Termoelektrik nano-tozların ultrasəs frezelenmesi

• Tədqiqatlar göstərdi ki, ultrasəs frezeleme termoelektrik nanohissəciklərin istehsalı üçün uğurla istifadə edilə bilər və hissəciklərin səthlərini manipulyasiya etmək potensialına malikdir.
• Ultrasonik frezelenmiş hissəciklər (məsələn, Bi₂Te₃-əsaslı ərinti) əhəmiyyətli ölçüdə azalma göstərdi və 10µm-dən az olan nanohissəciklər hazırladı.
• Bundan əlavə, sonikasiya hissəciklərin səth morfologiyasında əhəmiyyətli dəyişikliklər yaradır və bununla da mikro və nanohissəciklərin səthini funksionallaşdırmağa imkan verir.

Termoelektrik nanohissəciklər

Termoelektrik materiallar Seebeck və Peltier effekti əsasında istilik enerjisini elektrik enerjisinə çevirir. Beləliklə, çətin istifadə edilə bilən və ya demək olar ki, itirilən istilik enerjisini səmərəli şəkildə məhsuldar tətbiqlərə çevirmək mümkün olur. Termoelektrik materiallar biotermal batareyalar, bərk cisimli termoelektrik soyutma, optoelektronik cihazlar, kosmos və avtomobil enerjisi istehsalı kimi yeni tətbiqlərə daxil edilə bildiyi üçün tədqiqat və sənaye ətraf mühitə uyğun, qənaətcil və yüksək məhsuldarlıq əldə etmək üçün asan və sürətli üsullar axtarır. temperatura davamlı termoelektrik nanohissəciklər. ultrasəs frezeleme eləcə də aşağıdan yuxarı sintez (sono-kristallaşma) termoelektrik nanomaterialların sürətli kütləvi istehsalı üçün perspektivli yollardır.

Ultrasonik Freze Avadanlığı

Vismut telluridinin hissəcik ölçüsünü azaltmaq üçün (Bi₂Te₃), maqnezium silisid (Mg₂Si) və silikon (Si) tozu, yüksək intensivlikli ultrasəs sistemi UIP1000hdT (1kVt, 20kHz) açıq stəkanda istifadə edilmişdir. Bütün sınaqlar üçün amplituda 140µm təyin edildi. Nümunə qabı su banyosunda soyudulur, temperatur termo-cüt tərəfindən idarə olunur. Açıq qabda sonikasiya səbəbindən freze məhlullarının (məsələn, etanol, butanol və ya su) buxarlanmasının qarşısını almaq üçün soyutma istifadə edilmişdir.

(a) Eksperimental qurğunun sxematik diaqramı. (b) Ultrasəs freze aparatı. mənbə: Marquez-Garcia et al. 2015.

Yalnız 4 saat Bi üçün ultrasəs frezeleme₂Te₃- ərinti artıq ölçüləri 150 və 400 nm arasında olan əhəmiyyətli miqdarda nanohissəciklər verdi. Nano diapazona ölçülərin azalması ilə yanaşı, sonikasiya da səth morfologiyasının dəyişməsi ilə nəticələndi. Aşağıdakı b, c və d şəklindəki SEM şəkilləri ultrasəs frezelemedən əvvəl hissəciklərin iti kənarlarının ultrasəs frezelemedən sonra hamar və yuvarlaq hala gəldiyini göstərir.

Ultrasəs frezelemedən əvvəl və sonra Bi2Te3 əsaslı ərintinin hissəcik ölçüsünün paylanması və SEM şəkilləri. a – hissəcik ölçüsü paylanması; b – ultrasəs frezeleme əvvəl SEM image; c – 4 saat ultrasəs frezeleme sonra SEM image; d – 8 saat ultrasəs frezeleme sonra SEM image.
mənbə: Marquez-Garcia et al. 2015.

Ultrasəs frezeleme ilə hissəcik ölçüsünün azaldılması və səth modifikasiyası unikal şəkildə əldə edilib-edilmədiyini müəyyən etmək üçün yüksək enerjili bilyalı dəyirmandan istifadə edərək oxşar təcrübələr aparıldı. Nəticələr Şəkil 3-də göstərilmişdir. Aydındır ki, 200-800 nm hissəciklər 48 saat (ultrasəs frezeleme ilə müqayisədə 12 dəfə uzun) top frezeleme ilə istehsal edilmişdir. SEM, Bi-nin kəskin kənarlarının olduğunu göstərir₂Te₃- ərinti hissəcikləri frezeleme sonra mahiyyətcə dəyişməz qalır. Bu nəticələr hamar kənarların ultrasəs frezelemenin unikal xüsusiyyətləri olduğunu göstərir. Ultrasəs frezeleme ilə vaxta qənaət (4 saata qarşı 48 saat bilyalı freze) də diqqətəlayiqdir.

