فراصوت پرتوان برای فرآوری ذرات: نکات کاربردی

برای آنکه ویژگی‌های ذرات به‌طور کامل بروز کند، باید کلوخه‌زدایی شوند و به‌صورت یکنواخت پراکنده شوند تا سطح آن‌ها در دسترس باشد. نیروهای قدرتمند فراصوت به‌عنوان ابزارهایی قابل‌اعتماد برای پراکنده‌سازی و آسیاب‌کردن شناخته می‌شوند که ذرات را تا ابعاد زیرمیکرونی و نانومتری خرد می‌کنند. افزون بر این، فراصوت‌دهی امکان اصلاح و عامل‌دارسازی ذرات را فراهم می‌کند؛ برای مثال، از طریق پوشاندن نانوذرات با یک لایهٔ فلزی.

در ادامه، مجموعه‌ای از ذرات و مایعات همراه با توصیه‌های مرتبط دربارهٔ نحوهٔ فرآوری مواد برای آسیاب‌کردن، پراکنده‌سازی، کلوخه‌زدایی یا اصلاح ذرات با استفاده از هموژنایزر فراصوتی ارائه شده است.

چگونه پودرها و ذرات خود را با فراصوت‌دهی پرتوان آماده کنید.

به‌ترتیب حروف الفبای انگلیسی:

Aerosil

کاربرد فراصوت:
پراکنه‌های ذرات سیلیکای Aerosil OX50 در آب Millipore با pH برابر با 6، از طریق پراکنده‌سازی 5٫0 g پودر در 500 mL آب با استفاده از پردازشگر فراصوتی با شدت بالا تهیه شدند؛ مدل UP200S (200W; 24kHz). پراکنه‌های سیلیکا در محلول آب مقطر (pH = 6) و تحت تابش فراصوت با دستگاه UP200S به‌مدت 15 min تهیه شدند و سپس به‌مدت 1 h به‌شدت هم زده شدند. برای تنظیم pH از HCl استفاده شد. مقدار جامدات در پراکنه‌ها 0٫1% (w/v) بود.
دستگاه پیشنهادی:
UP200S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Licea-Claverie, A.; Schwarz, S.; Steinbach, Ch.; Ponce-Vargas, S. M.; Genest, S. (2013): ترکیب پلیمرهای طبیعی و حساس به دما در لخته‌سازی پراکنه‌های ذرات ریز سیلیکا. International Journal of Carbohydrate Chemistry 2013.

Al₂O₃–آب: نانوسیالات

کاربرد فراصوت:
Al₂O₃–آب را می‌توان به‌صورت نانوسیال و با مراحل زیر تهیه کرد: ابتدا با ترازوی الکترونیکی دیجیتال، جرم نانوذرات Al₂O₃ را وزن کنید. سپس نانوذرات Al₂O₃ را به‌تدریج به آب مقطرِ وزن‌شده اضافه کنید و مخلوط Al₂O₃–آب را هم بزنید. مخلوط را به‌طور پیوسته به‌مدت 1h با دستگاه فراصوتی پروبی فراصوت‌دهی کنید؛ مدل UP400S (400W, 24kHz)، تا پراکنه‌ای یکنواخت از نانوذرات در آب مقطر ایجاد شود.
نانوسیالات را می‌توان با کسرهای مختلف (0٫1%، 0٫5% و 1%) تهیه کرد. نیازی به سورفکتانت یا تغییر pH نیست.
دستگاه پیشنهادی:
UP400S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Isfahani, A. H. M.; Heyhat, M. M. (2013): مطالعه تجربی جریان نانوسیالات در یک ریزمدل به‌عنوان محیط متخلخل. International Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9/2, 2013. 77-84.

پراکند‌ه‌سازی فراصوتی اکسید آلومینیوم (Al2O3) موجب کاهش چشمگیر اندازهٔ ذرات و پراکندگی یکنواخت می‌شود.

ذرات سیلیکای پوشش‌داده‌شده با بوهمیت

کاربرد فراصوت:
ذرات سیلیکا با لایه‌ای از بوهمیت پوشش داده می‌شوند: برای دستیابی به سطحی کاملاً تمیز و عاری از مواد آلی، ذرات تا 450°C گرم می‌شوند. پس از آسیاب‌کردن ذرات برای شکستن کلوخه‌ها، یک سوسپانسیون آبی 6 vol% با حجم ≈70 ml تهیه می‌شود و با افزودن سه قطره محلول آمونیوم، در pH برابر با 9 پایدار می‌شود. سپس سوسپانسیون با فراصوت‌دهی کلوخه‌زدایی می‌شود؛ با دستگاه UP200S در دامنهٔ 100% (200 W) به‌مدت 5 min. پس از گرم‌کردن محلول تا بیش از 85°C، مقدار 12٫5 g آلومینیوم سک‌بوتوکسید اضافه شد. دما به‌مدت 90 min در 85–90°C نگه داشته می‌شود و سوسپانسیون در تمام مراحل با همزن مغناطیسی هم زده می‌شود. سپس هم‌زدن پیوستهٔ سوسپانسیون ادامه می‌یابد تا دمای آن به کمتر از 40°C برسد. در ادامه، با افزودن اسید هیدروکلریک، pH روی 3 تنظیم شد. بلافاصله پس از آن، سوسپانسیون در حمام یخ فراصوت‌دهی می‌شود. پودر با رقیق‌سازی و سپس سانتریفیوژ شسته می‌شود. پس از حذف مایع رویی، ذرات در آون خشک‌کن با دمای 120°C خشک می‌شوند. در نهایت، ذرات به‌مدت 3 ساعت در 300°C تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند.
دستگاه پیشنهادی:
UP200S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Wyss, H. M. (2003): ریزساختار و رفتار مکانیکی ژل‌های ذره‌ای غلیظ. رساله، مؤسسه فناوری فدرال سوئیس 2003. p.71.

سنتز نانوکامپوزیت کادمیم(II)–تیواستامید

کاربرد فراصوت:
نانوکامپوزیت‌های کادمیم(II)–تیواستامید در حضور و در غیاب پلی‌وینیل الکل، به روش سونوشیمیایی سنتز شدند. برای سنتز سونوشیمیایی، مقدار 0٫532 g استات کادمیم(II) دی‌هیدرات (Cd(CH3COO)2.2H2O)، مقدار 0٫148 g تیواستامید (TAA, CH3CSNH2) و مقدار 0٫664 g یدید پتاسیم (KI) در 20mL آب دیونیزهٔ دوبار تقطیرشده حل شدند. این محلول با سونیکاتور پروبی پرتوان فراصوت‌دهی شد؛ مدل UP400S (24 kHz, 400W)، در دمای اتاق و به‌مدت 1 h. هنگام فراصوت‌دهی مخلوط واکنش، دما طبق اندازه‌گیری با ترموکوپل آهن–کنستانتین به 70–80degC افزایش یافت. پس از یک ساعت، رسوبی به‌رنگ زرد روشن تشکیل شد. این رسوب با سانتریفیوژ (4٬000 rpm, 15 min) جدا شد، برای حذف ناخالصی‌های باقی‌مانده با آب دوبار تقطیرشده و سپس اتانول مطلق شسته شد و در نهایت در هوا خشک شد (بازده: 0٫915 g، 68%). نقطهٔ تجزیه: 200°C. برای تهیهٔ نانوکامپوزیت پلیمری، مقدار 1٫992 g پلی‌وینیل الکل در 20 mL آب دیونیزهٔ دوبار تقطیرشده حل و سپس به محلول بالا اضافه شد. این مخلوط تحت تابش فراصوت قرار گرفت؛ با دستگاه UP400S به‌مدت 1 h، که طی آن محصولی به‌رنگ نارنجی روشن تشکیل شد.
نتایج SEM نشان داد که در حضور PVA، اندازهٔ ذرات از حدود 38 nm به 25 nm کاهش یافت. سپس نانوذرات CdS با ساختار شش‌گوش و ریخت‌شناسی کروی را از تجزیهٔ حرارتی نانوکامپوزیت پلیمری کادمیم(II)–تیواستامید/PVA به‌عنوان پیش‌ماده سنتز کردیم. اندازهٔ نانوذرات CdS با هر دو روش XRD و SEM اندازه‌گیری شد و نتایج تطابق بسیار خوبی با یکدیگر داشتند.
Ranjbar و همکاران (2013) همچنین دریافتند که نانوکامپوزیت پلیمری Cd(II)، پیش‌ماده‌ای مناسب برای تهیهٔ نانوذرات سولفید کادمیم با ریخت‌شناسی‌های جالب است. همهٔ نتایج نشان دادند که سنتز فراصوتی را می‌توان با موفقیت به‌عنوان روشی ساده، کارآمد، کم‌هزینه، سازگار با محیط‌زیست و بسیار امیدبخش برای سنتز مواد در مقیاس نانو به کار برد، بدون نیاز به شرایط ویژه‌ای مانند دمای بالا، زمان‌های طولانی واکنش و فشار بالا.
دستگاه پیشنهادی:
UP400S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013): سنتز و مشخصه‌یابی نانوکامپوزیت‌های کادمیم–تیواستامید. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203-212.

