Hielscher Ultralydsteknologi

Ultrasonic fræsning af termoelektriske Nano-pulvere

  • Forskning har vist, at ultralyd fræsning kan med held anvendes til fabrikation af termoelektriske nanopartikler og har potentiale til at manipulere overfladerne af partiklerne.
  • Ultrasonisk sleben partikler (f. eks. bi2Te3-baseret legering) viste en signifikant reduktion af størrelse og fremstillede Nano-partikler med mindre end 10 μm.
  • Desuden, sonikering producerer betydelige ændringer i overfladen morfologi af partiklerne og gøre det muligt derved at funktionalisere overfladen af mikro-og nano-partikler.

 

Termoelektriske nanopartikler

Termoelektriske materialer omdanner varmeenergi til elektrisk energi baseret på Seebeck og Peltier effekt. Derved bliver det muligt at vende næppe brugbar eller næsten tabt termisk energieffektivt til produktive applikationer. Da termoelektriske materialer kan indgå i nye applikationer såsom biotermiske batterier, solid-state termoelektrisk køling, optoelektroniske udstyr, plads, og bilindustrien elproduktion, forskning og industri søger efter facile og hurtig teknikker til at producere miljøvenlige, økonomiske og høj temperatur stabile termoelektriske nanopartikler. Ultralyds fræsning samt bottom-up-syntese (Sono-Krystallisation) er at lovende ruter til den hurtige masseproduktion af termoelektriske nanomaterialer.

Ultralyd fræse udstyr

For partikelstørrelsesreduktion af bismuth Telluride (bi2Te3), magnesium silicide (mg2SI) og silicium (SI) pulver, den højintensive ultralyds system UIP1000hdT (1kW, 20kHz) blev brugt i et åbent bægersetup. For alle forsøg amplitude var indstillet til 140 μm. Prøvebeholderen afkøles i et vandbad, temperaturen styres af termo-par. På grund af sonikering i et åbent fartøj blev køling brugt til at forhindre fordampning af fræse opløsningerne (f. eks. ethanol, butanol eller vand).

Ultrasonic fræsning er med held brugt til at reducere termoelektriske materialer til Nano-partikler.

(a) skematisk diagram af den eksperimentelle opsætning. b) Ultralydfræse apparater. Kilde: Marquez-Garcia et al. 2015.

UIP2000hdT-a 2000W højtydende ultrasonicator til industriel fræsning af nanopartikler.

UIP2000hdT med kan trykkes flowcellereaktor

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Ultrasonic fræsning for kun 4h af bi2Te3-legering allerede givet i en betydelig mængde af nanopartikler med størrelser mellem 150 og 400 nm. Udover størrelses reduktionen til Nano-intervallet resulterede sonikering også i en ændring af overfladens morfologi. SEM billeder i figuren nedenfor b, c og d viser, at de skarpe kanter af partiklerne før ultralyd fræsning er blevet glat og runde efter ultralyd fræsning.

Ultrasonic fræsning af Bi2Te3-baserede legering nanopartikler.

Partikelstørrelsesfordeling og SEM-billeder af Bi2Te3-baseret legering før og efter ultralyds fræsning. A – Partikelstørrelsesfordeling; B – SEM billede før ultralyd fræsning; C – SEM billede efter ultralyd fræsning for 4 h; D – SEM billede efter ultralyd fræsning for 8 h.
Kilde: Marquez-Garcia et al. 2015.

For at afgøre, om partikelstørrelsesreduktion og overflade modifikation er unikt opnås ved ultralyd fræsning, lignende eksperimenter blev udført ved hjælp af en høj-energi kugle mølle. Resultaterne er vist i fig. 3. Det er tydeligt, at 200 – 800 nm partikler blev produceret ved kugle fræsning for 48 h (12 gange længere end ultralyd fræsning). SEM viser, at de skarpe kanter af bi2Te3-legerings partiklerne forbliver i det væsentlige uændrede efter fræsning. Disse resultater indikerer, at de glatte kanter er unikke egenskaber af ultralyd fræsning. Tidsbesparende ved ultralyd fræsning (4 h vs 48 h kugle fræsning) er bemærkelsesværdigt, også.

Ultrasonic fræsning af Mg2Si.

Partikelstørrelse distribution og SEM billeder af Mg2Si før og efter ultralyd fræsning. a) fordeling af partikelstørrelse (b) SEM billede før ultralyd fræsning; (c) SEM billede efter ultralyd fræsning i 50% PVP – 50% EtOH for 2 h.
Kilde: Marquez-Garcia et al. 2015.

