تجزئة الصوت - تأثير الموجات فوق الصوتية على كسر الجسيمات
يصف Sonofragmentation كسر الجسيمات إلى شظايا بحجم النانو بواسطة الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة. على النقيض من التكتل بالموجات فوق الصوتية المشتركة والطحن – حيث يتم طحن الجسيمات بشكل أساسي وفصلها عن طريق التصادم بين الجسيمات – ، يتميز Sono-fragementation بالتفاعل المباشر بين الجسيمات وموجة الصدمة. تخلق الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة / منخفضة التردد تجويفا وبالتالي قوى قص مكثفة في السوائل. الظروف القاسية لانهيار فقاعة التجويف والاصطدام بين الجسيمات تطحن الجسيمات إلى مادة دقيقة الحجم للغاية.
إنتاج بالموجات فوق الصوتية وإعداد جزيئات النانو
آثار الموجات فوق الصوتية للطاقة لإنتاج المواد النانوية معروفة: التشتت ، التكتل والطحن & غالبا ما يكون الطحن وكذلك التجزئة عن طريق الصوتنة هي الطريقة الفعالة الوحيدة لعلاج جسيمات النانو. هذا صحيح بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بالمواد النانوية الدقيقة جدا ذات الوظائف الخاصة كما هو الحال مع حجم النانو يتم التعبير عن خصائص الجسيمات الفريدة. لإنشاء مادة نانو ذات وظائف محددة ، يجب ضمان عملية صوتنة متساوية وموثوقة. Hielscher لوازم معدات الموجات فوق الصوتية من نطاق المختبر إلى حجم الإنتاج التجاري الكامل.
MultiSonoReactor MSR-4 هو خالط مضمن صناعي مناسب لتجزئة وطحن الجسيمات والمواد النانوية.
سونو تجزئة بواسطة التجويف
إدخال قوى الموجات فوق الصوتية القوية في السوائل يخلق ظروفا قاسية. عندما تنشر الموجات فوق الصوتية وسطا سائلا ، تؤدي الموجات فوق الصوتية إلى تناوب دورات الضغط والتخلخل (دورات الضغط العالي والضغط المنخفض). خلال دورات الضغط المنخفض ، تنشأ فقاعات فراغ صغيرة في السائل. هذه التجويف تنمو الفقاعات على مدى عدة دورات ضغط منخفض حتى تصل إلى حجم عندما لا تستطيع امتصاص المزيد من الطاقة. في هذه الحالة من الطاقة القصوى الممتصة وحجم الفقاعة ، تنهار فقاعة التجويف بعنف وتخلق ظروفا قاسية محليا. بسبب الانفجار الداخلي ل التجويف يتم الوصول إلى الفقاعات ودرجات الحرارة المرتفعة جدا التي تبلغ حوالي 5000 كلفن وضغوط تبلغ حوالي 2000 ضغط جوي محليا. ينتج عن الانفجار الداخلي نفاثات سائلة تصل سرعتها إلى 280 م / ث (≈1000 كم / ساعة). يصف تجزئة Sono استخدام هذه القوى الشديدة لتفتيت الجسيمات إلى أبعاد أصغر في نطاق الميكرون الفرعي والنانو. مع تقدم صوتنة ، يتحول شكل الجسيمات من الزاوي إلى الكروي ، مما يجعل الجسيمات أكثر قيمة. يتم التعبير عن نتائج تجزئة الصوت كمعدل تجزئة يوصف بأنه دالة لمدخلات الطاقة والحجم الصوتي وحجم التكتلات.
Kusters et al. (1994) التحقيق في تجزئة التكتلات بمساعدة الموجات فوق الصوتية فيما يتعلق باستهلاكها للطاقة. تشير نتائج الباحثين إلى أن تقنية التشتت بالموجات فوق الصوتية يمكن أن تكون فعالة مثل تقنيات الطحن التقليدية. قد تؤدي الممارسة الصناعية للتشتت بالموجات فوق الصوتية (مثل المجسات الأكبر ، والإنتاجية المستمرة للتعليق) إلى تغيير هذه النتائج إلى حد ما ، ولكن بشكل عام ، من المتوقع أن استهلاك الطاقة المحدد ليس هو السبب في اختيار تقنية comminutron هذه بل قدرتها على إنتاج جزيئات دقيقة للغاية (دون ميكرون) ". [كوسترز وآخرون 1994] خاصة بالنسبة للمساحيق المتآكلة مثل السيليكا أو زركونيا ، تم العثور على الطاقة المحددة المطلوبة لكل وحدة مسحوق الكتلة لتكون أقل عن طريق الطحن بالموجات فوق الصوتية من طرق الطحن التقليدية. الموجات فوق الصوتية يؤثر على الجسيمات ليس فقط عن طريق الطحن والطحن ، ولكن أيضا عن طريق تلميع المواد الصلبة. وبالتالي ، يمكن تحقيق كروية عالية للجسيمات.