CaCO₃

کاربرد فراصوت:
پوشش‌دهی فراصوتی CaCO₃ نانورسوبی (NPCC) با اسید استئاریک برای بهبود پراکندگی آن در پلیمر و کاهش کلوخه‌شدن انجام شد. مقدار 2g از CaCO₃ نانورسوبی (NPCC) بدون پوشش، با دستگاه زیر فراصوت‌دهی شد: UP400S در 30ml اتانول. مقدار 9 wt% اسید استئاریک در اتانول حل شد. سپس اتانول حاوی اسید استئاریک با سوسپانسیون فراصوت‌دهی‌شده مخلوط شد.
دستگاه پیشنهادی:
UP400S با سونوتْرود به قطر 22mm ‏(H22D) و سلول جریان مجهز به ژاکت خنک‌کننده
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009): اثرات فراصوت در پوشش‌دهی CaCO3 رسوبی نانومقیاس با اسید استئاریک. Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering 4/5, 2009. 807-813.

نانوبلورهای سلولز

کاربرد فراصوت:
نانوبلورهای سلولز (CNC) تهیه‌شده از سلولز اکالیپتوس، CNCs: نانوبلورهای سلولز تهیه‌شده از سلولز اکالیپتوس با واکنش با متیل آدیپوئیل کلرید، CNCm، یا با مخلوطی از اسید استیک و اسید سولفوریک، CNCa، اصلاح شدند. برای این منظور، CNCs، CNCm و CNCa خشک‌شده به روش انجمادی، با غلظت 0٫1 wt% در حلال‌های خالص (EA، THF یا DMF) از طریق هم‌زدن مغناطیسی در طول شب در 24 ± 1 degC دوباره پراکنده شدند و سپس به‌مدت 20 min با سونیکاتور پروبی فراصوت‌دهی شدند؛ مدل UP100H. فراصوت‌دهی با شدت 130 W/cm² در 24 ± 1 degC انجام شد. پس از آن، CAB به پراکنهٔ CNC اضافه شد، به‌گونه‌ای که غلظت نهایی پلیمر 0٫9 wt% بود.
دستگاه پیشنهادی:
UP100H
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Blachechen, L. S.; de Mesquita, J. P.; de Paula, E. L.; Pereira, F. V.; Petri, D. F. S. (2013): تأثیر متقابل پایداری کلوئیدی نانوبلورهای سلولز و قابلیت پراکنش آن‌ها در ماتریس استات بوتیرات سلولز. Cellulose 20/3, 2013. 1329-1342.

سیلان دوپ‌شده با نیترات سریم

کاربرد فراصوت:
ورق‌های فولاد کربنی نورد سرد (6٫5cm 6٫5cm 0٫3cm؛ تمیزشده به روش شیمیایی و پرداخت‌شده به روش مکانیکی) به‌عنوان زیرلایه‌های فلزی استفاده شدند. پیش از اعمال پوشش، ورق‌ها با استون به روش فراصوتی تمیز شدند و سپس با محلول قلیایی (محلول NaOH با غلظت 0٫3molL 1) در 60°C به‌مدت 10 min تمیز شدند. برای استفاده به‌عنوان آستر، پیش از پیش‌تیمار زیرلایه، فرمولاسیونی معمول شامل 50 سهم γ-گلیسیدوکسی‌پروپیل‌تری‌متوکسی‌سیلان (γ-GPS) با حدود 950 سهم متانول در pH برابر با 4٫5 (تنظیم‌شده با اسید استیک) رقیق شد و برای هیدرولیز سیلان به آن زمان داده شد. روش تهیهٔ سیلان دوپ‌شده با رنگ‌دانه‌های نیترات سریم نیز یکسان بود، با این تفاوت که پیش از افزودن (γ-GPS)، مقادیر 1، 2، 3 wt% نیترات سریم به محلول متانول اضافه شد؛ سپس این محلول با همزن پروانه‌ای با سرعت 1600 rpm به‌مدت 30 min در دمای اتاق مخلوط شد. در ادامه، پراکنه‌های حاوی نیترات سریم با استفاده از حمام خنک‌کنندهٔ خارجی، به‌مدت 30 min در 40°C فراصوت‌دهی شدند. فرایند فراصوت‌دهی با سونیکاتور زیر انجام شد: UIP1000hd (1000W, 20 kHz)، با توان فراصوت ورودی حدود 1 W/mL. پیش‌تیمار زیرلایه با شست‌وشوی هر ورق به‌مدت 100 sec با محلول سیلان مناسب انجام شد. پس از تیمار، ورق‌ها به‌مدت 24 h در دمای اتاق خشک شدند؛ سپس ورق‌های پیش‌تیمارشده با اپوکسی دوجزئیِ پخت‌شونده با آمین (Epon 828, shell Co.) پوشش داده شدند تا ضخامت فیلم تر به 90μm برسد. ورق‌های پوشش‌داده‌شده با اپوکسی به‌مدت 1h در 115°C پخت شدند؛ پس از پخت پوشش‌های اپوکسی، ضخامت فیلم خشک حدود 60μm بود.
دستگاه پیشنهادی:
UIP1000hd
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013): اثرات الکتروشیمیایی پیش‌تیمارهای سیلانی حاوی نیترات سریم بر ویژگی‌های جداشدگی کاتدی فولاد پوشش‌داده‌شده با اپوکسی. Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013. 2411–2420.

رس: پراکنده‌سازی / تفکیک

کاربرد فراصوت:
تفکیک برحسب اندازهٔ ذرات: برای جداسازی ذرات < 1 μm از ذرات 1–2 μm، ذرات هم‌اندازهٔ رس (< 2 μm) در یک میدان فراصوتی و سپس با اعمال سرعت‌های مختلف ته‌نشینی جدا شدند.
ذرات هم‌اندازهٔ رس (< 2 μm) از طریق فراصوت‌دهی با انرژی ورودی 300 J mL^-1 (1 min) و با استفاده از دستگاه متلاشی‌کنندهٔ فراصوتی پروبی جدا شدند؛ مدل UP200S (200W, 24kHz)، مجهز به سونوتْرود S7 با قطر 7 mm. پس از تابش فراصوت، نمونه با 110 x g ‏(1000 rpm) به‌مدت 3 min سانتریفیوژ شد. سپس فاز ته‌نشین‌شده (باقی‌ماندهٔ تفکیک) در تفکیک چگالی برای جداسازی بخش‌های کم‌چگالی استفاده شد و فاز شناور به‌دست‌آمده (بخش < 2 μm) به لولهٔ سانتریفیوژ دیگری منتقل و با 440 x g ‏(2000 rpm) به‌مدت 10 min سانتریفیوژ شد تا بخش < 1 μm (مایع رویی) از بخش 1–2 μm (رسوب) جدا شود. مایع رویی حاوی بخش < 1 μm به لولهٔ سانتریفیوژ دیگری منتقل شد و پس از افزودن 1 mL MgSO₄ ، با 1410 x g ‏(4000 rpm) به‌مدت 10 min سانتریفیوژ شد تا آب باقی‌مانده با سرریزکردن جدا شود.
برای جلوگیری از گرم‌شدن بیش‌ازحد نمونه، این روش 15 بار تکرار شد.
دستگاه پیشنهادی:
UP200S با S7 یا UP200St با S26d7
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Jakubowska، J. (2007): اثر نوع آب آبیاری بر شکل های ماده آلی خاک (SOM) و برهمکنش آنها با ترکیبات آبگریز. پایان نامه ، دانشگاه مارتین لوتر ، هال-ویتنبرگ ، 2007.

