Systems for ultrasonically processing delicate parts
Perkins Power ultrasonic equipment: practice and application
Gugulothu et al. Exploring cavitating phenomenon with and without ultrasonic transducer
Vasiljev et al. Ultrasonic longitudinal-radial transducer for algae processing in oil extraction
CN110524464A (en) A kind of demounting bolt special spanner of ultrasonic wave auxiliary
RU43785U1 (en) ULTRASONIC INSTALLATION