Hielscher تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية

تأثيرات Sonochemical على العمليات سول جل

المقدمة

جزيئات متناهية الصغر النانو الحجم وجسيمات كروية الشكل، والطلاء رقيقة، والألياف، والمواد التي يسهل اختراقها وكثيفة، فضلا aerogels التي يسهل اختراقها للغاية وxerogels هي الإضافات المحتملة للغاية لتطوير وإنتاج مواد عالية الأداء. المواد المتقدمة، بما في ذلك على سبيل المثال السيراميك والمسامية العالية، aerogels الخفيفة جدا والهجينة العضوية غير العضوية يمكن توليفها من تعليق الغروية أو البوليمرات في السائل عبر طريقة سول-جل. المادة تبين خصائص فريدة من نوعها، منذ تتراوح الجسيمات سول ولدت في حجم النانومتر. وبالتالي، فإن عملية سول-جل جزء من nanochemistry.
في ما يلي، يتم مراجعة تخليق مواد نانو الحجم عبر طرق سول-جل بمساعدة بالموجات فوق الصوتية.

عملية سول جل

ويشمل سول-جل وتجهيز ذات الصلة الخطوات التالية:

  1. مما يجعل سول أو عجل مسحوق، التبلور سول في قالب أو على ركيزة (في حالة الأفلام)، أو إجراء سول الثاني من مسحوق عجل ودبق لها، أو تشكيل المسحوق إلى الجسم عن طريق الطرق غير جل؛
  2. تجفيف؛
  3. إطلاق النار وتلبد. [رابينوفيتش 1994]
عمليات سول هلام هي طرق الرطب من المواد الكيميائية لتصنيع جل من أكاسيد المعادن أو البوليمرات المختلطة

الجدول 1: خطوات التوليف سول جل وعمليات المصب

الموجات فوق الصوتية السلطة يعزز ردود الفعل sonochemical (انقر للتكبير!)

مفاعل الزجاج بالموجات فوق الصوتية لل كيمياء السونوم

طلب معلومات





عمليات سول-جل وتقنية الرطب من المواد الكيميائية التوليف لتصنيع شبكة متكاملة (ما يسمى هلام) من أكاسيد المعادن أو البوليمرات المختلطة. كما السلائف، وتستخدم الأملاح المعدنية عادة غير العضوية مثل كلوريدات والمركبات الفلزية العضوية مثل alkoxides المعدنية. سول – تتمثل في تعليق السلائف – تحول إلى نظام ثنائي الطور هلامية، التي تتمثل في كل من السائل والطور الصلب. التفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء عملية سول-جل والتحلل، بولي التكثيف، ودبق.
خلال التحلل وبولي التكثيف، الغروانية (سول)، والذي يتألف في النانوية فرقت في مذيب، وتشكيلها. المرحلة سول الحالية تحول إلى هلام.
ويتكون مما أدى المرحلة هلام جسيمات أي حجم وتشكيل يمكن أن تختلف اختلافا كبيرا من الجسيمات الغروية منفصلة لالبوليمرات مستمرة تشبه السلسلة. شكل وحجم يعتمد على الظروف الكيميائية. من الملاحظات على شافي2 alcogels يمكن الاستنتاج عموما أن المحفز الأساسي النتائج سول في الأنواع منفصلة تتكون من تجميع مونومر-مجموعات، والتي هي أكثر إحكاما وتشعبت إلى حد كبير. تتأثر من قبل الترسيب وقوى الجاذبية.
سوليس حمض حفز مستمدة من سلاسل البوليمر متشابكا للغاية يظهر المجهرية الدقيقة جدا والمسام الصغيرة جدا التي تظهر موحدة تماما في جميع أنحاء المواد. تشكيل شبكة المستمر أكثر انفتاحا من البوليمرات منخفض الكثافة يعرض مزايا معينة فيما يتعلق الخصائص الفيزيائية في تشكيل الزجاج عالية الأداء والزجاج / مكونات السيراميك في 2 و 3 أبعاد. [السقا وآخرون. 1982]
في مزيد من خطوات المعالجة، التي تدور طلاء أو تراجع طلاء يصبح من الممكن ركائز معطف مع الأغشية الرقيقة أو من قبل الصب سول في قالب، لتشكيل ما يسمى هلام الرطب. بعد تجفيف إضافي والتدفئة، وسيتم الحصول على مادة كثيفة.
في اتخاذ مزيد من الخطوات العملية المصب، وهلام تم الحصول عليها يمكن زيادة تجهيزها. عبر هطول الأمطار، والانحلال الحراري رذاذ، أو تقنيات مستحلب، متناهية الصغر ومساحيق موحدة يمكن تشكيلها. أو ما يسمى aerogels، التي تتميز مسامية عالية وكثافة منخفضة للغاية، ويمكن أن تنشأ عن طريق استخراج الطور السائل من هلام الرطب. لذلك، يطلب من الظروف الحرجة بشكل طبيعي.
Ultrasonication هو أسلوب ثبت لتحسين التوليف سول جل مواد النانو. (اضغط للتكبير!)