Marquez-Garcia et al. (2015) konkluderer, at ultralydfræsning kan forringe bi2Te3 og mg2Si pulver i mindre partikler, hvis størrelser spænder fra 40 til 400 nm, hvilket tyder på en potentiel teknik til industriel produktion af nanopartikler. Sammenlignet med højenergi-kugle fræsning har ultralydfræsning to unikke egenskaber:

  1. 1. forekomsten af en partikel størrelses kløft, der adskiller de oprindelige partikler fra dem, der dannes ved ultralyds fræsning Og
  2. 2. væsentlige ændringer i overfladen morfologi er synlige efter ultralyds fræsning, hvilket indikerer muligheden for at manipulere overfladerne af partiklerne.

Konklusion

Ultrasonic fræsning af hårdere partikler kræver sonikering under pres for at generere intens kavitation. Sonication under forhøjet tryk (såkaldt manosonication) øger forskydnings kræfterne og stress til partiklerne drastisk.
En kontinuerlig inline sonikering setup giver mulighed for en højere partikelbelastning (pasta-lignende gylle), som forbedrer fræse resultater, da ultralyd fræsning er baseret på Inter-partikel kollision.
Sonikering i en diskret recirkulation setup gør det muligt at sikre en homogen behandling af alle partikler og derfor en meget smal partikelstørrelsesfordeling.

En stor fordel ved ultralyd fræsning er, at teknologien let kan skaleres op til produktion af store mængder-kommercielt tilgængelige, kraftfuld industriel ultralyd fræsning kan håndtere mængder op til 10m3km/h

Fordele ved ultralyd fræsning

  • Hurtig, tidsbesparende
  • energibesparende
  • reproducerbare resultater
  • Ingen fræse medier (ingen perler eller perler)
  • Lave investeringsomkostninger

Højtydende Ultrasonicators

Ultrasonic fræsning kræver høj effekt ultralyd udstyr. For at generere intense cavitational forskydningskræfter, høje amplituder og tryk er afgørende. Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralyds-processorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan let kontinuerligt køres i 24/7 drift. For endnu højere amplituder, tilpassede ultralyd sonotroder er tilgængelige. I kombination med hielscher's kan trykkes flow reaktorer, meget intens kavitation er skabt således, at intermolekylære bondinger kan overvindes og effektive fræse effekter opnås.
Robustheden af Hielscher's ultralyds udstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tung pligt og i krævende miljøer. Digital og fjernbetjening samt automatisk Dataoptagelse på et indbygget SD-kort sikrer præcis behandling, reproducerbar kvalitet og muliggør proces standardisering.

Fordele ved Hielscher høj ydeevne Ultrasonicators

  • meget høje amplituder
  • højt tryk
  • kontinuerlig inline-proces
  • robust udstyr
  • lineær opdeling
  • gemme og lette at betjene
  • Let at rengøre

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular, hvis du ønsker at anmode om yderligere oplysninger om ultralydshomogenisering. Vi vil være glade for at tilbyde dig en ultralyds-system opfylder dine krav.









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende Ultralydapparater til sonochemical applikationer.

High-Power ultralyds-processorer fra Lab til pilot og industriel skala.

Litteratur / Referencer

  • Marquez-Garcia L., Li W., Bomphrey J.J., Jarvis D.J., min G. (2015): fremstilling af nanopartikler af termoelektriske materialer ved ultralyd fræsning. Journal af elektroniske materialer 2015.


Fakta Værd at vide

Termoelektrisk effekt

Termoelektriske materialer er karakteriseret ved at vise den termoelektriske effekt i en stærk eller bekvem, brugbar form. Den termoelektriske effekt refererer til fænomener, som enten en temperaturforskel skaber et elektrisk potentiale eller et elektrisk potentiale skaber en temperaturforskel. Disse fænomener er kendt som Seebeck effekt, der beskriver omdannelsen af temperatur til strøm, den Peltier effekt, som beskriver omdannelsen af strøm til temperatur, og Thomson effekt, som beskriver dirigent opvarmning/køling. Alle materialer har en ikke-nul termoelektrisk effekt, men i de fleste materialer er det for lille til at være nyttig. Men billige materialer, der viser en tilstrækkelig stærk termoelektrisk effekt samt andre nødvendige egenskaber for at gøre dem gældende, kan bruges i applikationer såsom elproduktion og køling. I øjeblikket, bismuth Telluride (bi2Te3) er almindeligt anvendt til dens termoelektriske effekt