Sonofragmentation περιγράφει την θραύση των σωματιδίων σε θραύσματα νανο-μεγέθους από υψηλή ισχύς υπερήχων. Σε αντίθεση με την κοινή υπερηχητική αποσυσσωμάτωση και άλεση – όπου τα σωματίδια είναι κυρίως αλέθονται και διαχωρίστηκαν με σύγκρουσης μεταξύ σωματιδίων – , Sono-fragementation διακρίνεται από την άμεση αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων και κρουστικών κυμάτων. Υψηλής ισχύος / χαμηλής συχνότητας υπερήχων δημιουργεί σπηλαίωση και έτσι έντονη δυνάμεις διάτμησης σε υγρά. Οι ακραίες συνθήκες του cavitational κατάρρευσης φυσαλίδων και interparticular σύγκρουσης αλέθουν σωματίδια των πολύ λεπτό υλικό μεγέθους.

Υπερήχων παραγωγή και παρασκευή των Nano Σωματιδίων

Οι επιδράσεις των υπερήχων ισχύος για την παραγωγή υλικών νανο είναι γνωστά: διασποράς, Η αποσυσσωμάτωση και άλεση & Λείανσης καθώς και ο κατακερματισμός με κατεργασία με υπερήχους είναι συχνά η μόνη αποτελεσματική μέθοδος για τη θεραπεία της νανο-σωματίδια. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα όταν πρόκειται για πολύ λεπτές νανο υλικά με ιδιαίτερη funcionalities όπως με εκφράζονται μέγεθος νανο μοναδικά χαρακτηριστικά των σωματιδίων. Για να δημιουργήσετε υλικό nano με συγκεκριμένες λειτουργίες, πρέπει να εξασφαλίζεται ακόμη και αξιόπιστη διαδικασία υπερήχους. Hielscher προμήθειες υπερήχων από την εργαστηριακή κλίμακα σε πλήρη εμπορική μέγεθος της παραγωγής.

Sono-Κατακερματισμός από Σπηλαίωση

Η είσοδος των ισχυρών υπερήχων δυνάμεων σε υγρά δημιουργεί ακραίες συνθήκες. Όταν υπέρηχος διαδίδει ένα υγρό μέσο, ​​τα υπερηχητικά κύματα να οδηγήσει σε εναλλασσόμενες συμπίεση και κύκλους αραίωσης (υψηλή πίεση και κύκλων χαμηλής πίεσης). Κατά τη διάρκεια των κύκλων χαμηλής πιέσεως, μικρές φυσαλίδες κενό προκύπτουν στο υγρό. Αυτά τα σπηλαίωση φυσαλίδες αυξάνονται κατά τη διάρκεια αρκετών κύκλων χαμηλής πίεσης έως ότου επιτευχθεί ένα μέγεθος, όταν δεν μπορεί να απορροφήσει περισσότερη ενέργεια. Σε αυτήν την κατάσταση της μέγιστης απορροφούμενης ενέργειας και το μέγεθος φυσαλίδων, η κατάρρευση φούσκα σπηλαίωση βίαια και δημιουργεί τοπικά ακραίες συνθήκες. Λόγω της κατάρρευσης της σπηλαίωση φυσαλίδες, πολύ υψηλές θερμοκρασίες περίπου. 5000K και πιέσεις περίπου. Το 2000atm προσεγγίζεται τοπικά. Η έκρηξη έχει ως αποτέλεσμα την εκτόξευση υγρών εκτοξευόμενων ρευμάτων μέχρι 280m / s (≈1000km / h). Ο κατακερματισμός Sono περιγράφει τη χρήση αυτών των έντονων δυνάμεων για το θραύσμα των σωματιδίων σε μικρότερες διαστάσεις στο υπομικρό και το νανο. Με την πρόοδο της υπερήχησης, το σχήμα των σωματιδίων μετατρέπεται από γωνιακή σε σφαιρική, γεγονός που καθιστά τα σωματίδια πολύτιμα. Τα αποτελέσματα της διάσπασης του ηθμού εκφράζονται ως ρυθμός κατακερματισμού ο οποίος περιγράφεται ως συνάρτηση της εισροής ισχύος, του ηχητικού όγκου και του μεγέθους των συσσωματωμάτων.
Ο κούφερς et al. (1994) ερευνήθηκε ο υπερηχητικά υποβοηθούμενος κατακερματισμός των συσσωματωμάτων σε σχέση με την κατανάλωση ενέργειας. Τα αποτελέσματα των ερευνητών "υποδεικνύουν ότι η τεχνική διασποράς υπερήχων μπορεί να είναι εξίσου αποδοτική με τις συμβατικές τεχνικές λείανσης. Η βιομηχανική πρακτική της διασποράς υπερήχων (π.χ. μεγαλύτεροι ανιχνευτές, συνεχής μεταγωγή της αναστολής) μπορεί να μεταβάλει αυτά τα αποτελέσματα κάπως, αλλά πάνω-όλα αναμένεται ότι η συγκεκριμένη κατανάλωση ενέργειας δεν είναι ο λόγος για την επιλογή αυτού του τεχνική, αλλά μάλλον η ικανότητά της να παράγει εξαιρετικά λεπτή (υπομικρότητα) σωματίδια. " [Κούφερς et al. 1994] Ειδικά για τις σκόνες που διαβρώνουν Πυρίτιο ή ζιρκόνια, η ειδική ενέργεια που απαιτείται ανά μονάδα μάζας σκόνης βρέθηκε να είναι χαμηλότερα από υπερηχητική άλεση από εκείνο των συμβατικών μεθόδων άλεσης. Υπερήχους επηρεάζει τα σωματίδια όχι μόνο με άλεση και άλεση, αλλά επίσης και από στίλβωση των στερεών. Με αυτόν τον τρόπο, ένα υψηλό σφαιρικότητα των σωματιδίων μπορεί να επιτευχθεί.