الجدول 2: بالموجات فوق الصوتية التوليف سول-جل من TIO2 mesoporous [يو وآخرون، تشيم. COMMUN. 2003، 2078]

بالموجات فوق الصوتية عالية الطاقة

عالية الطاقة، ذات التردد المنخفض الموجات فوق الصوتية يوفر قدرة عالية على العمليات الكيميائية. عندما تدخل الموجات فوق الصوتية المكثفة في وسط سائل، بالتناوب الضغط العالي والضغط المنخفض دورات مع معدلات اعتمادا على وتيرة تحدث. دورات ارتفاع ضغط تعني الضغط، في حين دورات التردد المنخفض يعني خلخلة المتوسط. خلال دورة الضغط المنخفض (خلخلة)، وارتفاع الموجات فوق الصوتية السلطة يخلق فقاعات فراغ صغيرة في السائل. تنمو هذه الفقاعات فراغ على مدى عدة دورات.
وفقا لذلك لشدة الموجات فوق الصوتية، السائل يضغط وتمتد بدرجات متفاوتة. وهذا يعني أن التجويف الفقاعات قد تتصرف بطريقتين. في شدة الموجات فوق الصوتية المنخفضة ~ 1-3Wcm-2، فقاعات التجويف تتأرجح حول حجم بعض التوازن للعديد من الدورات الصوتية. ويطلق على هذه الظاهرة التجويف مستقر. في شدة الموجات فوق الصوتية عالية (≤10Wcm-2) تتشكل فقاعات التجويف في غضون بضع دورات الصوتية لدائرة نصف قطرها على الأقل مرتين حجمها الأولي وانهيار في نقطة ضغط عندما فقاعة لا يمكن استيعاب المزيد من الطاقة. هذا هو ما يسمى التجويف عابرة أو بالقصور الذاتي. خلال انهيار فقاعة، تحدث محليا يسمى النقاط الساخنة، والتي تتميز الظروف القاسية: خلال الانفجار الداخلي، محليا درجات حرارة عالية جدا (حوالي 5،000K) والضغوط (حوالي 2،000atm) وصلت. وانهيار فقاعة التجويف النتائج أيضا في طائرات السائل لمدة تصل إلى 280M / ث سرعة، والتي تعمل قوى القص كما عالية جدا. [Suslick 1998 / سانتوس وآخرون. 2009]

