Sono-keemiline toime sol-geeliprotsessidele

Sissejuhatus

Ultrafine nano-suurusega osakesed ja Sfäärilised kujuline osakesed, õhuke kile katted, kiud, poorne ja tihe materjale, samuti väga poorne aerogellid ja kserogeelid on väga potentsiaalsed lisandid arendamiseks ja tootmiseks suure jõudlusega Materjalid. Täiustatud materjale, sealhulgas näiteks keraamika, väga poorne, ülikerge aerogellid ja orgaanilised-anorgaanilised hübriidid, võib sünteesida kolloidne suspensioonid või polümeerid vedeliku kaudu Sol-Gel meetodil. Materjal näitab unikaalseid omadusi, kuna genereeritud Sol osakesed ulatuvad nanomeetri suurusest. Seega on Sol-Gel protsess osa nanokeemia.
Järgnevalt vaadatakse läbi ultraheliga toetatud Sol-Gel-marsruutide kaudu nanoosakeste materjalide sünteesi.

Sol-Gel protsess

Sol-Gel ja sellega seotud töötlemine sisaldab järgmisi samme:

  1. Sol või sadestatud pulber, mis hõõgastavad Sol hallituse või substraadiga (filmide puhul), või muutes teise Sol sade ja selle želeerimise, või kujundada pulbrit kehasse mitte-geelmarsruutide poolt;
  2. kuivatamine
  3. tulistamist ja patustamist. [Rabinovich 1994]
Sol-Gel protsessid on märjad-keemilised marsruudid metalloksiidide või hübriidpolümeeride geeli valmistamiseks

Tabel 1: Sol-Gel-sünteesi etapid ja allavoolu protsessid

Võimsus ultraheli soodustab sonocheemilisi reaktsioone (Klõpsa suurendamiseks!)

Ultraheli klaasist reaktor Sonokheemia

Infonõue




Pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Sol-Gel protsessid on märg-Keemiline meetod sünteesi integreeritud võrgu (niinimetatud geel) metalloksiidide või hübriidpolümeeride valmistamiseks. Lähteainetena kasutatakse tavaliselt anorgaanilist metallisoolat, näiteks metallkloriide ja orgaanilisi metallühendeid, näiteks metalloriide. Sol – mis seisneb lähteainete peatamisest – transplantaat geeli-samasuguse difaasilise süsteemiga, mis koosneb nii vedelikus kui ka Tahkes faasis. Sol-geelprotsessi ajal esinevad keemilised reaktsioonid on hüdrolüüs, polü-kondensatsioon ja želeerimine.
Hüdrolüüsi ja polükondensatsiooni ajal moodustub kolloidne (Sol), mis koosneb lahustis hajutatud nanoosakestest. Olemasolev Sol faasi muunis geeli.
Saadud geel-faas moodustub osakestest, mille suurus ja moodustumine võivad kõikuda väga erinevate kolloidne osakeste pideva ahelaga polümeeridega. Vorm ja suurus sõltuvad keemilistest tingimustest. Tähelepanekutest SiO kohta2 alcogels võib üldiselt järeldada, et baasi katalüüsitud Sol tulemuseks diskreetne liike moodustunud monomeeri-klastrite, mis on kompaktsem ja väga hargnenud. Neid mõjutavad settimine ja gravitatsioonijõud.
Hape-katalüüsitud sols saadakse kõrgelt põimitud polümeerketid, millel on väga peen mikrostruktuur ja väga väikesed poorid, mis tunduvad üsna ühtlase kogu materjali. Madala tihedusega polümeeride avatud pideva võrgu moodustamine on teatud eelised füüsikaliste omaduste osas suure jõudlusega klaasi ja klaasi/keraamiliste komponentide moodustumise korral 2 ja 3 dimensioonides. [Sakka et al. 1982]
Edasise töötlemise sammud, spin-katte või dip-kattega on võimalik mantel substraadid õhuke filme või casting Sol hallituse, moodustada nn märg geel. Pärast täiendavat kuivatamist ja kuumutamist saadakse tihe materjal.
Järgmise etapi protsessi järgnevates etappides saab saadud geeli täiendavalt töödelda. Sademete, pihustuspürolüüsi või emulsioonitehnikate kaudu võib moodustada üliväikeste ja ühtsed pulbrid. Või niinimetatud aerogels, mida iseloomustab kõrge poorsus ja väga madal tihedus, saab luua ekstraheerimise vedeliku faasi märg geel. Seetõttu on tavaliselt vaja ülikriitilisi tingimusi.
Ultraheli on tõestatud tehnika, et parandada nanomaterjalide sünteesi Sol-Gel. (Vajuta suurendamiseks!)

