High Power Ultrazvuk

Vysoce výkonný, nízkofrekvenční ultrazvuk nabízí vysoký potenciál pro chemické procesy. Když jsou intenzivní ultrazvukové vlny zavádí do kapalného média, střídavě vysokotlaké a nízkotlaké cykly se vyskytují ceny v závislosti na frekvenci. Vysokotlaké cykly znamená komprese, zatímco nízké frekvence cyklů znamená zředění média. V průběhu nízkotlaké (zředění) cyklus, vysoký výkon ultrazvuk vytváří malé vakuové bubliny v kapalině. Tyto vakuové bubliny růst v průběhu několika cyklů.
V souladu s tím se intenzity ultrazvuku, kapalina komprimuje a táhne se v různé míře. To znamená, že kavitace bubliny může chovat dvěma způsoby. Při nízkých ultrazvukových intenzity ~ 1-3Wcm^-2, bubliny kavitace oscilují kolem nějaké rovnovážné velikosti pro mnoho akustických cyklů. Tento jev se nazývá stabilní kavitace. Při vysokých intenzitách ultrazvuku (≤ 10Wcm^-2) Se kavitačné bubliny jsou vytvořeny během několika akustických cyklech na poloměru alespoň dvojnásobek jejich původní velikosti a kolapsu v místě stlačení, kdy se bublina neabsorbuje více energie. To se nazývá přechodné nebo inerciální kavitace. Při implozi bublin dochází lokálně tak zvané horké body, které mají extrémní podmínky: Při implozi, lokálně velmi vysoké teploty (. Cca 5,000K) a tlaky (. Cca 2,000atm) je dosaženo. Imploze kavitace bubliny také za následek proudů kapaliny až do 280 m / s rychlost, které působí jako velmi vysoké střihové síly. [Suslick 1998 / Santos et al. 2009]

mezoporézní TiO₂ s pomocí ultrazvukového Sol-Gel Synthesis

mezoporézní TiO₂ Je widley používá jako fotokatalyzátor, stejně jako v elektronice, senzorové technologie a nápravy životního prostředí. Pro optimální vlastností materiálů, je zaměřen na výrobu TiO₂ s vysokou krystalinitou a velkým povrchem. Ultrazvukový asistované sol-gel cesta má tu výhodu, že vnitřní a vnější vlastnosti TiO₂, Jako je například velikost částic, povrch, pórů objem pórů o průměru, krystalinitou, stejně jako anatas, rutil a brookit poměry fáze mohou být ovlivněny řízením parametrů.
Milani a kol. (2011) prokázali syntézu TiO₂ anatas nanočástice. Proto je proces sol-gel byl aplikován na TiCl₄ prekurzor a oběma směry, s nebo bez ultrazvuku, byly porovnány. Výsledky ukazují, že působení ultrazvuku mají monotónní účinek na všechny složky roztoku připraveného metodou sol-gel a způsobit rozbití volných vazeb velkých nanometrických koloidů v roztoku. Tak jsou vytvořeny menší nanočástice. Místně se vyskytující vysoké tlaky a teploty porušit lepení v dlouhých polymerních řetězců, jakož i slabých vazebných menší částice, kterými se tvoří větší koloidní hmoty. Srovnání obou TiO₂ Vzorky, v přítomnosti a v nepřítomnosti ultrazvuku, je znázorněn na obrázcích SEM níže (viz obr. 2).

Obr. 2: SEM obrazy TiO2 pwder, kalcinována při 400 .degree.C po dobu 1 hodiny a želatinační dobu 24 h: (a) v přítomnosti a (b) v nepřítomnosti ultrazvuku. [Milani a kol. 2011]

Dále, chemické reakce mohou těžit z sonochemická účinky, mezi které patří např. k porušení chemických vazeb, významného zvýšení chemické reaktivity nebo molekulární degradaci.

