Hielscher ultrazvuková technologie

Ultrazvukové mletí termoelektrických nano-prášků

  • Výzkum ukázal, že Ultrazvukové frézování lze úspěšně použít pro výrobu termoelektrických nanočástic a má potenciál manipulovat s povrchy částic.
  • Ultrasonicky omletá částice (např.2Te3slitina na bázi slitiny) vykazovala významné snížení velikosti a Fabrikované nanočástice s méně než 10μm.
  • Kromě toho sonikace vytváří významné změny povrchové morfologie částic a umožňuje tak funkalizovat povrch mikro-a nanočástic.

 

Termoelektrické Nanočlánky

Termoelektrické materiály převádějí tepelnou energii na elektrickou energii založenou na efektu Seebeck a Peltier. Proto je možné efektivně otáčet a prakticky ztratit tepelnou energii v produktivních aplikacích. Vzhledem k tomu, že termoelektrické materiály mohou být součástí nových aplikací, jako jsou biothermal baterie, pevné elektrické chlazení, Optoelektronická zařízení, prostor a výroba automobilů, výzkum a průmysl hledají jednoduchá a rychlé techniky pro výrobu termoelektrických nanotechnologií šetrných k životnímu prostředí, hospodárnosti a vysokých teplot. Ultrazvukové frézování stejně jako syntéza zdola nahoru (Sono-Krystalizace) jsou slibné trasy k rychlé masové výrobě termoelektrických nanomateriálů.

Ultrazvukové zařízení pro frézování

Pro snížení velikosti částic bismutu telurid (BI2Te3), tlumicid hořčíku (mg2Si) a křemíkový (si) prášek, Ultrazvukový systém s vysokou intenzitou UIP1000hdT (1 kW, 20kHz) byl použit v otevřeném nastavení kádinky. Pro všechny pokusy byla amplituda stanovena na 140 μm. Nádoba na vzorky se ochladí ve vodní lázni, teplota je řízena termopárem. V důsledku sonikace v otevřeném plavidle bylo použito chlazení, aby se zabránilo vypařování frézovacích roztoků (např. etanolu, butanolu nebo vody).

Pro snížení termoelektrických materiálů na nano částice se úspěšně používá Ultrazvukové frézování.

a Schematický nákres zkušebního nastavení. b zařízení pro ultrazvukovou frézování. Pramen: Marquez-Garcia et al. 2015.

UIP2000hdT-a 2000 w vysoce výkonný ultraonizátor pro průmyslové mletí nano částic.

UIP2000hdT s tlakový reaktor s vysokým tlakem

Žádost o informace





Ultrazvukové frézování pouze pro 4h BI2Te3-slitina již byla vynášen ve velké množství nanočástic s velikostí mezi 150 a 400 nm. Kromě toho, že došlo ke snížení velikosti nanodosahu, sonikace také vyústila v změnu povrchové morfologie. Obrazy SEM na obrázku pod b, c a d zobrazují, že ostré hrany částic před ultrazvukem se po Ultrazvukové frézování stanou hladkými a kulatou.

Ultrazvukový mletím legovaných nanopat na bázi Bi2Te3.

Rozdělení velikosti částic a obrázky ze slitiny na Bi2Te3, před a po ultrazvukové fréze. A – Rozdělení velikosti částic; B – SEM obraz před ultrazvukem frézování; C – Obrázek SEM po Ultrazvukové frézování po dobu 4 h; D – Obrázek SEM po ultrazvukové fréze po dobu 8 h.
Pramen: Marquez-Garcia et al. 2015.

K určení, zda je snížení velikosti částic a úprava povrchu jednoznačně dosaženo ultrazvukem, byly podobné experimenty provedeny pomocí vysokoenergetického kulového mlýnku. Výsledky jsou uvedeny na obrázku 3. Je zjevné, že částice 200 – 800 Nm byly vyrobeny kulovou frézováním po dobu 48 h (12krát delší než Ultrazvukový frézování). SEM ukazuje, že ostré hrany BI2Te3legované částice zůstávají po frézování v podstatě nezměněny. Tyto výsledky naznačují, že hladké hrany jsou jedinečné vlastnosti ultrazvukového frézování. Pozoruhodná je také časová úspora pomocí ultrazvukového frézování (4 h vs 48 h).

Ultrazvukové mletím Mg2Si.

Rozdělení velikosti částic a snímky Mg2Si před a po ultrazvukové fréze. a rozdělení velikosti částic; b obrázek SEM před ultrazvukem frézování; c obraz SEM po Ultrazvukové frézování v 50% PVP – 50% EtOH pro 2 hod.
Pramen: Marquez-Garcia et al. 2015.

