تشتيت بالموجات فوق الصوتية وإزالة التكتل
يعد تشتيت وتكتل المواد الصلبة في السوائل تطبيقا مهما للموجات فوق الصوتية القوية وأجهزة الصوتيات من نوع المسبار. يولد التجويف بالموجات فوق الصوتية قصا عاليا بشكل غير عادي يكسر تكتلات الجسيمات إلى جزيئات واحدة مشتتة. نظرا لقوى القص العالية المركزة محليا ، تعتبر الصوتنة مثالية لإنتاج مشتتات بحجم mircon و nano للتجريب والبحث والتطوير ، وبالطبع للإنتاج الصناعي.
يعد خلط المساحيق في السوائل خطوة شائعة في صياغة المنتجات المختلفة ، مثل الطلاء أو الحبر أو مستحضرات التجميل أو المشروبات أو الهلاميات المائية أو وسائط التلميع. يتم تجميع الجسيمات الفردية معا بواسطة قوى جذب ذات طبيعة فيزيائية وكيميائية مختلفة ، بما في ذلك قوى فان دير فال والتوتر السطحي السائل. هذا التأثير أقوى بالنسبة للسوائل ذات اللزوجة العالية ، مثل البوليمرات أو الراتنجات. يجب التغلب على قوى الجذب من أجل إزالة التكتل وتشتيت الجسيمات في وسائط سائلة. اقرأ أدناه لماذا تعتبر المجانسات بالموجات فوق الصوتية معدات تشتيت متفوقة لتشتت الجسيمات دون الميكرون والنانو في المختبر والصناعة.
الموجات فوق الصوتية UP400St لإعداد تشتت الجسيمات النانوية على دفعات.
تشتيت المواد الصلبة بالموجات فوق الصوتية إلى سوائل
يعتمد مبدأ عمل المجانسات بالموجات فوق الصوتية على ظاهرة التجويف الصوتي. من المعروف أن التجويف الصوتي يخلق قوى فيزيائية مكثفة ، بما في ذلك قوى القص القوية جدا. تطبيق الإجهاد الميكانيكي يكسر تكتل الجسيمات. أيضا ، يتم ضغط السائل بين الجزيئات.
بينما بالنسبة لتشتيت المساحيق إلى سوائل ، تتوفر تجاريا تقنيات مختلفة مثل المجانسات عالية الضغط ، ومطاحن حبة المحرض ، والمطاحن النفاثة الاصطدامية ، وخلاط الجزء الثابت الدوار. ومع ذلك المشتتات بالموجات فوق الصوتية لها مزايا كبيرة. اقرأ أدناه كيف يعمل التشتت بالموجات فوق الصوتية وما هي مزايا التفريق بالموجات فوق الصوتية.
مبدأ العمل من التجويف بالموجات فوق الصوتية والتشتت
أثناء الصوتنة ، تخلق الموجات الصوتية عالية التردد مناطق متناوبة من الضغط والندرة في الوسط السائل. عندما تمر الموجات الصوتية عبر الوسط ، فإنها تخلق فقاعات تتوسع بسرعة ثم تنهار بعنف. وتسمى هذه العملية التجويف الصوتي. يولد انهيار الفقاعات موجات صدمة عالية الضغط ونفاثات صغيرة وقوى قص يمكنها تكسير الجسيمات الكبيرة والتكتلات إلى جزيئات أصغر. في عمليات التشتت بالموجات فوق الصوتية ، تعمل الجسيمات نفسها في التشتت كوسيط طحن. تتسارع من قبل قوى القص من التجويف بالموجات فوق الصوتية ، تصطدم الجسيمات مع بعضها البعض وتحطم إلى شظايا صغيرة. نظرا لعدم إضافة أي خرز أو لؤلؤ إلى التشتت المعالج بالموجات فوق الصوتية ، يتم تجنب الفصل والتنظيف المكثف للوقت والعمالة لوسائط الطحن وكذلك التلوث تماما.