تجزئة سونو لتبلور المواد النانوية
"في حين أن هناك القليل من الشك في أن الاصطدامات بين الجسيمات تحدث في ملاط البلورات الجزيئية المشععة بالموجات فوق الصوتية ، إلا أنها ليست المصدر المهيمن للتفتت. على عكس البلورات الجزيئية ، لا تتضرر الجسيمات المعدنية بموجات الصدمة مباشرة ويمكن أن تتأثر فقط بالاصطدامات بين الجسيمات الأكثر كثافة (ولكن الأكثر ندرة). إن التحول في الآليات المهيمنة لصوتنة مساحيق المعادن مقابل ملاط الأسبرين يسلط الضوء على الاختلافات في خصائص الجسيمات المعدنية القابلة للطرق والبلورات الجزيئية القابلة للتفتيت. [زيجر / سوسليك 2011 ، 14532]
تجزئة جزيئات الأسبرين [Zeiger / Suslick 2011]
قام Gopi et al. (2008) بالتحقيق في تصنيع جزيئات سيراميك الألومينا عالية النقاء (في الغالب في نطاق أقل من 100 نانومتر) من تغذية بحجم ميكرومتر (على سبيل المثال ، 70-80 ميكرومتر) باستخدام تجزئة الصوت. لاحظوا تغيرا كبيرا في لون وشكل جزيئات سيراميك الألومينا نتيجة لتجزئة سونو. يمكن الحصول بسهولة على الجسيمات في نطاق حجم ميكرون وميكرون ونانو عن طريق صوتنة عالية الطاقة. زادت كروية الجسيمات مع زيادة وقت الاحتفاظ في المجال الصوتي.
التشتت في الفاعل بالسطح
نظرا لكسر الجسيمات بالموجات فوق الصوتية الفعال ، فإن استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي أمر ضروري لمنع تكتل الجسيمات دون الميكرون والنانو التي تم الحصول عليها. كلما كان حجم الجسيمات أصغر ، زادت نسبة apect لمساحة السطح ، والتي يجب تغطيتها بخافض للتوتر السطحي لإبقائها معلقة ولتجنب تخثر الجسيمات (التكتل). تكمن ميزة الموجات فوق الصوتية في تأثير التشتت: في وقت واحد مع الطحن والتجزئة ، قامت الموجات فوق الصوتية بتفريق شظايا الجسيمات المطحونة مع الفاعل بالسطح بحيث يتم تجنب تكتل جزيئات النانو (تقريبا) تماما.
الخالطات بالموجات فوق الصوتية فعالة وموثوقة لتشتت الجسيمات النانوية في الماء أو المذيبات. تظهر الصورة مختبر الموجات فوق الصوتية UP100H.
الإنتاج الصناعي
لخدمة السوق بمواد نانو عالية الجودة تعبر عن وظائف غير عادية ، يلزم وجود معدات معالجة موثوقة. الموجات فوق الصوتية مع ما يصل إلى 16kW لكل وحدة والتي هي clusterizized تسمح فورت انه معالجة تيارات حجم غير محدود تقريبا. نظرا لقابلية التوسع الخطي بالكامل للعمليات بالموجات فوق الصوتية ، يمكن اختبار تطبيقات الموجات فوق الصوتية بدون مخاطر في المختبر ، وتحسينها على نطاق مقاعد البدلاء ثم تنفيذها دون مشاكل في خط الإنتاج. نظرا لأن المعدات بالموجات فوق الصوتية لا تتطلب مساحة كبيرة ، فيمكن حتى تعديلها في تدفقات العمليات الحالية. العملية سهلة ويمكن مراقبتها وتشغيلها عبر جهاز التحكم عن بعد ، في حين أن صيانة نظام الموجات فوق الصوتية تكاد تكون مهملة.
توزيع حجم الجسيمات وصور SEM للسبائك القائمة على Bi2Te3 قبل وبعد الطحن بالموجات فوق الصوتية. a – توزيع حجم الجسيمات b – صورة SEM قبل الطحن بالموجات فوق الصوتية ؛ c – صورة SEM بعد الطحن بالموجات فوق الصوتية لمدة 4 ساعات ؛ d – صورة SEM بعد الطحن بالموجات فوق الصوتية لمدة 8 ساعات.
المصدر: ماركيز جارسيا وآخرون 2015.
اتصل بنا! / اسألنا!
الأدب / المراجع
- Ambedkar, B. (2012): Ultrasonic Coal-Wash for De-Ashing and De-Sulfurization: Experimental Investigation and Mechanistic Modeling. Springer, 2012.
- Eder, Rafael J. P.; Schrank, Simone; Besenhard, Maximilian O.; Roblegg, Eva; Gruber-Woelfler, Heidrun; Khinast, Johannes G. (2012): Continuous Sonocrystallization of Acetylsalicylic Acid (ASA): Control of Crystal Size. Crystal Growth & Design 12/10, 2012. 4733-4738.
- Gopi, K. R.; Nagarajan, R. (2008): Advances in Nanoalumina Ceramic Particle Fabrication Using Sonofragmentation. IEEE Transactions on Nanotechnology 7/5, 2008. 532-537.
- Kusters, Karl; Pratsinis, Sotiris E.; Thoma, Steven G.; Smith, Douglas M. (1994): Energy-size reduction laws for ultrasonic fragmentation. Powder Technology 80, 1994. 253-263.
- Zeiger, Brad W.; Suslick, Kenneth S. (2011): Sonofragementation of Molecular Crystals. Journal of the American Chemical Society. 2011.
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء UIP2000hdT (2kW, 20kHz) للخلط الفعال ، والتجانس ، والتشتت النانوي ، وتجزئة الجسيمات الصوتية.
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.