Tabel 2: ultraheli Sol-geeli sünteesi mesoporous TiO2 [Yu et al., Chem. Commun. 2003, 2078]

suure võimsusega ultraheli

Suure võimsusega madala sagedusega ultraheli pakub keemiliste protsesside jaoks suurt potentsiaali. Kui intensiivne ultraheli lained tuuakse vedelasse söötme, vahelduv kõrge rõhu ja madala rõhu tsüklit sõltuvalt sagedusest tekkida. Kõrge rõhu tsükleid Keskmine kompressioon, samas kui madala sagedusega tsüklit Keskmine hõrenemine. Madala rõhu (rarefaction) tsükli ajal tekitab suure võimsusega ultraheli vedeliku väikesed vaakummullid. Need vaakummullid kasvavad üle mitme tsükli.
Seetõttu ultraheli intensiivsus, vedel kompressid ja ulatub erineval määral. See tähendab, et kavitatsioon mullid käituvad kahel viisil. Madala ultraheli intensiivsus ~ 1-3Wcm-2, kavitatsioon mullid oscillate umbes tasakaalu suurus paljud Akustilised tsüklid. Seda nähtust nimetatakse stabiilseks kavitatsiooniks. Kõrge ultraheli intensiivsus (≤ 10Wcm-2) kavitatsioonilised mullid moodustub mõne akustilise tsükli jooksul raadiusega vähemalt kaks korda algsuuruses ja laguneb kompressioonipunktis, kui mull ei ole võimalik rohkem energiat taluda. Seda nimetatakse mööduva või inertsiaalse kavitatsiooniga. Ajal mull Implosion, lokaalselt nn kuuma laigud ilmnevad, mis on äärmuslikud tingimused: ajal Implosion, lokaalselt väga kõrged temperatuurid (umbes 5, 000K) ja surve (u. 2, 000c) on saavutatud. Kavitatsioon mull implosioon põhjustab ka vedel joad kuni 280m/s kiirus, mis toimivad väga kõrge nihkejõud. [Suslick 1998/Santos et al. 2009]

Sono-Ormosil

Ultrahelitöötlus on tõhus vahend polümeeride sünteesi jaoks. Ultraheli hajutamise ja deagglomeration ajal on kaaviaarsed nihkejõud, mis sirutavad ja murravad molekulaarahelaid mittejuhuslikul protsessil, tulemuseks on molekulmassi ja polaarse hajutamise vähendamine. Lisaks on Mitmefaasiline süsteem väga tõhus hajutatud ja emulgeeritud, nii et on olemas väga peen segu. See tähendab, et ultraheli suurendab tavapärase segamise ajal polümerisatsiooni kiirust ja toob kaasa madalama polühajutamise kõrgema molekulmassiga.
Ormoolid (orgaaniliselt modifitseeritud silikaat) saadakse, kui silaan lisatakse geeliga saadud ränidioksiidist Sol-Gel protsessi ajal. Toode on molekulaarne Komposiitmaterjal, millel on paremad mehaanilised omadused. Sono-Ormosils iseloomustab suurem tihedus kui klassikalised geelid, samuti paranenud soojusstabiilsus. Seetõttu võib selgitus olla suurenenud polümerisatsiooni tase. [Rosa-Fox et al. 2002]

Võimas ultrahelijõud on tuntud ja usaldusväärne kaevandamistehnika (klõpsake suurendamiseks!)