رس: لایه‌برداری رس معدنی

کاربرد فراصوت:
رس معدنی برای تهیهٔ نانوکامپوزیت‌های مبتنی بر پولولان برای پراکنهٔ پوششی، لایه‌برداری شد. برای این منظور، مقدار ثابتی پولولان (4 wt% بر مبنای تر) در آب با دمای 25degC به‌مدت 1 h و تحت هم‌زدن ملایم (500 rpm) حل شد. هم‌زمان، پودر رس به‌مقداری در محدودهٔ 0٫2 تا 3٫0 wt% در آب تحت هم‌زدن شدید (1000 rpm) به‌مدت 15 دقیقه پراکنده شد. پراکنهٔ حاصل با دستگاه زیر فراصوت‌دهی شد: UP400S (توان _بیشینه = 400 W؛ فرکانس = 24 kHz)، دستگاه فراصوتی مجهز به سونوتْرود تیتانیومی H14، قطر نوک 14 mm، دامنهٔ _بیشینه = 125 μm؛ شدت سطحی = 105 Wcm^-2) تحت شرایط زیر: چرخه‌های 0٫5 و دامنهٔ 50%. مدت تیمار فراصوتی مطابق با طراحی آزمایش متفاوت بود. سپس محلول آلی پولولان و پراکنهٔ معدنی با هم‌زدن ملایم (500 rpm) به‌مدت 90 دقیقهٔ دیگر با هم مخلوط شدند. پس از اختلاط، غلظت دو جزء متناظر با نسبت معدنی/آلی (I/O) در محدودهٔ 0٫05 تا 0٫75 بود. توزیع اندازه در پراکنهٔ آبی رس‌های Na⁺-MMT پیش و پس از تیمار فراصوتی با استفاده از آنالیزگر نانوذرات IKO-Sizer CC-1 ارزیابی شد.
برای مقدار ثابتی رس، مؤثرترین زمان فراصوت‌دهی 15 دقیقه تعیین شد، درحالی‌که تیمار فراصوتی طولانی‌تر مقدار P’O₂ را افزایش می‌دهد (به‌دلیل تجمع مجدد)؛ این مقدار در طولانی‌ترین زمان فراصوت‌دهی (45 min) دوباره کاهش می‌یابد که احتمالاً به‌دلیل خردشدن هم صفحات و هم تاکتوئیدها است.
براساس چیدمان آزمایشی به‌کاررفته در رسالهٔ Introzzi، انرژی خروجی بر واحد حجم برابر با 725 Ws mL^-1 برای تیمار 15 دقیقه‌ای محاسبه شد، درحالی‌که افزایش زمان فراصوت‌دهی به 45 دقیقه، مصرف انرژی بر واحد حجم را به 2060 Ws mL^-1 رساند. این امر امکان صرفه‌جویی نسبتاً زیادی در انرژی در سراسر فرایند را فراهم می‌کند که در نهایت در هزینه‌های نهایی تولید بازتاب خواهد یافت.
دستگاه پیشنهادی:
UP400S با سونوتْرود H14
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Introzzi، L. (2012): توسعه پوشش های بیوپلیمری با کارایی بالا برای کاربردهای بسته بندی مواد غذایی. پایان نامه دانشگاه میلان 2012.

جوهر رسانا

کاربرد فراصوت:
جوهر رسانا با پراکنده‌سازی ذرات Cu+C و Cu+CNT همراه با عوامل پراکنده‌ساز در یک حلال مخلوط تهیه شد (Publication IV). پراکنده‌سازها شامل سه عامل پراکنده‌ساز با وزن مولکولی بالا، DISPERBYK-190، DISPERBYK-198 و DISPERBYK-2012، از شرکت BYK Chemie GmbH بودند که برای پراکنه‌های آبی رنگ‌دانهٔ کربن سیاه طراحی شده‌اند. آب دیونیزه (DIW) به‌عنوان حلال اصلی استفاده شد. اتیلن گلیکول مونومتیل اتر (EGME) ‏(Sigma-Aldrich)، اتیلن گلیکول مونوبوتیل اتر (EGBE) ‏(Merck) و n-پروپانول (Honeywell Riedel-de Haen) به‌عنوان کمک‌حلال استفاده شدند.
سوسپانسیون مخلوط به‌مدت 10 دقیقه در حمام یخ با استفاده از دستگاه زیر فراصوت‌دهی شد: UP400S ، پردازشگر فراصوتی. پس از آن، سوسپانسیون به‌مدت یک ساعت برای ته‌نشینی کنار گذاشته شد و سپس مایع رویی با سرریزکردن جدا شد. پیش از پوشش‌دهی چرخشی یا چاپ، سوسپانسیون به‌مدت 10 min در حمام فراصوتی فراصوت‌دهی شد.
دستگاه پیشنهادی:
UP400S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Forsman, J. (2013): تولید نانوذرات Co، Ni و Cu به روش احیا با هیدروژن. رساله، VTT فنلاند 2013.

فراصوت‌دهی برای کاهش اندازهٔ ذرات و پراکنده‌سازی رنگ‌دانه‌ها در جوهر چاپ جوهرافشان بسیار کارآمد است.

فتالوسیانین مس

کاربرد فراصوت:
تجزیهٔ متالوفتالوسیانین‌ها
فتالوسیانین مس (CuPc) همراه با آب و حلال‌های آلی، در دمای محیط و فشار اتمسفری، در حضور یک اکسنده به‌عنوان کاتالیزور و با استفاده از سونیکاتور 500W فراصوت‌دهی می‌شود؛ مدل UIP500hd با محفظهٔ جریان‌گذر. شدت فراصوت‌دهی: 37–59 W/cm²، مخلوط نمونه: 5 mL نمونه (100 mg/L)، مقدار 50 آب D/D همراه با کلروفرم و پیریدین در دامنهٔ فراصوتی 60%. دمای واکنش: 20°C در فشار اتمسفری.
میزان تخریب تا 95% طی 50 min فراصوت‌دهی.
دستگاه پیشنهادی:
UIP500hd

دی‌بوتیریل‌کیتین (DBCH)

