Sonofragmentation описва счупване на частици в наноразмерни фрагменти от висока мощност ултразвук. За разлика от общата ултразвуков агломерати и фрезоване – където частиците са главно смлени и разделени от сблъсък между частиците – , Sono-fragementation се отличава с прякото взаимодействие между частиците и ударна вълна. Висока мощност / ниска честота ултразвукова кавитация създава и по този начин интензивни срязващи сили в течности. В екстремни условия на Cavitational балон колапс и interparticular сблъсък смила частици до много фин размер материал.

Ултразвуково производство и Получаване на наночастици

Ефектите на мощност ултразвук за производство на нано материали са добре известни: разпръскване, деагломерация и смилане & Шлайфане, както и на раздробяване с ултразвук често са единственият ефективен метод за лечение на нано частици, Това е особено вярно, когато става въпрос за много фини нано материали с особена funcionalities като с размери нано уникални характеристики на частиците са изразени. За създаване нано материал със специфични функции, трябва да се осигури дори и надежден процес на ултразвук. Hielscher доставки ултразвуково оборудване от лабораторни условия на пълна търговски размер производство.

Sono-Раздробяването от кавитация

Входът на мощни ултразвукови сили в течности създава екстремни условия. Когато ултразвук разпространява течна среда, ултразвукови вълни в резултат променлив компресия и разрежението цикъла (високо налягане и ниско налягане цикли). По време на циклите на ниско налягане, малки мехурчета вакуумни възникнат в течността. тези кавитация мехурчета растат в продължение на няколко цикъла с ниско налягане, докато не се постигне по размер, когато те не могат да абсорбират повече енергия. В това състояние на максимална абсорбира енергия и на размера на мехурчетата, балон разпадането на кавитация бурно и създава локално екстремни условия. Поради разпадането на кавитация мехурчета, много високи температури от прибл. 5000K и налягане от прибл. 2000atm са достигнати на местно ниво. Имплозията води до течни струи с скорост до 280 м / с (≈ 1000 км / ч). Sono-фрагментацията описва използването на тези интензивни сили за фрагментиране на частиците до по-малки размери в субмикрона и нано гамата. При прогресираща ултразвукова обработка формата на частиците се превръща от ъглова към сферична, което прави частиците по-ценни. Резултатите от синфракментацията се изразяват като скорост на фрагментация, която се описва като функция на входящата мощност, звуковия обем и размера на агломерата.
(1994) изследва ултразвука подпомага фрагментацията на агломератите във връзка с консумацията на енергия. Резултатите на изследователите "показват, че техниката на ултразвукова дисперсия може да бъде толкова ефективен, колкото конвенционалните техники за смилане. Промишлената практика на ултразвукова дисперсия (например по-големи сонди, непрекъсната пропускателна способност на окачването) може да промени тези резултати до известна степен, но повече се очаква, че специфичното енергопотребление не е причината за избора на този коминутрон техника, а по-скоро способността му да произвежда изключително фини (субмикрон) частици. " [Кустърс и Ал. 1994] Особено за подкопаването на прахове като силициев двуокис или цирконий, необходимата за единица маса прах специфична енергия е установено, че е по-ниска от ултразвукови смилане от тази на конвенционалните методи шлифоване. Ultrasonication засяга частиците не само чрез смилане и стриване, но също така и по полиране на твърди вещества. По този начин може да се постигне висока сферичност на частиците.

Sono-фрагментация за кристализация на наноматериали

"Въпреки че има малко съмнение, че на взаимодействие сблъсъци се случват в смеси с молекулни кристали, облъчени с ултразвук, те не са основен източник на фрагментация. За разлика от молекулни кристали, метални частици не са повредени от ударни вълни директно и могат да бъдат засегнати само от по-интензивна (но много по-рядко) на взаимодействие сблъсъци. Промяната в доминантните механизми за ултразвук на метални прахове спрямо аспирин суспензии подчертава различията в свойствата на меки метални частици и инертни молекулни кристали. "[Zeiger / Suslick 2011, 14,532]

Sonofragmentation на аспирин частици [Zeiger / Suslick 2011]

В gopi et al. (2008) се изследва производството на субмикрометричен алуминиев керамичен частици с висока чистота (предимно в границите от 100 nm) от микрометричен фураж (напр. 70-80 μm), използващ ехофрагментацията. Те наблюдават значителна промяна в цвета и формата на алуминий керамични частици в резултат на Соно-фрагментиране. Частиците в микрона, субмикрон и нано размер обхват могат лесно да бъдат получени чрез висока мощност ултразвук. Сферичността на частиците се увеличава с увеличаване на времето за задържане в акустичното поле.

Диспергиране в Surfactant

Поради ефективно ултразвукова счупване на частиците, използването на повърхностно активни вещества е от съществено значение за предотвратяване на деагломерация на субмикронни и наноразмерни частици получени. Колкото по-малък размер на частиците, толкова по съотношението apect повърхностна площ, която трябва да бъде покрита с повърхностно активно вещество, за да ги поддържа в суспензия и да се избегне coagualation частици "(агломерация). Предимството на ултразвук определя в ефект диспергиращи: едновременно смилане и фрагментация, ултразвук диспергирани на смлените фрагменти частици с повърхностно активното вещество, така че агломерация често той нано частици (почти) напълно избегнати.

промишленото производство

За да обслужваме пазара с висококачествен наноматериал, който изразява изключителни функционалности, се изисква надеждно обработващо оборудване. Ултразвуковите устройства с капацитет до 16kW на единица, които могат да се клъстеризират, позволяват обработка на практически неограничени потоци от обем. Благодарение на напълно линейната скалируемост на ултразвуковите процеси, ултразвуковите приложения могат да бъдат изпробвани без риск в лаборатория, оптимизирани в пейка и след това изпълнени безпроблемно в производствената линия. Тъй като ултразвуковото оборудване не изисква голямо пространство, то дори може да бъде преустроено в съществуващите технологични потоци. Операцията е лесна и може да бъде наблюдавана и управлявана чрез дистанционно управление, докато поддържането на ултразвукова система е почти пренебрежимо.

Разпределение на частиците размер и SEM изображения на Bi2Te3-базирана сплав преди и след ултразвукова фрезоване. A – Разпределение на частиците; B – SEM изображение преди ултразвукова фрезоване; C – SEM изображение след ултразвукова фрезоване за 4 часа; D – SEM изображение след ултразвукова смилане за 8 часа.
източник: Маркес-Гарсия и Ал. 2015.

Литература / Препратки