Ultraheli kavitatsioon vedelikus

Mesoporous TiO2 Ultraheli Sol-Gel sünteesi kaudu

Mesoporous TiO2 kasutatakse nii fotokatalüsaatorina kui ka elektroonikas, andurite tehnoloogias ja keskkonna tervendamise valdkonnas. Optimeeritud materjalide omaduste jaoks on eesmärk toota TiO2 suure kristallikkuse ja suure pindalaga. Ultraheli toetatavas Sol-Gel liinil on eelis, et TiO-i sisemised ja välisomadused2, näiteks osakeste suurus, pindala, poori maht, pooride läbimõõt, kristallsus, samuti Anatoli, rutiili ja brookite faasi suhtarv võivad mõjutada parameetrite kontrolli.
Milani et al. (2011) on näidanud, et TiO2 nanoosakeste puhul. Seetõttu rakendati Sol-Gel ' i protsessi Tikal4 ja mõlemat viisi, koos Ultraheliuuringuga ja ilma selleta on võrreldud. Tulemused näitavad, et ultraheli kiiritus on monotoonne mõju kõikidele SOLASe meetodil tehtud lahuse komponentidele ning põhjustada suurte nanomeetriliste kollokide lahtiste sidemete purustamine lahuses. Seega luuakse väiksemad nanoosakesed. Lokaalne kõrge surve ja temperatuurid murda sidemed pika polümeeride ketid, samuti nõrk lingid siduvad väiksemad osakesed, mille kaudu moodustub suurem kolloidne massid. Mõlema TiO2 näidised, juuresolekul ja puudumisel ultraheli kiiritus on näidatud SEM pilte allpool (vt pic. 2).

Ultraheli aitab želatinization protsessi ajal Sol-Gel sünteesi. (Vajuta suurendamiseks!)

Pic. 2: SEM pilte TiO2 pwder, kaltsineeritud kell 400 degC jaoks 1H ja želatinization aeg 24H: a juuresolekul ja b) puudumisel ultraheli. [Milani et al. 2011]

Lisaks võivad keemilised reaktsioonid kasu olla sonokeemilistest mõjudest, mis hõlmavad näiteks keemiliste võlakirjade purunemist, keemilise reaktsioonivõime olulist parandamist või molekulaarse lagunemise.

Sono-gels

sisse Sono-kataleetiliselt reaktsioon, kasutatakse ultraheli lähteainete suhtes. Saadud materjale uute omadustega nimetatakse sonogels. Täiendavate lahustite puudumise tõttu koos ultraheli kavitatsioonluuakse unikaalne keskkond Sol-geeli reaktsioonidele, mis võimaldab luua teatud omadusi saadud geelid: kõrge tihedus, peen tekstuur, homogeenne struktuur jne. Need omadused määravad sonogels arengu edasise töötlemise ja lõpliku materjali struktuuri. [Blanco et al. 1999]
Suslick ja hind (1999) näitavad, et ultraheli kiiritus Si (OC2H5)4 vees happelist katalüsaatorit toodab ränidioksiid "sonogel". Tavalise valmistamisel ränidioksiidi geelid alates Si (OC2H5)4on etanool tavaliselt kasutatav Co-lahusti, mis on tingitud si Lahustumatust (OC2H5)4 vees. Selliste lahustite kasutamine on sageli problemaatiline, kuna need võivad kuivatamise ajal põhjustada lõhenemist. Ultraheli pakub väga tõhusat segamist, et vältida lenduvaid kooslahustite nagu etanooli kasutamist. Selle tulemuseks on ränidioksiidi sono-geel, mida iseloomustab suurem tihedus kui tavapäraselt toodetud geelid. [Suslick et al. 1999, 319f.]
Tavalised aerogellid koosnevad madala tihedusega maatriksi suurte tühjade poorid. Sonogels seevastu on peeneks poorsus ja poorid on üsna sfääri kujuga, sileda pinnaga. Kõrge nurga piirkonnas üle 4 kõrgusega nõlvadel ilmnevad olulised elektroonilised tiheduse kõikumised pooride maatriksi piiridest [Rosa-Fox et al. 1990].
Pulbriproovide pinna kujutised näitavad selgelt, et ultraheli lainete kasutamine tõi kaasa suurema homogeensuse osakeste keskmise suuruse ja tõi kaasa väiksemaid osakesi. Ultrahelitöötluse tõttu väheneb osakeste Keskmine suurus ligikaudu 3 nm võrra. [Milani et al. 2011]
Ultraheli positiivsed mõjud on tõestatud erinevates uurimisuuringutes. Näiteks Teatage oma tööst Neppolian et al. ultraheliuuringute tähtsus ja eelised mesoporoossete nano-suuruste TiO2 osakeste fotokatalüütilise omaduste muutmisel ja parandamisel. [Neppolian et al. 2008]