کاربرد فراصوت:
درشت‌مولکول‌های پلیمری بلند را می‌توان با فراصوت‌دهی شکست. کاهش جرم مولی به‌کمک فراصوت امکان اجتناب از واکنش‌های جانبی ناخواسته یا جداسازی محصولات جانبی را فراهم می‌کند. اعتقاد بر این است که تخریب فراصوتی، برخلاف تجزیهٔ شیمیایی یا حرارتی، فرایندی غیرتصادفی است و گسست تقریباً در مرکز مولکول رخ می‌دهد. به همین دلیل، درشت‌مولکول‌های بزرگ‌تر سریع‌تر تخریب می‌شوند.
آزمایش‌ها با استفاده از مولد فراصوت زیر انجام شدند: UP200S مجهز به سونوتْرود S2. تنظیم فراصوت روی توان ورودی 150 W بود. از محلول‌های دی‌بوتیریل‌کیتین در دی‌متیل‌استامید با غلظت دی‌بوتیریل‌کیتین 0٫3 g/100 cm3 و حجم 25 cm3 استفاده شد. سونوتْرود (پروب / هورن فراصوتی) تا عمق 30 mm زیر سطح محلول پلیمری فرو برده شد. محلول در حمام آب مجهز به ترموستات، با دمای ثابت 25°C قرار گرفت. هر محلول برای بازهٔ زمانی ازپیش‌تعیین‌شده تحت تابش قرار گرفت. پس از این مدت، محلول 3 برابر رقیق شد و با کروماتوگرافی طرد اندازه بررسی شد.
نتایج ارائه‌شده نشان می‌دهد که دی‌بوتیریل‌کیتین بر اثر فراصوت پرتوان دچار نابودی نمی‌شود، اما تخریب پلیمر رخ می‌دهد که به‌عنوان یک واکنش سونوشیمیایی کنترل‌شده تفسیر می‌شود. بنابراین، فراصوت را می‌توان برای کاهش جرم مولی میانگین دی‌بوتیریل‌کیتین به کار برد و همین موضوع دربارهٔ نسبت جرم مولی میانگین وزنی به میانگین عددی نیز صدق می‌کند. تغییرات مشاهده‌شده با افزایش توان فراصوت و مدت فراصوت‌دهی تشدید می‌شوند. همچنین جرم مولی اولیه تأثیر چشمگیری بر میزان تخریب DBCH در شرایط فراصوت‌دهی بررسی‌شده داشت: هرچه جرم مولی اولیه بیشتر باشد، درجهٔ تخریب بالاتر است.
دستگاه پیشنهادی:
UP200S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Szumilewicz, J.; Pabin-Szafko، B. (2006): تخریب التراسونیک Dibuyrylchitin. انجمن کیتین لهستان، تک نگاری XI، 2006. 123-128.

پودر فروسن

کاربرد فراصوت:
روشی سونوشیمیایی برای تهیهٔ SWNCNTs: پودر سیلیکا (قطر 2–5 mm) به محلول 0٫01 mol% فروسن در p-زایلن اضافه می‌شود و سپس با دستگاه زیر فراصوت‌دهی می‌شود: UP200S مجهز به پروب با نوک تیتانیومی (سونوتْرود S14). فراصوت‌دهی به‌مدت 20 min در دمای اتاق و فشار اتمسفری انجام شد. با سنتز به‌کمک فراصوت، SWCNTs با خلوص بالا روی سطح پودر سیلیکا تولید شدند.
دستگاه پیشنهادی:
UP200S با پروب فراصوتی S14
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Srinivasan C.(2005): یک روش SOUND برای سنتز نانولوله های کربنی تک جداره در شرایط محیطی. علم فعلی 88/ 1 ، 2005. 12-13.

خاکستر بادی / متاکائولینیت

کاربرد فراصوت:
آزمون آبشویی: مقدار 100mL محلول آبشویی به 50g نمونهٔ جامد اضافه شد. شدت فراصوت‌دهی: حداکثر 85 W/cm² با UP200S در حمام آب با دمای 20°C.
ژئوپلیمریزاسیون: دوغاب برای ژئوپلیمریزاسیون با دستگاه زیر مخلوط شد: UP200S ، هموژنایزر فراصوتی. شدت فراصوت‌دهی حداکثر 85 W/cm² بود. برای خنک‌سازی، فراصوت‌دهی در حمام آب و یخ انجام شد.
استفاده از فراصوت پرتوان برای ژئوپلیمریزاسیون موجب افزایش استحکام فشاری ژئوپلیمرهای تشکیل‌شده می‌شود و با افزایش مدت فراصوت‌دهی تا زمانی مشخص، استحکام افزایش می‌یابد. انحلال متاکائولینیت و خاکستر بادی در محلول‌های قلیایی با فراصوت‌دهی بهبود یافت، زیرا Al و Si بیشتری برای بس‌تراکم به فاز ژل آزاد شد.
دستگاه پیشنهادی:
UP200S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
فنگ، دی. قهوهای مایل به زرد ، اچ. ون دونتر ، JS J. (2004): ژئوپلیمریزاسیون پیشرفته اولتراسوند. مجله علوم مواد 39/2، 2004. 571-580

گرافن

کاربرد فراصوت:
ورقه‌های گرافن خالص را می‌توان در مقادیر زیاد تولید کرد؛ همان‌طور که پژوهش Stengl و همکاران (2011) در جریان تولید نانوکامپوزیت گرافن و TiO₂ غیراستوکیومتری از طریق هیدرولیز حرارتی سوسپانسیون حاوی نانوورقه‌های گرافن و کمپلکس پراکسوی تیتانیا نشان داد. نانوورقه‌های گرافن خالص از گرافیت طبیعی، تحت فراصوت‌دهی پرتوان با پردازشگر فراصوتی 1000W تولید شدند؛ مدل UIP1000hd در محفظهٔ راکتور فراصوتی پرفشار با فشار 5 barg. ورقه‌های گرافن به‌دست‌آمده دارای سطح ویژهٔ بالا و خواص الکترونیکی منحصربه‌فرد هستند. پژوهشگران ادعا می‌کنند کیفیت گرافن تهیه‌شده به روش فراصوتی بسیار بالاتر از گرافن حاصل از روش Hummer است که در آن گرافیت لایه‌برداری و اکسید می‌شود. ازآنجاکه شرایط فیزیکی در راکتور فراصوتی را می‌توان به‌دقت کنترل کرد و با فرض اینکه غلظت گرافن به‌عنوان دوپانت در محدودهٔ 1 – 0٫001% تغییر کند، تولید گرافن در یک سامانهٔ پیوسته در مقیاس تجاری امکان‌پذیر است.
دستگاه پیشنهادی:
UIP1000hd
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
استنگل، وی. Popelková, D.; Vlácil، P. (2011): نانوکامپوزیت TiO2-گرافن به عنوان فوتوکاتالیست های با کارایی بالا. در: مجله شیمی فیزیک C 115/2011. صص 25209-25218.
برای مطالعهٔ بیشتر دربارهٔ تولید و تهیهٔ فراصوتی گرافن، اینجا کلیک کنید!

اکسید گرافن

کاربرد فراصوت:
لایه‌های اکسید گرافن (GO) به روش زیر تهیه شدند: مقدار 25mg پودر اکسید گرافن به 200 ml آب دیونیزه اضافه شد. با هم‌زدن، سوسپانسیون قهوه‌ای ناهمگنی به دست آمد. سوسپانسیون‌های حاصل فراصوت‌دهی شدند (30 min, 1٫3 × 105J) و پس از خشک‌کردن (در 373 K)، اکسید گرافن تیمارشده با فراصوت تولید شد. طیف‌سنجی FTIR نشان داد که تیمار فراصوتی گروه‌های عاملی اکسید گرافن را تغییر نداده است.
دستگاه پیشنهادی:
UP400S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
اوه، دبلیو چ. چن ، م. ل. ؛ ژانگ ، ک. ژانگ ، اف جی. Jang، W. K. (2010): اثر عملیات حرارتی و اولتراسونیک بر تشکیل نانوصفحات گرافن اکسید. مجله انجمن فیزیک کره 4/56 ، 2010. صص 1097-1102.
برای مطالعهٔ بیشتر دربارهٔ لایه‌برداری و تهیهٔ فراصوتی گرافن، اینجا کلیک کنید!