سونو-ormosil

صوتنة هو أداة فعالة لتركيب البوليمرات. خلال تفريق بالموجات فوق الصوتية وdeagglomeration، وقوى القص caviational، التي تمتد وكسر السلاسل الجزيئية في عملية غير عشوائية، تؤدي إلى خفض الوزن الجزيئي والبولي التبعثر. وعلاوة على ذلك، نظم متعددة المراحل هي فعالة جدا مشتت و مستحلب، لذلك وبشرط أن خليط ناعم جدا. وهذا يعني أن الموجات فوق الصوتية يزيد من معدل البلمرة على التحريك التقليدي والنتائج في الأوزان الجزيئية أعلى مع polydispersities أقل.
ويتم الحصول على Ormosils (سيليكات تعديل عضويا) عند إضافة سيلاني إلى السليكا المشتقة من هلام خلال عملية سول جل. والمنتج هو مركب المستوى الجزيئي مع تحسين الخواص الميكانيكية. تتميز سونو-Ormosils من قبل أعلى كثافة من المواد الهلامية الكلاسيكية فضلا عن الاستقرار الحراري محسن. لذا تفسيرا قد يكون زيادة درجة البلمرة. [روزا فوكس وآخرون. 2002]

القوات بالموجات فوق الصوتية القوية هي تقنية معروفة وموثوق بها لاستخراج (انقر للتكبير!)

فوق صوتي التجويف في السائل

Mesoporous تيو2 عبر الموجات فوق الصوتية سول جل التجميعي

Mesoporous تيو2 يستخدم widley كما ضوئي وكذلك في مجال الالكترونيات وتكنولوجيا الاستشعار والمعالجة البيئية. لخصائص المواد الأمثل، ويهدف إلى إنتاج تيو2 مع التبلور عالية ومساحة كبيرة. وساعد الطريق سول هلام بالموجات فوق الصوتية لديه ميزة أن الخصائص الجوهرية وخارجي من تيو2مثل حجم الجسيمات، ومساحة السطح، ومسام الحجم، المسام القطر، التبلور وكذلك التيتانيوم Anatase، الروتيل ونسب مرحلة brookite يمكن أن تتأثر السيطرة على المعلمات.
ميلاني وآخرون. (2011) أثبتت تركيب تيو2 النانوية التيتانيوم Anatase. لذلك، تم تطبيق عملية سول-جل للTiCl4 السلائف وفي كلا الاتجاهين، مع وبدون ultrasonication، وقد تم مقارنة. وأظهرت النتائج أن أشعة بالموجات فوق الصوتية يكون لها تأثير على رتابة جميع مكونات الحل الذي أحرزته طريقة سول-جل وتتسبب في كسر الروابط فضفاضة الغرويات النانومترية كبيرة في الحل. وهكذا، يتم إنشاء النانوية الصغيرة. الضغوط ودرجات الحرارة المرتفعة التي تحدث محليا كسر bondings في سلاسل البوليمر طويلة فضلا عن الحلقات الضعيفة ملزمة جسيمات أصغر، التي تتشكل الجماهير الغروية أكبر. المقارنة بين كل من تيو2 العينات، في حضور وغياب أشعة بالموجات فوق الصوتية، ويظهر في الصور أدناه SEM (انظر صورة 2).

الموجات فوق الصوتية يساعد عملية جلتنة خلال التوليف سول هلام. (اضغط للتكبير!)

الموافقة المسبقة عن علم. 2: صور SEM من TIO2 pwder، calcinated في 400 درجة مئوية ل1H وجلتنة وقت 24H: (أ) في وجود و (ب) في حالة عدم وجود الموجات فوق الصوتية. [ميلاني وآخرون. 2011]

وعلاوة على ذلك، يمكن أن التفاعلات الكيميائية الربح من آثار sonochemical، والتي تشمل على سبيل المثال الكسر من الروابط الكيميائية، وتعزيز كبيرا من التفاعل الكيميائي أو التدهور الجزيئي.