هذا يجعل صوتنة فعالة جدا في تشتيت وتفكيك الجسيمات ، حتى تلك التي يصعب تحطيمها بطرق أخرى. ينتج عن هذا توزيع أكثر اتساقا للجسيمات ، مما يؤدي إلى تحسين جودة المنتج وأدائه.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للصوتنة التعامل بسهولة مع المواد النانوية وتفريقها وتوليفها مثل الكرات النانوية والبلورات النانوية والألواح النانوية والألياف النانوية والأسلاك النانوية وجزيئات القشرة الأساسية وغيرها من الهياكل المعقدة.
علاوة على ذلك ، يمكن إجراء صوتنة في إطار زمني قصير نسبيا ، وهي ميزة كبيرة على تقنيات التشتت الأخرى.
مزايا المشتتات بالموجات فوق الصوتية على تقنيات الخلط البديلة
توفر المشتتات بالموجات فوق الصوتية العديد من المزايا مقارنة بتقنيات الخلط البديلة مثل المجانسات عالية الضغط أو طحن الخرز أو خلط الجزء الثابت الدوار. ومن أبرز المزايا ما يلي:
- تحسين تقليل حجم الجسيمات: يمكن للمشتتات بالموجات فوق الصوتية تقليل أحجام الجسيمات بشكل فعال إلى نطاق النانومتر ، وهو أمر غير ممكن مع العديد من تقنيات الخلط الأخرى. هذا يجعلها مثالية للتطبيقات التي يكون فيها حجم الجسيمات الدقيقة أمرا بالغ الأهمية.
- خلط أسرع: يمكن للمشتتات بالموجات فوق الصوتية خلط وتفريق المواد بشكل أسرع من العديد من التقنيات الأخرى ، مما يوفر الوقت ويزيد الإنتاجية.
- لا تلوث: لا تتطلب المشتتات بالموجات فوق الصوتية استخدام وسائط الطحن مثل الخرز أو اللؤلؤ ، والتي تلوث التشتت عن طريق التآكل.
- جودة أفضل للمنتج: يمكن أن تنتج المشتتات بالموجات فوق الصوتية مخاليط ومعلقات أكثر اتساقا ، مما يؤدي إلى تحسين جودة المنتج واتساقه. خاصة في وضع التدفق ، يمر ملاط التشتت بمنطقة التجويف بالموجات فوق الصوتية بطريقة عالية التحكم لضمان معالجة موحدة للغاية.
- انخفاض استهلاك الطاقة: تتطلب المشتتات بالموجات فوق الصوتية عادة طاقة أقل من التقنيات الأخرى ، مما يقلل من تكاليف التشغيل.
- براعه: يمكن استخدام المشتتات بالموجات فوق الصوتية لمجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك التجانس والاستحلاب والتشتت وإزالة التكتل. يمكنهم أيضا التعامل مع مجموعة متنوعة من المواد ، بما في ذلك المواد الكاشطة والألياف والسوائل المسببة للتآكل وحتى الغازات.
نظرا لمزايا العملية هذه بالإضافة إلى الموثوقية والتشغيل البسيط ، تتفوق المشتتات بالموجات فوق الصوتية على تقنيات الخلط البديلة ، مما يجعلها خيارا شائعا للعديد من التطبيقات الصناعية.
UIP1000hdT (1000 واط) الموجات فوق الصوتية تشتيت الحشوات النانوية في الورنيش
التشتت بالموجات فوق الصوتية للسيليكا المدخنة في الماء: قبل الموجات فوق الصوتية حجم جسيمات السيليكا المتكتلة أكثر من 200 ميكرون (D50). بعد التشتت بالموجات فوق الصوتية للسيليكا المدخنة ، تم تقليل معظم الجسيمات إلى أقل من 200 نانومتر.