نانوذرات پلیمری پرزدار از طریق تخریب پلی(وینیل الکل)

کاربرد فراصوت:
یک روش سادهٔ تک‌مرحله‌ای، مبتنی بر تخریب سونوشیمیایی پلیمرهای محلول در آب در محلول آبی و در حضور یک مونومر آب‌گریز، به تشکیل ذرات پلیمری پرزدارِ دارای گروه‌های عاملی در سرمی عاری از باقی‌مانده منجر می‌شود. همهٔ پلیمریزاسیون‌ها در یک راکتور شیشه‌ای دوجدارهٔ 250 mL مجهز به بافل‌ها، حسگر دما، میلهٔ همزن مغناطیسی (bar) و یک دستگاه Hielscher انجام شدند؛ مدل US200S ، پردازشگر فراصوتی (200 W, 24 kHz) مجهز به سونوتْرود تیتانیومی S14 (قطر = 14 mm، طول = 100 mm).
محلول پلی(وینیل الکل) (PVOH) با حل‌کردن مقدار دقیقی PVOH در آب، در طول شب در 50°C و تحت هم‌زدن شدید تهیه شد. پیش از پلیمریزاسیون، محلول PVOH داخل راکتور قرار گرفت و دما روی دمای مطلوب واکنش تنظیم شد. محلول PVOH و مونومر، هرکدام جداگانه به‌مدت 1 ساعت با آرگون گازروبی شدند. مقدار موردنیاز مونومر به‌صورت قطره‌قطره و تحت هم‌زدن شدید به محلول PVOH اضافه شد. سپس گازروبی مایع با آرگون متوقف شد و فراصوت‌دهی با UP200S در دامنهٔ 80% آغاز شد. در اینجا باید توجه داشت که استفاده از آرگون دو هدف دارد: (1) حذف اکسیژن و (2) برای ایجاد کاویتاسیون فراصوتی ضروری است. بنابراین، جریان پیوستهٔ آرگون اصولاً برای پلیمریزاسیون مفید خواهد بود، اما کف‌کردن بیش‌ازحد رخ داد؛ روشی که در اینجا دنبال کردیم از این مشکل جلوگیری کرد و برای پلیمریزاسیونی کارآمد کافی بود. نمونه‌ها به‌صورت دوره‌ای برداشت شدند تا تبدیل با وزن‌سنجی، توزیع وزن مولکولی و/یا توزیع اندازهٔ ذرات پایش شود.
دستگاه پیشنهادی:
US200S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Smeets, N. M. B.; E-Rramdani, M.; Van Hal, R. C. F.; Gomes Santana, S.; Quéléver, K.; Meuldijk, J.; Van Herk, JA. M.; Heuts, J. P. A. (2010): A simple one-step sonochemical route towards functional hairy polymer nanoparticles. Soft Matter, 6, 2010. 2392-2395.

HiPco-SWCNTs

کاربرد فراصوت:
پراکنده‌سازی HiPco-SWCNTs با UP400S: در یک ویال 5 mL، مقدار 0٫5 mg از HiPcoTM SWCNTs اکسیدشده (0٫04 mmol کربن) در 2 mL آب دیونیزه با پردازشگر فراصوتی معلق شد؛ مدل UP400S ، تا سوسپانسیونی سیاه‌رنگ حاصل شود (0٫25 mg/mL SWCNTs). به این سوسپانسیون، مقدار 1٫4 μL محلول PDDA ‏(20 wt./%، وزن مولکولی = 100٬000–200٬000) اضافه شد و مخلوط به‌مدت 2 دقیقه با ورتکس مخلوط شد. پس از 5 دقیقه فراصوت‌دهی اضافی در حمام آب، سوسپانسیون نانولوله‌ها با 5000g به‌مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ شد. مایع رویی برای اندازه‌گیری‌های AFM برداشته شد و سپس با siRNA عامل‌دار شد.
دستگاه پیشنهادی:
UP400S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Jung, A. (2007): Functional Materials based on Carbon Nanotubes. Dissertation Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

زیست‌سرامیک هیدروکسی‌آپاتیت

کاربرد فراصوت:
برای سنتز nano-HAP، مقدار 40 mL محلول 0٫32M از Ca(NO₃)² ⋅ 4H₂O در یک بشر کوچک ریخته شد. سپس pH محلول با حدود 2٫5 mL هیدروکسید آمونیوم روی 9٫0 تنظیم شد. در ادامه، محلول با پردازشگر فراصوتی زیر فراصوت‌دهی شد: UP50H (50 W, 30 kHz)، مجهز به سونوتْرود MS7 (قطر هورن 7mm)، تنظیم‌شده روی حداکثر دامنهٔ 100%، به‌مدت 1 ساعت. در پایان ساعت اول، مقدار 60 mL محلول 0٫19M از [KH₂PO₄] به‌آرامی و قطره‌قطره به محلول اول اضافه شد، درحالی‌که محلول برای ساعت دوم تحت تابش فراصوت قرار داشت. در طول فرایند اختلاط، مقدار pH بررسی و روی 9 نگه داشته شد و نسبت Ca/P نیز در 1٫67 ثابت ماند. سپس محلول با استفاده از سانتریفیوژ (~2000 g) صاف شد و پس از آن، رسوب سفید حاصل به تعدادی نمونه برای عملیات حرارتی تقسیم شد. دو مجموعه نمونه تهیه شد؛ مجموعهٔ اول شامل دوازده نمونه برای تیمار حرارتی در کورهٔ لوله‌ای و مجموعهٔ دوم شامل پنج نمونه برای تیمار مایکروویوی بود
دستگاه پیشنهادی:
UP50H
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Poinern, G. J. E.; Brundavanam، R.; Thi Le, X.; Djordjevic، S.; پروکیچ ، م. Fawcett، D.(2011): تأثیر حرارتی و اولتراسونیک در تشکیل بیوسرامیک هیدروکسی آپاتیت در مقیاس نانومتری. مجله بین المللی نانوپزشکی 6 ، 2011. 2083-2095.

هیدروکسی‌آپاتیت کلسیم ریزشده و پراکنده‌شده با فراصوت

WS₂ (نانوذرات معدنیِ فولرن‌مانند)