سونو-هلام

في سونو-حفاز ساعد ردود الفعل سول-جل، يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية على السلائف. من المعروف أن المواد الناتجة مع خصائص جديدة وsonogels. نظرا لعدم وجود مذيب إضافية في تركيبة مع بالموجات فوق الصوتية التجويفيتم إنشاء بيئة فريدة من نوعها لردود الفعل سول هلام، والذي يسمح لتشكيل ملامح معينة في المواد الهلامية الناتجة: كثافة عالية، والملمس غرامة، بنية متجانسة الخ وهذه الخصائص هي التي تحدد تطور sonogels على مزيد من المعالجة وبنية المواد النهائي . [بلانكو وآخرون. 1999]
Suslick والسعر (1999) تبين أن أشعة بالموجات فوق الصوتية سي (OC2ح5)4 في الماء مع حافزا حامض تنتج السيليكا "sonogel". استعدادا التقليدية من المواد الهلامية السيليكا من سي (OC2ح5)4والإيثانول هو يشيع استخدامها شارك في المذيبات بسبب عدم الذوبان-سي (OC2ح5)4 في الماء. استخدام هذه المذيبات في كثير من الأحيان مشكلة لأنها يمكن أن تسبب تكسير خلال خطوة التجفيف. يوفر Ultrasonication خلط كفاءة عالية بحيث المضطربة شارك في المذيبات مثل الايثانول يمكن تجنبها. وهذا يؤدي إلى السيليكا سونو جل تتميز بكثافة أعلى من المواد الهلامية المنتجة تقليديا. [Suslick وآخرون. 1999، 319f.]
تتكون aerogels التقليدية مصفوفة منخفض الكثافة مع المسام فارغة كبيرة. وsonogels، في المقابل، أن يكون المسامية الدقيقة والمسام وعلى شكل المجال تماما، مع سطح أملس. منحدرات أكبر من 4 في منطقة زاوية عالية تكشف عن تقلبات الكثافة الإلكترونية الهامة على حدود المسام مصفوفة [روزا فوكس وآخرون. 1990].
وتظهر الصور من سطح العينات مسحوق بوضوح أن استخدام الموجات فوق الصوتية أدت إلى مزيد من التجانس في متوسط ​​حجم الجسيمات وأسفرت عن جسيمات أصغر. بسبب صوتنة، وبلغ متوسط ​​حجم الجسيمات يقلل من قبل تقريبا. 3 نانومتر. [ميلاني وآخرون. 2011]
وثبت من آثار إيجابية الموجات فوق الصوتية في الدراسات البحثية المختلفة. على سبيل المثال، تقرير Neppolian وآخرون. في عملهم أهمية ومزايا ultrasonication في تعديل وتحسين خصائص بهوتوكاتاليتيك من الجسيمات TIO2 بحجم النانو mesoporous. [وآخرون Neppolian الله. 2008]