تشتيت بالموجات فوق الصوتية وإزالة التكتل في أي نطاق
Hielscher تقدم أجهزة الموجات فوق الصوتية لتشتيت وتكتل أي حجم لمعالجة دفعة أو مضمنة. تستخدم أجهزة المختبر بالموجات فوق الصوتية لأحجام من 1.5 مل إلى 2 لتر تقريبا. تستخدم أجهزة الموجات فوق الصوتية الصناعية في تطوير العملية والإنتاج للدفعات من 0.5 إلى 2000 لتر تقريبا أو معدلات التدفق من 0.1 لتر إلى 20 متر مكعب في الساعة.
Hielscher المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية يمكن أن تقدم السعات عالية جدا وبالتالي تشتيت موثوق وطحن الجسيمات إلى نانو على نطاق واسع. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة.
نظام الموجات فوق الصوتية للطاقة الصناعية MultiSonoReactor للتشتت الصناعي المضمن: الموجات فوق الصوتية عالية الأداء هي أنظمة خلط مضمنة موثوقة وعالية الكفاءة لإنتاج التشتت النانوي.
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 0.5 إلى 1.5 مل | ن.أ. | VialTweeter | 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر / دقيقة | UIP6000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
UIP1000hdT (1000 واط) الموجات فوق الصوتية تشتيت الحشوات النانوية في الورنيش
مزايا التشتت بالموجات فوق الصوتية: من السهل توسيع نطاقه
تختلف عن تقنيات التشتيت الأخرى ، يمكن توسيع نطاق الموجات فوق الصوتية بسهولة من المختبر إلى حجم الإنتاج. ستسمح الاختبارات المعملية بتحديد حجم المعدات المطلوب بدقة. عند استخدامها في المقياس النهائي ، تكون نتائج العملية مطابقة لنتائج المختبر.
الموجات فوق الصوتية: قوية وسهلة التنظيف
تنتقل الطاقة فوق الصوتية إلى السائل عن طريق سونوترودي. هذا جزء متماثل دوار نموذجي ، يتم تشكيله من التيتانيوم الصلب عالي جودة الطائرات. هذا هو أيضا الجزء المبلل المتحرك / الاهتزازي الوحيد. إنه الجزء الوحيد المعرض للتآكل ويمكن استبداله بسهولة في غضون دقائق. تسمح الشفاه المتذبذبة بفصل sonotrode في حاويات مفتوحة أو مغلقة قابلة للضغط أو خلايا تدفق في أي اتجاه. ليست هناك حاجة إلى محامل. جميع الأجزاء المبللة الأخرى مصنوعة بشكل عام من الفولاذ المقاوم للصدأ. تحتوي مفاعلات خلايا التدفق على أشكال هندسية بسيطة ويمكن تفكيكها وتنظيفها بسهولة ، على سبيل المثال عن طريق التنظيف والمسح. لا توجد فتحات صغيرة أو زوايا خفية.
منظف بالموجات فوق الصوتية في مكانه
تشتهر الموجات فوق الصوتية بتطبيقات التنظيف ، مثل السطح ، وتنظيف الجزء. كثافة الموجات فوق الصوتية المستخدمة لتفريق التطبيقات أعلى بكثير من التنظيف بالموجات فوق الصوتية النموذجية. عندما يتعلق الأمر بتنظيف الأجزاء المبللة من جهاز الموجات فوق الصوتية ، يمكن استخدام الطاقة فوق الصوتية للمساعدة في التنظيف أثناء التنظيف والشطف ، حيث يزيل التجويف بالموجات فوق الصوتية / الصوتية الجسيمات والمخلفات السائلة من sonotrode ومن جدران خلايا التدفق.
الأدب / المراجع
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.
- László Vanyorek, Dávid Kiss, Ádám Prekob, Béla Fiser, Attila Potyka, Géza Németh, László Kuzsela, Dirk Drees, Attila Trohák, Béla Viskolcz (2019): Application of nitrogen doped bamboo-like carbon nanotube for development of electrically conductive lubricants. Journal of Materials Research and Technology, Volume 8, Issue 3, 2019. 3244-3250.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
الخالط بالموجات فوق الصوتية UIP6000hdT للمعالجة الصناعية المضمنة للإنتاجية الكبيرة.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.