کاربرد فراصوت:
فراصوت‌دهی در حین رسوب‌دهی الکتریکی نانوذرات WS₂ معدنیِ فولرن‌مانند (IF) در ماتریس نیکل، به دستیابی به پوششی یکنواخت‌تر و متراکم‌تر منجر می‌شود. علاوه بر این، استفاده از فراصوت تأثیر چشمگیری بر درصد وزنی ذرات واردشده در رسوب فلزی دارد. به این ترتیب، درصد وزنی (wt.%) ذرات IF-WS₂ در ماتریس نیکل از 4٫5 wt.% (در فیلم‌های رشدکرده صرفاً تحت هم‌زدن مکانیکی) به حدود 7 wt.% افزایش می‌یابد (در فیلم‌های تهیه‌شده تحت فراصوت‌دهی با شدت فراصوت 30 W cm^-2 ).
پوشش‌های نانوکامپوزیتی Ni/IF-WS₂ به‌صورت الکترولیتی از حمام استاندارد نیکل Watts رسوب داده شدند که به آن نانوذرات با گرید صنعتی IF-WS₂ (فولرن‌های معدنی WS₂) اضافه شده بود.
برای آزمایش، IF-WS₂ به الکترولیت‌های نیکل Watts اضافه شد و سوسپانسیون‌ها پیش از آزمایش‌های هم‌رسوب‌دهی، با همزن مغناطیسی (300 rpm) حداقل به‌مدت 24 h در دمای اتاق به‌شدت هم زده شدند. بلافاصله پیش از فرایند رسوب‌دهی الکتریکی، سوسپانسیون‌ها برای جلوگیری از کلوخه‌شدن، تحت پیش‌تیمار فراصوتی 10 min قرار گرفتند. برای تابش فراصوت، دستگاه زیر به کار رفت: UP200S ، سونیکاتور پروبی با سونوتْرود S14 (قطر نوک 14 mm)، که روی دامنهٔ 55% تنظیم شد.
برای آزمایش‌های هم‌رسوب‌دهی، از سلول‌های شیشه‌ای استوانه‌ای با حجم 200 mL استفاده شد. پوشش‌ها روی کاتدهای تخت از فولاد کم‌کربن تجاری (گرید St37) با مساحت 3cm² رسوب داده شدند. آند یک ورق نیکل خالص (3cm²) بود که در کنار ظرف، روبه‌روی کاتد قرار داشت. فاصلهٔ آند و کاتد 4cm بود. زیرلایه‌ها چربی‌زدایی شدند، با آب مقطر سرد شسته شدند، در محلول 15% HCl فعال شدند (1 min) و دوباره با آب مقطر شسته شدند. هم‌رسوب‌دهی الکتریکی با چگالی جریان ثابت 5٫0 A dm^-2 به‌مدت 1 h و با استفاده از منبع تغذیهٔ DC ‏(5 A/30 V, BLAUSONIC FA-350) انجام شد. برای حفظ غلظت یکنواخت ذرات در تودهٔ محلول، طی فرایند رسوب‌دهی الکتریکی از دو روش هم‌زدن استفاده شد: هم‌زدن مکانیکی با همزن مغناطیسی (ω = 300 rpm) واقع در کف سلول، و فراصوت‌دهی با دستگاه فراصوتی پروبی UP200S. پروب فراصوتی (سونوتْرود) مستقیماً از بالا در محلول فرو برده شد و با دقت بین الکترود کار و الکترود مقابل قرار گرفت، به‌گونه‌ای که هیچ اثر حفاظتی ایجاد نشود. شدت فراصوت هدایت‌شده به سامانهٔ الکتروشیمیایی با کنترل دامنهٔ فراصوت تغییر داده شد. در این مطالعه، دامنهٔ ارتعاش در حالت پیوسته روی 25، 55 و 75% تنظیم شد که به‌ترتیب متناظر با شدت فراصوتی 20، 30 و 40 W cm^-2 بود؛ این شدت‌ها با پردازشگر متصل به توان‌سنج فراصوتی (Hielscher Ultrasonics) اندازه‌گیری شدند. دمای الکترولیت با استفاده از ترموستات در 55◦C نگه داشته شد. دما پیش و پس از هر آزمایش اندازه‌گیری شد. افزایش دما ناشی از انرژی فراصوت از 2–4◦C فراتر نرفت. پس از الکترولیز، نمونه‌ها به‌مدت 1 min در اتانول به روش فراصوتی تمیز شدند تا ذراتی که با اتصال ضعیف روی سطح جذب شده بودند، حذف شوند.
دستگاه پیشنهادی:
UP200S با هورن فراصوتی / سونوتْرود S14
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
گارسیا-لسینا، ای. گارسیا-اوروتیا ، I. Díeza, J.A.; فورنل، بی. پلیسر ، ای. Sort، J. (2013): کدگذاری نانوذرات WS2 شبه فولرن معدنی در یک ماتریس نیکل رسوب شده الکترو تحت تأثیر تحریک اولتراسونیک. Electrochimica Acta 114 ، 2013. 859-867.

سنتز لاتکس

کاربرد فراصوت:
تهیهٔ لاتکس P(St-BA)
ذرات لاتکس P(St-BA) پلی(استایرن-r-بوتیل آکریلات) P(St-BA) با پلیمریزاسیون امولسیونی در حضور سورفکتانت DBSA سنتز شدند. ابتدا 1 g از DBSA در 100 mL آب در یک بالن سه‌دهانه حل شد و pH محلول روی 2٫0 تنظیم شد. مونومرهای مخلوط شامل 2٫80 g از St و 8٫40 g از BA همراه با آغازگر AIBN ‏(0٫168 g) به محلول DBSA ریخته شدند. امولسیون O/W با هم‌زدن مغناطیسی به‌مدت 1 h و سپس فراصوت‌دهی با دستگاه زیر تهیه شد: UIP1000hd مجهز به هورن فراصوتی (پروب / سونوتْرود)، به‌مدت 30 min دیگر در حمام یخ. در نهایت، پلیمریزاسیون در 90degC در حمام روغن، به‌مدت 2 h و تحت اتمسفر نیتروژن انجام شد.
دستگاه پیشنهادی:
UIP1000hd
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
ساخت فیلم‌های رسانای انعطاف‌پذیر مشتق از پلی(3,4-اتیلن‌دی‌اکسی‌تیوفن)–پلی(استایرن‌سولفونیک اسید) (PEDOT:PSS) بر بستر پارچه‌های بی‌بافت. Materials Chemistry and Physics 143, 2013. 143-148.
برای مطالعهٔ بیشتر دربارهٔ سنتز فراصوتی لاتکس، اینجا کلیک کنید!

حذف سرب (آبشویی فراصوتی)

کاربرد فراصوت:
آبشویی فراصوتی سرب از خاک آلوده:
آزمایش‌های آبشویی فراصوتی با دستگاه فراصوتی زیر انجام شدند: UP400S با پروب صوتی تیتانیومی (قطر 14mm) که در فرکانس 20kHz کار می‌کند. پروب فراصوتی (سونوتْرود) به روش گرماسنجی کالیبره شد و شدت فراصوت روی 51 ± 0٫4 W cm^-2 برای همهٔ آزمایش‌های آبشویی فراصوتی تنظیم شد. دمای آزمایش‌های آبشویی فراصوتی با استفاده از سلول شیشه‌ای ژاکت‌دار با کف تخت، در 25 ± 1°C کنترل شد. سه سامانه به‌عنوان محلول‌های آبشویی خاک (0٫1L) تحت فراصوت‌دهی استفاده شدند: 6 mL محلول اسید استیک با غلظت 0٫3 mol L^-2 (pH 3٫24)، محلول اسید نیتریک 3% (v/v) ‏(pH 0٫17) و بافر اسید استیک/استات (pH 4٫79) که با مخلوط‌کردن 60mL ‏0f اسید استیک با غلظت 0٫3 mol L^-1 با 19 mL از محلول 0٫5 mol L^-1 NaOH تهیه شد. پس از فرایند آبشویی فراصوتی، نمونه‌ها با کاغذ صافی صاف شدند تا محلول آبشویی از خاک جدا شود؛ سپس سرب از محلول آبشویی به روش الکتریکی رسوب داده شد و خاک پس از اعمال فراصوت هضم شد.
ثابت شده است که فراصوت ابزاری ارزشمند برای بهبود آبشویی سرب از خاک آلوده است. فراصوت همچنین روشی مؤثر برای حذف تقریباً کامل سربِ قابل‌آبشویی از خاک است که به خاکی با خطر بسیار کمتر منجر می‌شود.
دستگاه پیشنهادی:
UP400S با سونوتْرود H14
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Sandoval-González, A.; سیلوا-مارتینز ، اس. Blass-Amador، G. (2007): شستشوی اولتراسوند و تصفیه الکتروشیمیایی برای خاک حذف سرب ترکیب شده است. مجله مواد جدید برای سیستم های الکتروشیمیایی 10، 2007. 195-199.