Nanocoating عبر الموجات فوق الصوتية رد فعل سول هلام

Nanocoating يعني تغطي المواد بطبقة نانو النطاق أو تغطية كيان نانو الحجم. مغلفة بذلك أو يتم الحصول على الهياكل الأساسية قذيفة. هذه المركبة نانو ميزة الخواص الفيزيائية والكيميائية عالية الأداء نظرا لخصائص محددة جنبا إلى جنب و / أو آثار هيكلة المكونات.
Exemplarily، سيظهر الإجراء طلاء أكسيد الإنديوم القصدير (ITO) الجسيمات. والمغلفة جزيئات ITO مع السيليكا في عملية من خطوتين، كما هو مبين في دراسة تشن (2009). في الخطوة الأولى الكيميائية، ومسحوق أكسيد القصدير الإنديوم يخضع لعلاج aminosilane سافاس. والخطوة الثانية هي طلاء السيليكا تحت ultrasonication. ولإعطاء مثال محدد من صوتنة وآثاره، فإن الخطوة العملية الواردة في الدراسة تشن، ونوجزها فيما يلي:
عملية نموذجية لهذه الخطوة هي كما يلي: تم خلط 10g GPTS ببطء مع 20g من الماء المحمض بواسطة حمض الهيدروكلوريك (HCl) (الرقم الهيدروجيني = 1.5). تمت إضافة 4 جم من مسحوق aminosilane المعالج السابق الذكر إلى الخليط ، الوارد في زجاجة زجاجية 100ml. ثم وضعت الزجاجة تحت التحقيق من sonicator للإشعاع الموجات فوق الصوتية المستمر مع انتاج الطاقة من 60W أو أعلى.
بدأ رد فعل سول هلام بعد التشعيع الموجات فوق الصوتية 2-3min تقريبا، والتي تم إنشاؤها على رغوة بيضاء، ويرجع ذلك إلى الإفراج عن الكحول على التحلل واسعة من GLYMO (3- (2،3-Epoxypropoxy) propyltrimethoxysilane). تم تطبيق صوتنة ل20min، وبعد ذلك يحرك حل لعدة ساعات. مرة واحدة كانت العملية النهائية، تم جمع جزيئات بواسطة الطرد المركزي وتم غسلها مرارا وتكرارا مع الماء ثم إما المجففة لتوصيف أو الاحتفاظ فرقت في الماء أو المذيبات العضوية. [تشن عام 2009، p.217]

استنتاج

تطبيق الموجات فوق الصوتية لعمليات سول جل يؤدي إلى خلط أفضل وdeagglomeration جزيئات ". وهذا يؤدي إلى أصغر حجم الجسيمات، كروية، وانخفاض الأبعاد شكل جسيمات وتعزيز التشكل. تتميز يسمى سونو الهلام التي كثافتها وعلى ما يرام، بنية متجانسة. يتم إنشاء هذه الميزات ويرجع ذلك إلى تجنب استخدام المذيبات خلال تشكيل سول، ولكن أيضا، وأساسا، بسبب حالة عبر ربط الأولية للومد شبكات الناجمة عن الموجات فوق الصوتية. بعد عملية التجفيف، وsonogels الناتجة تقديم بنية الجسيمات، على عكس نظرائهم الحصول عليها دون تطبيق الموجات فوق الصوتية، والتي هي الخيطية. [Esquivias وآخرون. 2004]
ولقد ثبت أن استخدام الموجات فوق الصوتية مكثف يسمح للخياطة مواد فريدة من نوعها من العمليات سول جل. وهذا يجعل من الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة أداة قوية للكيمياء والمواد "البحث والتطوير.

اتصل بنا / اسأل عن مزيد من المعلومات

تحدث معنا حول متطلبات معالجة الخاص بك. وسوف نوصي معلمات الإعداد والتجهيز أكثر ملائمة للمشروع الخاص بك.





يرجى ملاحظة لدينا سياسة الخصوصية.


UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

1KW الإعداد إعادة تدوير بالموجات فوق الصوتية مع مضخة وخزان عقد يسمح للمعالجة متطورة