Nanokatmine ultraheli Sol-geeli reaktsiooni kaudu

Nanokattega tähendab materjali, mis hõlmab nano-mastaapitud kihiga või nanoosakeste katvust. Seega saadakse kapseldatud või tuumkoorega struktuurid. Sellised nano-komposisaidid omavad füüsikalisi ja keemilisi suure jõudlusega omadusi, mis on seotud komponentide kombineeritud spetsiifiliste omaduste ja/või struktureerimise mõjuga.
Tavaliselt tõendatakse indiumist-tinoksiidi (ITO) osakeste pinnakatteprotseduuri. ITO osakesed on kaetud ränidioksiidiga kaheastmelise protsessi käigus, nagu on näidatud Chen uuringus (2009). Esimeses keemilisel etapil läbib indiumist-tinoksiidi pulber aminosilaanset suulavi. Teine samm on ränidioksiidi kate ultraheliuuring. Selleks, et anda konkreetne näide ultrahelitöötluse ja selle mõjude kohta, on Cheni uuringus esitatud protsessi etapp kokkuvõtlikult järgmine:
Selle etapi tüüpiline protsess on järgmine: 10g GPTS oli aeglaselt segatud 20 g soolhappega hapestatud veega (HCl) (pH = 1,5). seejärel lisati segule eespool nimetatud aminosilaantöödeldud pulbrit 4G, mis sisaldub 100ml klaaspudelis. Seejärel asetatakse pudel sonikaatori proovivõtturi alla pideva ultraheli kiiritamise jaoks, mille väljundvõimsus on 60 w või üle selle.
Sol-Gel ' i reaktsioon algatati pärast ligikaudu 2... 3min ultraheli kiiritust, millele tekitati valge vaht, sest alkoholi eraldumine GLÜKOOS on ulatuslik (3-(2, 3-Epoksüpropoksü) propüültrimetoksüsilaan). Ultraheliga seotud 20 min, pärast mida segatakse lahus mitu tundi. Kui protsess on lõppenud, koguti osakesi tsentrifuugimise teel ja neid pestakse korduvalt veega, seejärel kuivatatakse või hoitakse vees või orgaanilistes lahustites dispersineeritud. [Chen 2009, lk 217]

Järeldus

Ultraheli kasutamine Sol-geeli protsessidele viib parema segunemise ja osakeste deagglomeration. Selle tulemuseks on väiksemad osakesed suurus, sfääriline, madala mõõtmete osakeste kuju ja täiustatud morfoloogia. Niinimetatud sono-geelid iseloomustab nende tihedus ja peen homogeenne struktuur. Need omadused on loodud tõttu vältida lahusti kasutamise ajal Sol moodustumist, vaid ka, ja peamiselt, sest esialgne rist-seotud seisundi reticulation põhjustatud ultraheli. Pärast kuivatamist, saadud sonogels esitada tahkete osakeste struktuuri, erinevalt nende kolleegidega saadud ilma ultraheli, mis on filamentaalset. [Esquivias et al. 2004]
On tõestatud, et intensiivne ultraheli kasutamine võimaldab summutamine unikaalseid materjale Sol-Gel protsessid. See muudab suure võimsusega ultraheli võimas vahend keemia ja materjalide teadus-ja arendustegevuse.

Kontakt / küsi

Rääkige meile oma töötlemise nõuetele. Me soovitame kõige sobivam setup ja töötlemise parameetrid oma projekti.