Marquez-Garcia et al. (2015) usuzuje, že Ultrazvukový frézování může zhoršit BI2Te3 a mg2Si prášek na menší částice, jehož velikost se pohybuje od 40 do 400 nm, což naznačuje možnou techniku průmyslové výroby nanočástic. Ve srovnání s vysokoenergetickým frézováním koulí mají Ultrazvukové frézování dvě jedinečné vlastnosti:

  1. 1. výskyt mezery v velikosti částic oddělující původní částice od částic vyrobených ultrazvukovým rozemletím; A
  2. 2. podstatné změny morfologie povrchu jsou patrné po ultrazvukové fréze, což naznačuje možnost manipulace s povrchy částic.

Závěr

Ultrazvuková frézka tvrdšího částic vyžaduje sonikaci pod tlakem, která generuje intenzivní kavitaci. Sonikace pod zvýšeným tlakem (tzv. manosonizace) zvyšuje sílu smyček a namáhání částic drasticky.
Nepřetržitá vložená Ultrazvuková instalace umožňuje vyšší zatížení částic (pasta podobné kejdy), což zlepšuje výsledky frézování, protože Ultrazvukový frézování je založeno na kolizi mezi částicemi.
Sonikace v diskrétní recirkulační instalaci umožňuje zajistit homogenní léčbu všech částic, a tím i velmi úzkou distribuci velikosti částic.

Hlavní výhodou ultrazvukového zpracování je, že technologie může být snadno škálovaná pro výrobu velkých množství – komerčně dostupných, silné průmyslové ultrazvukové frézování může zvládnout množství do 10 m3/h.

Výhody ultrazvukového mletí

  • Rychlá a úspora času
  • úspora energie
  • reprodukovatelné výsledky
  • Žádné mlýnské médium (bez korálků nebo perel)
  • Nízké investiční náklady

Vysoce výkonné Ultrasoniátory

Ultrazvukové frézování vyžaduje vysokoenergetické ultrazvukové zařízení. Pro vytvoření intenzivní kavitační síly jsou rozhodující vysoké amplitudy a tlak. Hielscher Ultrasonika’ průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až do 200 μm lze snadno spustit v 24/7 provozu. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici vlastní ultrazvukové sonotrody. V kombinaci s tlakovým reaktory Hielscher se vytváří velmi intenzivní kavitace, aby mohly být překonány intermolekulární bonby a bylo dosaženo účinných účinků frézování.
Robustnost Hielscherova ultrazvukového zařízení umožňuje 24/7 provoz při vysoké službě a v náročném prostředí. Digitální a dálkové ovládání, stejně jako automatické zaznamenávání dat do vestavěné SD karty, zajišťuje přesné zpracování, reprodukovatelné kvality a umožňuje standardizaci procesů.

Výhody společnosti Hielscher High Performance Ultrasonicátory

  • velmi vysoké amplitudy
  • vysoké tlaky
  • nepřetržitý vložený proces
  • robustní zařízení
  • lineární scale-up
  • uložení a snadné fungování
  • Snadné čištění

Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!

Požádejte o další informace

Použijte formulář níže, pokud chcete požádat o další informace o ultrazvukové homogenizace. Budeme rádi Vám nabídnout ultrazvukový systém plnění vašich požadavků.









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


Hielscher Ultraakustik vyrábí vysoce výkonné ultrasonicátory pro sonochemické aplikace.

Vysoce energetické ultrazvukové procesory od laboratoře k pilotnímu a průmyslovému měřítku.

Literatura / Reference

  • Marquez-Garcia L., li W., Bomphrey J.J., Jarvis D.J., min G. (2015): Příprava Nanofinků termoelektrických materiálů ultrazvukovým frézováním. Deník elektronických materiálů 2015.


Fakta Worth Knowing

Termoelektrický jev

Termoelektrické materiály jsou charakterizovány zobrazením termoelektrického efektu ve silné nebo pohodlné, použitelné formě. Termoelektrický jev se vztahuje k jevům, při nichž buď teplotní rozdíl vytváří elektrický potenciál, nebo elektrický potenciál vytváří teplotní rozdíl. Tyto jevy se nazývají Seebeckův jev, který popisuje konverzi teploty na proud, efekt Peltier, který popisuje konverzi proudu na teplotu, a vliv Thomson, který popisuje topení/chlazení vodičů. Všechny materiály mají nenulový termoelektrický efekt, ale ve většině materiálů je příliš malý, než aby mohl být užitečný. Avšak nízkonákladové materiály, které vykazují dostatečně silný termoelektrický efekt, jakož i další požadované vlastnosti pro jejich použití, mohou být použity v aplikacích, jako je výroba elektrické energie a chlazení. V současnosti se bismutu telurid (BI2Te3) se široce používá pro svůj Termoelektrický jev