Sono-Gely

v sono-katalyticky asistované sol-gel reakcí, ultrazvuk se aplikuje na prekurzorů. Výsledné materiály s novými vlastnostmi jsou známé jako sonogels. Vzhledem k nepřítomnosti dalšího rozpouštědla v kombinaci s ultrazvukem kavitaceSe vytvoří unikátní prostředí pro sol-gel reakcí, což umožňuje tvorbu jednotlivých prvků ve výsledných gelů: vysoká hustota, jemné struktury, homogenní struktura atd. Tyto vlastnosti určují vývoj sonogels na další zpracování a konečné struktuře materiálu , [Blanco a kol. 1999]
Suslick a cena (1999) ukazují, že ozáření ultrazvukem Si (OC₂H₅).₄ ve vodě, s kyselým katalyzátorem produkuje oxid křemičitý „sonogel“. Při běžném zpracování křemičitých gelů z Si (OC₂H₅).₄, Ethanol se běžně používá ko-rozpouštědlo, v důsledku nedodržení rozpustnosti Si (OC₂H₅).₄ ve vodě. Použití takových rozpouštědel je často problematické, protože mohou způsobit praskání během kroku sušení. Ultrazvuku poskytuje vysoce účinného míchání, takže se lze vyhnout těkavá ko-rozpouštědla, jako je ethanol. To má za následek silikagelu sono-gelu, vyznačující se tím vyšší hustotu než konvenčně vyrobených gelů. [Suslick a kol. 1999, 319f.]
Konvenční aerogely sestávají z nízké hustotě matrice s velkými póry a prázdné. Tyto sonogels, naproti tomu mají jemnější pórovitost a póry jsou docela koule tvaru, s hladkým povrchem. Sklony větší než 4 v oblastí vysokého úhlu odhalit důležité kolísání elektronické hustoty na hranicích se póry matrice [Rosa-Fox et al. 1990].
Obrazy povrchu práškových vzorků jasně ukazují, že s použitím ultrazvukových vln za následek větší homogenitě v průměrné velikosti částic a za následek menší částice. Vzhledem k ultrazvuku, je průměrná velikost částic se sníží o cca. 3 nm. [Milani a kol. 2011]
Pozitivní účinky ultrazvuku se osvědčil v různých výzkumných studií. Například zpráva Neppolian et al. v jejich práci význam a výhody ultrazvuku v modifikaci a zlepšení fotokatalytických vlastností mezoporézních nano velikosti TiO2 částic. [Neppolian a kol. 2008]

Nanocoating pomocí ultrazvukového sol-gel reakcí

Nanokotací se rozumí zakrytí materiálu s nano-měřítkem vrstvy nebo pokrytí entit nano-velikosti. Tím se získávají zapouzdřené nebo jádro-skořápkové struktury. Takové nano-kompozity mají fyzikálně a chemicky vysoce účinné vlastnosti díky kombinovaným specifickým vlastnostem a / nebo strukturním účinkům komponent.
Příkladem bude demonstrován postup potahování částic oxidu indium-cínu (ITO). Části ITO jsou pokryty oxidem křemičitým ve dvou krocích, jak ukazuje studie Chen (2009). V prvním chemickém kroku se prášek indium cín-oxid podrobí ošetření aminosilanem. Druhým krokem je oxid křemičitý pod ultrazvukem. Za účelem poskytnutí konkrétního příkladu sonikace a jejích účinků je procesní krok prezentovaný v Chenově studii následující:
Typický postup pro tento krok je následující: 10 g GPTS se pomalu smísilo s 20 g vody okyselené kyselinou chlorovodíkovou (HCl) (pH = 1,5). Do směsi se přidá 4 g výše uvedeného prášku zpracovaného aminosilanem obsaženého ve 100 ml skleněné láhvi. Lahvička byla potom umístěna pod sondu ultrazvuku pro kontinuální ozáření ultrazvukem s výstupním výkonem 60 W nebo vyšším.
Sol-gel Reakce byla zahájena po přibližně 2-3min ultrazvukové záření, na které byl vytvořen bílá pěna, v důsledku uvolnění alkoholu po rozsáhlé hydrolýze GLYMO (3- (2,3-epoxypropoxy) propyltrimethoxysilan). Sonikace se aplikuje po dobu 20 minut, načež se roztok míchá po dobu několika dalších hodin. Jakmile je proces byl dokončen, částice byly shromážděny odstředěním a byl několikrát promyje vodou a pak suší buď pro charakterizaci nebo udržován dispergované ve vodě nebo v organických rozpouštědlech. [Chen 2009, p.217]