فرز التراسونیک نانو پودرهای ترموالکتریک

• تحقیقات نشان داده است که فرز اولتراسونیک می تواند با موفقیت برای ساخت نانوذرات ترموالکتریک مورد استفاده قرار گیرد و پتانسیل دستکاری سطوح ذرات را دارد.
• ذرات التراسونیک آسیاب (به عنوان مثال Bi_H2STe₃آلیاژ بر پایه (با کاهش اندازه قابل توجهی از خود نشان داد و نانوذرات با کمتر از 10 میکرومولار ساخته شد.
• علاوه بر این، فراصوت تغییرات قابل توجهی در مورفولوژی سطح ذرات ایجاد می کند و در نتیجه امکان عامل سازی سطح میکرو و نانوذرات را فراهم می کند.

نانوذرات ترموالکتریک

مواد ترموالکتریک انرژی گرمایی را بر اساس اثر Seebeck و Peltier به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. در نتیجه می توان انرژی حرارتی به سختی قابل استفاده یا تقریبا از دست رفته را به طور موثر به کاربردهای مولد تبدیل کرد. از آنجایی که مواد ترموالکتریک را می توان در کاربردهای جدید مانند باتری های زیست گرمایی، خنک کننده ترموالکتریک حالت جامد، دستگاه های اپتوالکترونیک، فضا و تولید برق خودرو گنجاند، تحقیقات و صنعت به دنبال تکنیک های آسان و سریع برای تولید نانوذرات ترموالکتریک سازگار با محیط زیست، مقرون به صرفه و پایدار در دمای بالا است. فرز اولتراسونیک و همچنین سنتز پایین به بالا (تبلور سونو) مسیرهای امیدوارکننده ای برای تولید انبوه سریع نانومواد ترموالکتریک هستند.

تجهیزات فرز اولتراسونیک

برای کاهش اندازه ذرات بیسموت تلوراید (Bi_H2STe₃)، سیلیکید منیزیم (Mg)_H2SSi) و پودر سیلیکون (Si) ، سیستم اولتراسونیک با شدت بالا UIP1000hdT (1 کیلو وات، 20 کیلوهرتز) در راه اندازی لیوان باز استفاده شد. برای همه کارآزمایی ها، دامنه روی 140 میکرومتر تنظیم شد. ظرف نمونه در حمام آب خنک می شود، دما توسط ترموکوپل کنترل می شود. با توجه به فراصوت در یک ظرف باز، خنک کننده برای جلوگیری از تبخیر محلول های فرز (به عنوان مثال، اتانول، بوتانول یا آب) استفاده شد.

(الف) نمودار شماتیک از تنظیمات آزمایشی. (ب) دستگاه فرز اولتراسونیک. منبع: مارکز-گارسیا و همکاران 2015.

فرز اولتراسونیک تنها برای 4 ساعت Bi_H2STe₃-آلیاژ در حال حاضر در مقدار قابل توجهی از نانوذرات با اندازه های بین 150 تا 400 نانومتر تولید شده است. علاوه بر کاهش اندازه به محدوده نانو، فراصوت نیز منجر به تغییر مورفولوژی سطح. تصاویر SEM در شکل زیر b، c و d نشان می دهد که لبه های تیز ذرات قبل از فرز اولتراسونیک پس از فرز اولتراسونیک صاف و گرد شده اند.

توزیع اندازه ذرات و تصاویر SEM آلیاژ مبتنی بر Bi2Te3 قبل و بعد از فرز اولتراسونیک. a – توزیع اندازه ذرات؛ b – تصویر SEM قبل از فرز اولتراسونیک؛ c – تصویر SEM پس از فرز اولتراسونیک به مدت 4 ساعت؛ d – تصویر SEM پس از فرز اولتراسونیک به مدت 8 ساعت.
منبع: مارکز-گارسیا و همکاران 2015.

برای تعیین اینکه آیا کاهش اندازه ذرات و اصلاح سطح به طور منحصر به فرد توسط فرز اولتراسونیک به دست آمده است، آزمایش های مشابهی با استفاده از یک آسیاب گلوله ای با انرژی بالا انجام شد. نتایج در شکل 3 نشان داده شده است. بدیهی است که ذرات 200-800 نانومتر توسط فرز گلوله ای به مدت 48 ساعت (12 برابر بیشتر از فرز اولتراسونیک) تولید شده اند. SEM نشان می دهد که لبه های تیز Bi_H2STe₃ذرات آلیاژ پس از فرز اساسا بدون تغییر باقی می مانند. این نتایج نشان می دهد که لبه های صاف ویژگی های منحصر به فرد فرز اولتراسونیک هستند. صرفه جویی در زمان با فرز اولتراسونیک (فرز توپ 4 ساعت در مقابل 48 ساعت) نیز قابل توجه است.