Palun pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

1kW ultraheli retsirkulatsiooni seadistus pumbaga ja hoidkütusepaagiga võimaldab keerukaid

Kirjandus / viited

  • Blanco, E.; Esquivias, L.; Litrán, R.; , M.; Ramírez-del-Solar, M.; Rosa_Fox, N. de la (1999): sonogels ja tuletatud materjalid. Appl. Organometal. Chem 13, 1999. Lk 399-418.
  • Chen, Q.; Boothroyd, C.; McIntosh Soutar, A.; Zeng, X. T. (2010): Sol-Gel nanokate, kasutades ultraheli-TiO2 nanopowderi. J. Sol-Gel Sci. Technol. 53, 2010. Lk 115-120.
  • Chen, Q. (2009): nanoosakeste ränidioksiidi kattekiht sonogel protsessi teel. SIMTech 10/4, 2009. Lk 216-220.
  • Esquivias, L.; Rosa-Fox, N. de la; Bejarano, M.; Mosquera, M. J. (2004): hübriid kolloidne polümeerid xerogels struktuur. Langmuir 20/2004. lk 3416-3423.
  • Karami, A. (2010): TiO2 nano-pulbri süntees Sol-Gel meetodil ja selle kasutamine Fotokatalüsaatorina. J. Iraan. Chem. SOC. 7, 2010. lk 154-160.
  • Ja, X.; Ma ei saa seda teha. A, B.; Li. L. (2005): Tsirkooninanopowders ettevalmistamine ultraheli väljal Sol-Gel meetodil. Trans Tech pubi. 2005.
  • Neppolian, B.; Wang, Q.; , H.; Choi, H. (2008): ultraheli-toetatav Sol-geeli meetod TiO2 nano-osakeste valmistamiseks: iseloomustus, omadused ja 4-klorofenooli eemaldamise rakendus. See on ultraheli. -Ei, ma olen sonochem. 15, 2008. lk 649-658.
  • Pierre, A. C.; Rigacci, A. (2011): SiO2 Aerogellid. In: M.A. Aegerter et al. (EDS.): aerogels käsiraamat, ettemaksed Sol-Gel tuletatud materjalid ja tehnoloogiad. Springer Science + äri: New York, 2011. lk 21-45.
  • Rabinovich, E. M. (1994): Sol-Gel töötlemine – üldpõhimõtted. In: L. C. Klein (ed.) Sol-Gel optika: töötlemine ja rakendused. Kluwer akadeemilised kirjastajad: Boston, 1994. lk 1-37.
  • Rosa-Fox, N. de la; , M.; Esquivias, L. (2002): sonogels orgaanilised-anorgaanilised hübriidmaterjalid. 2002.
  • Rosa-Fox, N. de la; Esquivias, L. (1990): ränidioksiidi sonogels struktuurilised uuringud. J. mitte-Cryst. Tahked ained 121, 1990. Lk 211-215.
  • Sakka, S.; KAMYA, K. (1982): Sol-Gel üleminek: klaaskiudude moodustumine & Õhuke filme. J. Mittekristallilised tahked ained 38, 1982. lk 31.
  • Santa, H. M.; Lodeiro, C.; Martínez, J.-L. (2009): ultraheli võimsus. In: J.-L. Martínez (ed.): ultraheli keemiatööstus: analüütilised rakendused. Wiley-VCH: Weinheim, 2009. lk 1-16.
  • Shahruz, N.; Hossain, M. M. (2011): TiO2 Fotokatalüsaator nanoosakeste sünteesi ja suuruse kontroll, kasutades Sol-Gel meetodit. Maailma appl. Sci. J .12, 2011. lk 1981-1986.
  • Suslick, K. S.; Hind, G. J. (1999): ultraheli materjalide keemiatööstus. "Väga" Rev. Mater. Sci. 29, 1999. Lk 295-326.
  • Suslick, K. S. (1998): sonochemistry. In: Kirk-Othmer Keemiatehnoloogia entsüklopeedia, vol. 26, 4th. , J. Wiley & Sosed: New York, 1998. lk 517-541.
  • Verma, L. Y.; Singh, M. P.; Singh, R. K. (2012): ultraheli kiiritust mõju Ionogels ettevalmistamine ja omadused. J. Nanomaterjalt. 2012.
  • Zhang, L.-Z.; -Mis see on? Yu, J. C. (2002): otsene sonochemical ettevalmistamine väga fotoaktiivne mesoporoosne titaandioksiid koos bicrystvpiline raamistik. Elektrokeemia Seltsi 201st kohtumise kokkuvõtted, 2002.
  • https://www.hielscher.com/sonochem

Seonduvad postitused