مراجع الادب

  • الأبيض، E؛ Esquivias، L؛ Litrán، R؛ Pinero، M؛ راميريز ديل للطاقة الشمسية، M؛ Rosa_Fox، وN. (1999): Sonogels والمواد المشتقة. تطبيق ورقة. الفلزية. علم. 13، 1999 ص. 399-418.
  • تشن، Q؛ بوثرويد، C؛ ماكينتوش سوتر، A .؛ تسنغ، X. T. (2010): سول-جل nanocoating على nanopowder TIO2 التجاري باستخدام الموجات فوق الصوتية. J. سول جل الخيال العلمي. TECHNOL. 53، 2010. ص. 115-120.
  • تشن، Q. (2009): طلاء السيليكا النانوية بواسطة عملية sonogel. SIMTech 04/10، 2009. ص. 216-220.
  • Esquivias، L؛ روزا فوكس، N. دي لا. بيخارانو، M .؛ موسكيرا، M. J. (2004): هيكل الهجين المادة الغروية بوليمر Xerogels. انجمير 20/2004. ص 3416-3423.
  • كرامي، A. (2010): توليف TIO2 مسحوق نانو من طريقة سول-جل واستخدامه بمثابة حفاز ضوئي. J. إيران. علم. شركة نفط الجنوب. 7، 2010. ص. 154-160.
  • لي، X؛ تشن، L؛ لي، B .؛ لي. L. (2005): إعداد زركونيا مساحيق النانو في الميدان بالموجات فوق الصوتية عن طريق أسلوب سول جل. عبر تكنولوجيا حانة. 2005.
  • Neppolian، B .؛ وانغ، Q؛ جونغ، H؛ تشوي، H. (2008): بالموجات فوق الصوتية بمساعدة طريقة سول-جل إعداد TIO2 نانو جزيئات: الخصائص، خصائص وتطبيق إزالة 4 الكلورية. Ultrason. Sonochem. 15، 2008. ص. 649-658.
  • بيير، A. C؛ Rigacci، A. (2011): شافي2 Aerogels. في: M.A. Aegerter وآخرون. (محرران): دليل Aerogels، التقدم في سول جل المواد المشتقة والتكنولوجيات. الوثاب العلوم + الأعمال: نيويورك، 2011. ص 21-45.
  • رابينوفيتش، E. M. (1994): تجهيز سول جل - المبادئ العامة. في: L. C. كلاين (محرر) سول جل البصريات: تجهيز والتطبيقات. كلوير الأكاديمية الناشرين: بوسطن، 1994. ص 1-37.
  • روزا فوكس، N. دي لا. Pinero، M .؛ Esquivias، L. (2002): مواد الهجين العضوية، غير العضوية من Sonogels. 2002.
  • روزا فوكس، N. دي لا. Esquivias، L. (1990): دراسات الهيكلية من sonogels السيليكا. J. غير Cryst. المواد الصلبة 121، 1990. ص. 211-215.
  • السقا، S؛ كاميا، K. (1982): إن سول جل الانتقالية: تشكيل ألياف الزجاج & الأغشية الرقيقة. J. غير بلوري المواد الصلبة 38، 1982. ص. 31.
  • سانتوس، H. M .؛ لوديرو، C؛ مارتينيز، J.-L. (2009): قوة الموجات فوق الصوتية. في: J.-L. مارتينيز (محرر): الموجات فوق الصوتية في الكيمياء: تطبيقات تحليلية. ايلي VCH: فاينهايم، 2009. ص 1-16.
  • Shahruz، N؛ حسين، M. M. (2011): التجميعي وحجم التحكم في إعداد النانوية حفاز ضوئي TiO2 استخدام أسلوب سول جل. العالم تطبيق ورقة. الخيال العلمي. J. 12، 2011. ص. 1981-1986.
  • Suslick، K. S؛ الأسعار، G. J. (1999): تطبيقات الموجات فوق الصوتية لمواد الكيمياء. أنو. القس مطر. الخيال العلمي. 29، 1999. ص. 295-326.
  • Suslick، K. S. (1998): Sonochemistry. في: كيرك-Othmer موسوعة التكنولوجيا الكيميائية، المجلد. 26، 4عشر. الطبعه، J. ايلي & أبناء: نيويورك، 1998. ص 517-541.
  • فيرما، L. Y؛ سينغ، M. P؛ سينغ، R. K. (2012): تأثير الموجات فوق الصوتية التشعيع على إعداد وخصائص Ionogels. J. Nanomat. 2012.
  • تشانغ، L.-Z؛ يو، J .؛ يو، J. C. (2002): إعداد المباشر Sonochemical من ثاني أكسيد التيتانيوم mesoporous متفاعل جدا مع إطار bicrystalline. ملخصات الاجتماع 201st للجمعية الكهروكيميائية، 2002.
  • https://www.hielscher.com/sonochem