توزیع اندازه ذرات و تصاویر SEM از Mg2Si قبل و بعد از فرز اولتراسونیک. (الف) توزیع اندازه ذرات؛ (ب) تصویر SEM قبل از فرز اولتراسونیک؛ (ج) تصویر SEM پس از فرز اولتراسونیک در 50٪ PVP-50٪ EtOH به مدت 2 ساعت.
منبع: مارکز-گارسیا و همکاران 2015.

مارکز-گارسیا و همکاران (2015) نتیجه گرفتند که فرز اولتراسونیک می تواند Bi را تخریب کند_H2STe₃ و منیزیم_H2Sپودر سیلیسیم را به ذرات کوچکتر تبدیل می کند که اندازه آنها از 40 تا 400 نانومتر متغیر است که نشان دهنده یک تکنیک بالقوه برای تولید صنعتی نانوذرات است. در مقایسه با فرز توپ با انرژی بالا، فرز اولتراسونیک دارای دو ویژگی منحصر به فرد است:

1. 1. وقوع یک شکاف به اندازه ذره که ذرات اصلی را از ذرات تولید شده توسط فرز اولتراسونیک جدا می کند. و
2. 2. تغییرات قابل توجهی در مورفولوژی سطح پس از فرز اولتراسونیک آشکار است که نشان دهنده امکان دستکاری سطوح ذرات است.

نتیجه

فرز التراسونیک از ذرات سخت تر نیاز به فراصوت تحت فشار برای تولید حفره شدید. فراصوت تحت فشار بالا (به اصطلاح مانوسونیکاسیون) نیروهای برشی و تنش به ذرات را به شدت افزایش می دهد.
راه اندازی فراصوت درون خطی مداوم اجازه می دهد تا برای بار ذرات بالاتر (دوغاب خمیر مانند)، که نتایج فرز را بهبود می بخشد از فرز مافوق صوت است که در برخورد بین ذرات بر اساس.
فراصوت در یک تنظیم گردش مجدد گسسته اجازه می دهد تا از درمان همگن همه ذرات و در نتیجه توزیع اندازه ذرات بسیار باریک اطمینان حاصل شود.

مزیت عمده فرز اولتراسونیک این است که این فناوری را می توان به راحتی برای تولید مقادیر زیادی مقیاس بندی کرد - فرز اولتراسونیک صنعتی قدرتمند تجاری در دسترس می تواند تا 10 متر را اداره کند³/ساعت.

مزایای فرز اولتراسونیک

• سریع، صرفه جویی در زمان
• صرفه جویی در انرژی
• نتایج قابل تکرار
• بدون رسانه فرز (بدون مهره یا مروارید)
• هزینه سرمایه گذاری پایین

مافوق صوت با کارایی بالا

فرز اولتراسونیک به تجهیزات اولتراسونیک با قدرت بالا نیاز دارد. به منظور ایجاد نیروهای برشی حفره ای شدید، دامنه و فشار بالا بسیار مهم است. Hielscher اولتراسونیک’ پردازنده های اولتراسونیک صنعتی می توانند دامنه های بسیار بالایی را ارائه دهند. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم در عملیات 24/7 اجرا کرد. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند. در ترکیب با راکتورهای جریان تحت فشار Hielscher است, کاویتاسیون بسیار شدید ایجاد شده است به طوری که می توان بر پیوندهای بین مولکولی غلبه کرد و اثرات فرز کارآمد به دست آورد.
استحکام تجهیزات اولتراسونیک Hielscher را اجازه می دهد تا برای عملیات 24/7 در وظیفه سنگین و در محیط های خواستار. کنترل دیجیتال و از راه دور و همچنین ضبط خودکار داده ها بر روی کارت SD داخلی، پردازش دقیق، کیفیت قابل تکرار را تضمین می کند و امکان استاندارد سازی فرآیند را فراهم می کند.

مزایای استفاده از Hielscher با کارایی بالا ultrasonicators

• دامنه های بسیار بالا
• فشارهای بالا
• فرآیند پیوسته درون خطی
• تجهیزات مقاوم
• مقیاس خطی
• صرفه جویی و کارکرد آسان
• تمیز کردن آسان