Ultrasəs frezelemedən əvvəl və sonra Mg2Si-nin hissəcik ölçüsünün paylanması və SEM şəkilləri. (a) hissəcik ölçüsündə paylanma; (b) ultrasəs frezelemedən əvvəl SEM görüntüsü; (c) 2 saat ərzində 50% PVP–50% EtOH-da ultrasəs frezelemedən sonra SEM görüntüsü.
mənbə: Marquez-Garcia et al. 2015.

Marquez-Garcia et al. (2015) ultrasəs frezeleme Bi rüsvay edə bilər ki, bağlamaq₂Te₃ və Mg₂Si tozunu daha kiçik hissəciklərə çevirir, ölçüləri 40 ilə 400 nm arasında dəyişir ki, bu da nanohissəciklərin sənaye istehsalı üçün potensial bir texnika təklif edir. Yüksək enerjili bilyalı freze ilə müqayisədə, ultrasəs frezeleme iki unikal xüsusiyyətə malikdir:

1. 1. orijinal hissəcikləri ultrasəs frezeleme ilə əldə edilən hissəciklərdən ayıran hissəcik ölçüsündə boşluğun meydana gəlməsi; və
2. 2. səthin morfologiyasında əsaslı dəyişikliklər ultrasəs frezelemedən sonra aydın olur ki, bu da hissəciklərin səthlərini manipulyasiya etmək imkanını göstərir.

Nəticə

Daha sərt hissəciklərin ultrasəs frezelemesi sıx kavitasiya yaratmaq üçün təzyiq altında sonikasiya tələb edir. Yüksək təzyiq altında sonikasiya (sözdə manosonication) hissəciklərə kəsici qüvvələri və gərginliyi kəskin şəkildə artırır.
Davamlı inline sonication quraşdırma ultrasəs freze hissəciklər arası toqquşma əsaslanır, çünki freze nəticələrini yaxşılaşdırır daha yüksək hissəcik yükü (pasta kimi bulamaç) üçün imkan verir.
Diskret resirkulyasiya qurğusunda sonikasiya bütün hissəciklərin homojen müalicəsini və buna görə də çox dar hissəcik ölçüsü paylanmasını təmin etməyə imkan verir.

Ultrasəs frezelemenin əsas üstünlüyü ondan ibarətdir ki, texnologiya böyük miqdarda istehsal üçün asanlıqla genişləndirilə bilər - kommersiyada mövcud, güclü sənaye ultrasəs frezeleme 10 m-ə qədər olan məbləğləri idarə edə bilər.³/h.

Ultrasonik Frezelemenin üstünlükləri

• Sürətli, vaxta qənaət
• Enerjiyə qənaət
• təkrarlana bilən nəticələr
• Freze mediası yoxdur (muncuq və ya mirvari yoxdur)
• Aşağı investisiya dəyəri

Yüksək Performanslı Ultrasonikatorlar

Ultrasəs frezeleme yüksək güclü ultrasəs avadanlıq tələb edir. Güclü kavitasiya kəsmə qüvvələri yaratmaq üçün yüksək amplitüdlər və təzyiq çox vacibdir. Hielscher ultrasəs’ sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitüdlər verə bilər. 200µm-ə qədər olan amplitüdlər 24/7 əməliyyatda asanlıqla davamlı olaraq işlədilə bilər. Daha yüksək amplitüdlər üçün xüsusi ultrasəs sonotrodları mövcuddur. Hielscher-in təzyiqə məruz qala bilən axın reaktorları ilə birlikdə, molekullararası bağları aradan qaldırmaq və səmərəli freze effektləri əldə etmək üçün çox sıx kavitasiya yaradılır.
Hielscher-in ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi ağır iş şəraitində və tələbkar mühitlərdə 24/7 işləməyə imkan verir. Rəqəmsal və uzaqdan idarəetmə, həmçinin daxili SD karta məlumatların avtomatik qeydi dəqiq emal, təkrarlanan keyfiyyəti təmin edir və prosesin standartlaşdırılmasına imkan verir.

Hielscher Yüksək Performanslı Ultrasonikatorların üstünlükləri

• çox yüksək amplitüdlər
• yüksək təzyiqlər
• Davamlı Daxili Proses
• möhkəm avadanlıq
• Xətti Ölçəkləmə
• qənaət və idarə etmək asandır
• Təmizləmək asandır