تهیهٔ سوسپانسیون نانوذرات

کاربرد فراصوت:
برای تهیهٔ سوسپانسیون‌های نانوذرات، از پودرهای بدون پوشش nTiO2 (با اندازهٔ 5nm براساس میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM)) و nZnO ‏(20nm براساس TEM)، و پودرهای پوشش‌داده‌شده با پلیمر nTiO2 ‏(3–4nm براساس TEM) و nZnO ‏(3–9nm براساس TEM) استفاده شد. شکل بلوری نانوذرات (NPs) برای nTiO2 آناتاز و برای nZnO آمورف بود.
مقدار 0٫1 g پودر نانوذرات در یک بشر 250mL حاوی چند قطره آب دیونیزه (DI) وزن شد. سپس نانوذرات با کاردک فولاد زنگ‌نزن مخلوط شدند و بشر با آب DI تا حجم 200 mL پر شد، هم زده شد و سپس به‌مدت 60 sec در دامنهٔ 90% با دستگاه Hielscher فراصوت‌دهی شد؛ مدل UP200S ، پردازشگر فراصوتی، که سوسپانسیون مادر با غلظت 0٫5 g/L ایجاد کرد. همهٔ سوسپانسیون‌های مادر حداکثر به‌مدت دو روز در 4°C نگهداری شدند.
دستگاه پیشنهادی:
UP200S یا UP200St
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Petosa, A. R. (2013): Transport, deposition and aggregation of metal oxide nanoparticles in saturated granular porous media: role of water chemistry, collector surface and particle coating. Dissertation McGill University Montreal, Quebec, Canada 2013. 111-153.
برای آشنایی بیشتر با پراکنده‌سازی فراصوتی نانوذرات، اینجا کلیک کنید!

رسوب‌دهی نانوذرات مگنتیت

کاربرد فراصوت:
نانوذرات مگنتیت (Fe₃O₄) از طریق هم‌رسوب‌دهی محلول آبی کلرید آهن(III) هگزاهیدرات و سولفات آهن(II) هپتاهیدرات با نسبت مولی Fe3+/Fe2+ = 2:1 تولید می‌شوند. محلول آهن به‌ترتیب با هیدروکسید آمونیوم غلیظ و هیدروکسید سدیم رسوب داده می‌شود. واکنش رسوب‌دهی تحت تابش فراصوت انجام می‌شود و واکنش‌دهنده‌ها از ناحیهٔ کاویتاسیون در محفظهٔ راکتور فراصوتی جریان‌گذر عبور داده می‌شوند. برای جلوگیری از هرگونه گرادیان pH، عامل رسوب‌دهنده باید به‌مقدار اضافی پمپ شود. توزیع اندازهٔ ذرات مگنتیت با استفاده از طیف‌سنجی همبستگی فوتونی اندازه‌گیری شده است. اختلاط ناشی از فراصوت، میانگین اندازهٔ ذرات را از 12–14 nm به حدود 5–6 nm کاهش می‌دهد.
دستگاه پیشنهادی:
UIP1000hd با راکتور سلول جریان
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Banert, T.; Horst, C.; Kunz, U., Peuker, U. A. (2004): Kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen-(II,III) Oxid. ICVT, TU-Clausthal. Poster presented at GVC Annual Meeting 2004.
بانرت ، تی. برنر ، جی. Peuker، U. A. (2006): پارامترهای عملیاتی یک راکتور بارش سونوشیمیایی پیوسته. Proc. 5. WCPT ، اورلاندو فلوریدا ، 23.-27. آوریل 2006.
برای آشنایی بیشتر با رسوب‌دهی فراصوتی، اینجا کلیک کنید!

پودرهای نیکل

کاربرد فراصوت:
تهیهٔ سوسپانسیون پودرهای Ni با یک پلی‌الکترولیت در pH قلیایی (برای جلوگیری از انحلال و تقویت تشکیل گونه‌های غنی از NiO در سطح)، پلی‌الکترولیت مبتنی بر آکریلیک و هیدروکسید تترامتیل‌آمونیوم (TMAH).
دستگاه پیشنهادی:
UP200S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
مورا ، م. لنیکوف، وی. آماودا، اچ. آنگورل، ال ای. د لا فوئنته، G. F.; بونا، م. ت.; شهردار، سی. آندرس ، جی ام. Sanchez-Herencia، J. (2009): ساخت پوشش های ابررسانا بر روی کاشی و سرامیک سازه ای. ابررسانایی کاربردی 19/3 ، 2009. 3041-3044.

PbS – سنتز نانوذرات سولفید سرب

کاربرد فراصوت:
در دمای اتاق، مقدار 0٫151 g استات سرب (Pb(CH3COO)2.3H2O) و 0٫03 g از TAA ‏(CH3CSNH2) به 5mL مایع یونی، [EMIM] [EtSO4]، و 15mL آب دوبار تقطیرشده در یک بشر 50mL اضافه شدند و تحت تابش فراصوت با دستگاه زیر قرار گرفتند: UP200S به‌مدت 7 min. نوک پروب فراصوتی / سونوتْرود S1 مستقیماً در محلول واکنش فرو برده شد. سوسپانسیون قهوه‌ای تیرهٔ تشکیل‌شده برای جداسازی رسوب سانتریفیوژ شد و برای حذف واکنشگرهای واکنش‌نداده، دو بار به‌ترتیب با آب دوبار تقطیرشده و اتانول شسته شد. برای بررسی اثر فراصوت بر خواص محصولات، یک نمونهٔ مقایسه‌ای دیگر نیز تهیه شد؛ همهٔ پارامترهای واکنش ثابت نگه داشته شدند، جز اینکه محصول با هم‌زدن پیوسته به‌مدت 24 h و بدون کمک تابش فراصوت تهیه شد.
سنتز به‌کمک فراصوت در مایع یونی آبی در دمای اتاق برای تهیهٔ نانوذرات PbS پیشنهاد شد. این روش سبز و سازگار با محیط‌زیست که در دمای اتاق انجام می‌شود، سریع و بدون الگو است، زمان سنتز را به‌طور چشمگیری کوتاه می‌کند و از روش‌های پیچیدهٔ سنتز اجتناب می‌کند. نانوخوشه‌های تهیه‌شده جابه‌جایی آبی بسیار بزرگی برابر با 3٫86 eV نشان می‌دهند که می‌توان آن را به اندازهٔ بسیار کوچک ذرات و اثر محصورشدگی کوانتومی نسبت داد.
دستگاه پیشنهادی:
UP200S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008): تهیه و مشخصه‌یابی آسان نانوذرات PbS در دمای اتاق در محیط آبی [EMIM][EtSO4] مایع یونی با استفاده از تابش فراصوت. Bulletin of Korean Chemical Society 29/ 1, 2008. 53-56.

نانولوله‌های خالص‌سازی‌شده

کاربرد فراصوت:
سپس نانولوله‌های خالص‌سازی‌شده در 1,2-دی‌کلرواتان (DCE) با فراصوت‌دهی توسط دستگاه فراصوتی پرتوان معلق شدند؛ مدل UP400S، 400W, 24 kHz)، در حالت پالسی (چرخه‌ها)، تا سوسپانسیونی سیاه‌رنگ حاصل شود. سپس دسته‌های نانولوله‌های کلوخه‌شده در یک مرحلهٔ سانتریفیوژ به‌مدت 5 دقیقه در 5000 rpm حذف شدند.
دستگاه پیشنهادی:
UP400S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Witte، P. (2008): فولرن های آمفیفیلیک برای کاربردهای زیست پزشکی و اپتوالکترونیک. پایان نامه فردریش-الکساندر-دانشگاه ارلانگن-نورنبرگ 2008.

کامپوزیت SAN/CNTs

کاربرد فراصوت:
برای پراکنده‌سازی CNTs در ماتریس SAN، از دستگاه Hielscher UIS250V مجهز به سونوتْرود برای فراصوت‌دهی پروبی استفاده شد. ابتدا CNTs با فراصوت‌دهی به‌مدت حدود 30 min در 50mL آب مقطر پراکنده شدند. برای پایدارسازی محلول، SDS به نسبت ~1% محلول اضافه شد. پس از آن، پراکنهٔ آبی CNTs به‌دست‌آمده با سوسپانسیون پلیمری ترکیب شد و به‌مدت 30 min با همزن مکانیکی Heidolph RZR 2051 مخلوط شد و سپس به‌طور مکرر به‌مدت 30 min فراصوت‌دهی شد. برای تحلیل، پراکنه‌های SAN حاوی غلظت‌های مختلف CNTs در قالب‌های تفلونی ریخته شدند و به‌مدت 3–4 روز در دمای محیط خشک شدند.
دستگاه پیشنهادی:
UIS250v
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Bitenieks، J.; مری، R. M.; زیکان ، ج. Maksimovs, R.; واسیل ، سی. Musteata، V. E. (2012): نانوکامپوزیت های استایرن-اکریلات/نانولوله کربنی: خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی. در: مجموعه مقالات آکادمی علوم استونی 61/ 3 ، 2012. 172–177.