Sono-κατακερματισμού για την κρυστάλλωση των νανοϋλικών

«Ενώ δεν υπάρχει αμφιβολία ότι οι συγκρούσεις διασωματιδιακά συμβαίνουν σε ιλείς των μοριακών κρυστάλλων ακτινοβολείται με υπερήχους, δεν είναι η κυρίαρχη πηγή κατακερματισμού. Σε αντίθεση με μοριακούς κρυστάλλους, σωματίδια μετάλλου δεν έχουν καταστραφεί από κρουστικά κύματα άμεσα και μπορεί να επηρεαστεί μόνο από την πιο έντονη (αλλά πολύ πιο σπάνια) συγκρούσεις interparticle. Η μετατόπιση σε κυρίαρχο μηχανισμούς για υπερήχηση των μεταλλικές σκόνες έναντι πολτών ασπιρίνη τονίζει τις διαφορές στις ιδιότητες των ελατό μεταλλικά σωματίδια και εύθρυπτα μοριακούς κρυστάλλους. «[Zeiger / Suslick 2011, 14532]

Sonofragmentation των σωματιδίων ασπιρίνης [Zeiger / Suslick 2011]

Οι γκόση και Αλ. (2008) ερευνήθηκαν για την κατασκευή υψηλής καθαρότητας υπομικρόμετρου κεραμικών σωματιδίων αλουμίνας (κυρίως σε περιοχή υπό 100 Nm) από ζωοτροφές μεγέθους μικρομέτρου (π.χ., 70-80 μm) με χρήση του ηχοκατακερματισμού. Παρατήρησαν μια σημαντική αλλαγή στο χρώμα και το σχήμα των κεραμικών σωματιδίων αλουμίνας ως αποτέλεσμα του Sono-κατακερματισμού. Σωματίδια σε μικρόν, υπομικρόν και νανο μέγεθος εύρος μπορεί εύκολα να ληφθεί από υψηλής ισχύος υπερήχων. Η σφαιρικότητα των σωματιδίων αυξήθηκε με την αύξηση του χρόνου κατακράτησης στο ακουστικό πεδίο.

Διασπορά στο επιφανειοδραστικό

Λόγω της αποτελεσματικής υπερήχων θραύση των σωματιδίων, η χρήση των επιφανειοδραστικών ουσιών είναι απαραίτητη για την αποφυγή αποσυσσωμάτωση του υπο-micron και σωματιδίων νανο-μεγέθους που λαμβάνεται. Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των σωματιδίων, τόσο υψηλότερη είναι η αναλογία apect της επιφάνειας, η οποία πρέπει να καλύπτονται με τασιενεργό για να τους κρατήσει σε εναιώρημα και να αποφευχθεί coagualation σωματίδια (συσσωμάτωση). Το πλεονέκτημα της υπερήχους καθορίζει στο φαινόμενο διασποράς: Ταυτόχρονα με την άλεση και τον κατακερματισμό, υπέρηχοι διασπείρονται τα αλέθεται θραύσματα σωματιδίων με την επιφανειοδραστική ουσία, έτσι ώστε η συσσωμάτωση oft αυτός nano είναι (σχεδόν) αποφεύγεται εντελώς σωματίδια.

Εργοστασιακή παραγωγή

Για να εξυπηρετήσει την αγορά με υψηλής ποιότητας νανο υλικό που εκφράζει εξαιρετικές λειτουργίες, απαιτείται αξιόπιστος εξοπλισμός επεξεργασίας. Οι συσκευές υπερήχων με μέγιστη χωρητικότητα 16kW ανά μονάδα που μπορούν να δημιουργήσουν συστοιχίες επιτρέπουν την επεξεργασία ουσιαστικά απεριόριστων ροών όγκου. Λόγω της πλήρως γραμμικής κλίμακας των υπερηχητικών διεργασιών, οι εφαρμογές υπερήχων μπορούν να δοκιμαστούν χωρίς κίνδυνο στο εργαστήριο, να βελτιστοποιηθούν σε κλίμακα κορυφής και στη συνέχεια να υλοποιηθούν χωρίς προβλήματα στη γραμμή παραγωγής. Καθώς το υπερηχητικό εξάρτημα δεν απαιτεί μεγάλο χώρο, μπορεί να μετατραπεί ακόμη και σε υπάρχουσες ροές επεξεργασίας. Η λειτουργία είναι εύκολη και μπορεί να παρακολουθείται και να εκτελείται μέσω τηλεχειριστηρίου, ενώ η συντήρηση ενός υπερηχητικού συστήματος είναι σχεδόν αμελητέα.

Κατανομή μεγέθους σωματιδίων και SEM εικόνες του Bi2Te3-based κράμα πριν και μετά από υπερήχων άλεση. A – Κατανομή μεγέθους σωματιδίων. B – SEM εικόνα πριν από υπερήχων άλεση? C – SEM εικόνα μετά από υπερήχων άλεση για 4 h; D – SEM εικόνα μετά από υπερήχων άλεση για 8 h.
Πηγή: Μάρκεζ-Γκαρσία et al. 2015.

Λογοτεχνία / Αναφορές