نانوپودر کاربید سیلیسیم (SiC)

کاربرد فراصوت:
نانوپودر کاربید سیلیسیم (SiC) در محلول رنگ در تتراهیدروفوران، با استفاده از دستگاه Hielscher کلوخه‌زدایی و توزیع شد؛ مدل UP200S ، پردازشگر فراصوتی پرتوان که با چگالی توان آکوستیکی 80 W/cm² کار می‌کرد. کلوخه‌زدایی SiC ابتدا در حلال خالص همراه با مقداری شوینده انجام شد و سپس بخش‌هایی از رنگ به‌تدریج اضافه شدند. کل فرایند برای نمونه‌های تهیه‌شده برای پوشش‌دهی غوطه‌وری و چاپ سیلک‌اسکرین، به‌ترتیب 30 دقیقه و 60 دقیقه طول کشید. طی فراصوت‌دهی، خنک‌سازی کافی مخلوط فراهم شد تا از جوشیدن حلال جلوگیری شود. پس از فراصوت‌دهی، تتراهیدروفوران در تبخیرکنندهٔ چرخشی تبخیر شد و سخت‌کننده به مخلوط اضافه شد تا گرانروی مناسب برای چاپ به دست آید. غلظت SiC در کامپوزیت حاصل، برای نمونه‌های تهیه‌شده برای پوشش‌دهی غوطه‌وری، 3% wt بود. برای چاپ سیلک‌اسکرین، دو دسته نمونه تهیه شد؛ با مقدار SiC برابر با 1 – 3% wt برای آزمون‌های اولیهٔ سایش و اصطکاک، و 1٫6 – 2٫4% wt برای تنظیم دقیق کامپوزیت‌ها براساس نتایج آزمون‌های سایش و اصطکاک.
دستگاه پیشنهادی:
UP200S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
سلیچوفسکی جی. Psarski M.; Wiśniewski M. (2009): کشنده نخ الاستیک با الگوی نانوکامپوزیت ضد سایش غیر پیوسته. الیاف & منسوجات در اروپای شرقی 17/1، 2009. 91-96.

SWNT نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره

کاربرد فراصوت:
سنتز سونوشیمیایی: 10 mg از SWNT و 30ml محلول 2%MCB، ‏10 mg از SWNT و 30ml محلول 2%MCB، ‏UP400S؛ شدت فراصوت‌دهی: 300 W/cm2، مدت فراصوت‌دهی: 5h
دستگاه پیشنهادی:
UP400S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
کوشیو، آ.؛ یوداساکا، م.; ژانگ ، م. Iijima، S. (2001): یک راه ساده برای واکنش شیمیایی نانولوله های کربنی تک جداره با مواد آلی با استفاده از امواج فراصوت. نامه های نانو 1/7، 2001. 361–363.

SWCNTs تیول‌دارشده

کاربرد فراصوت:
مقدار 25 mg از SWCNTs تیول‌دارشده (2٫1 mmol کربن) در 50 mL آب دیونیزه با استفاده از پردازشگر فراصوتی 400W معلق شد (UP400S). سپس سوسپانسیون به محلول تازه‌تهیه‌شدهٔ Au(NP) اضافه شد و مخلوط به‌مدت 1h هم زده شد. Au(NP)-SWCNTs با میکروفیلتراسیون (نیترات سلولز) استخراج شدند و به‌طور کامل با آب دیونیزه شسته شدند. مایع صاف‌شده قرمز بود، زیرا Au(NP) کوچک (قطر میانگین ≈ 13 nm) می‌توانست به‌خوبی از غشای صافی (اندازهٔ منافذ 0٫2μm) عبور کند.
دستگاه پیشنهادی:
UP400S
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Jung, A. (2007): Functional Materials based on Carbon Nanotubes. Dissertation Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007.

TiO₂ / پرلیت: کامپوزیت

کاربرد فراصوت:
مواد کامپوزیتی TiO2 /پرلیت به روش زیر تهیه شدند. ابتدا 5 mL ایزوپروپوکسید تیتانیوم (TIPO)، ‏Aldrich 97%، در 40 mL اتانول، Carlo Erba، حل شد و به‌مدت 30 min هم زده شد. سپس 5 g پرلیت اضافه شد و پراکنه به‌مدت 60 min هم زده شد. مخلوط با استفاده از سونیکاتور نوک‌دار فراصوتی بیشتر همگن شد؛ مدل UIP1000hd. طی زمان فراصوت‌دهی 2 min، انرژی ورودی کل 1 Wh اعمال شد. در نهایت، دوغاب با اتانول رقیق شد تا 100 mL سوسپانسیون به دست آید و مایع حاصل، محلول پیش‌ماده (PS) نام‌گذاری شد. PS تهیه‌شده برای فرآوری در سامانهٔ پیرولیز پاششی شعله‌ای آماده بود.
دستگاه پیشنهادی:
UIP1000hd
منبع / مقالهٔ پژوهشی:
Giannouri, M.; Kalampaliki, Th.; Todorova, N.; Giannakopoulou,T.; Boukos, N.; Petrakis, D.; Vaimakis, T.; Trapalis, C. (2013): سنتز تک‌مرحله‌ای کامپوزیت‌های TiO2/پرلیت به روش گرماکافت پاششی شعله‌ای و رفتار فوتوکاتالیستی آن‌ها. International Journal of Photoenergy 2013.

فراصوت پرتوان که انرژی آن به مایعات منتقل می‌شود، کاویتاسیون شدیدی ایجاد می‌کند. اثرات شدید کاویتاسیون، دوغاب‌هایی از پودر ریز با اندازهٔ ذرات در محدودهٔ زیرمیکرونی و نانومتری ایجاد می‌کنند. علاوه بر این، سطح ذرات فعال می‌شود. برخورد ریزجت‌ها و امواج ضربه‌ای و برخوردهای بین‌ذره‌ای، اثرات قابل‌توجهی بر ترکیب شیمیایی و ریخت‌شناسی فیزیکی جامدات دارند که می‌توانند واکنش‌پذیری شیمیایی پلیمرهای آلی و جامدات معدنی را به‌طور چشمگیری افزایش دهند.

«شرایط حدی درون حباب‌های در حال فروپاشی، گونه‌هایی بسیار واکنش‌پذیر تولید می‌کند که می‌توان از آن‌ها برای اهداف مختلف استفاده کرد؛ برای مثال، آغاز پلیمریزاسیون بدون افزودن آغازگر. به‌عنوان مثالی دیگر، تجزیهٔ سونوشیمیایی پیش‌ماده‌های آلی‌فلزیِ فرّار در حلال‌هایی با نقطهٔ جوش بالا، مواد نانوساختار را در شکل‌های مختلف با فعالیت کاتالیزی بالا تولید می‌کند. فلزات، آلیاژها، کاربیدها و سولفیدهای نانوساختار، کلوئیدهای نانومتری و کاتالیزورهای نانوساختارِ پایه‌دار را همگی می‌توان از این روش کلی تهیه کرد.»

[Suslick/ Price 1999: 323]

منابع / مراجع

• Suslick، K. S.; Price، G. J. (1999): کاربردهای سونوگرافی در شیمی مواد. آنو. کشیش مادر. علمی 29 ، 1999. 295-326.
• Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
• Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): تاثیر حرارتی و اولتراسونیک در تشکیل بیوسرامیک هیدروکسی آپاتیت در مقیاس نانومتری. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.