Hielscher Ultra ääni tekniikka

Sonofragmentation - Power Ultrasoundin vaikutus hiukkasten rikkoutumiseen

Sonofragmentaatio kuvaa partikkelien rikkoutumista nano-kokoisiin fragmentteihin suuritehoisella ultraäänellä. Toisin kuin yhteinen ultraääni-purkaminen ja jauhatus – jossa hiukkasia hiotaan pääasiassa ja erotetaan partikkelien välisellä törmäyksellä – , sono-fragmentaatio erottuu suoraa vuorovaikutusta hiukkasen ja iskun aallon välillä. Suuritehoinen / pienitaajuinen ultraääni synnyttää kavitaatiota ja siten voimakkaita leikkausvoimia nesteissä. Kavitaatiokuplan umpinaiset olosuhteet ja partikkelien väliset törmäyskarkot hiovat hiukkasia hyvin hienojakoiseen materiaaliin.

Nano-hiukkasten ultraäänimitoiminta ja -valmistelut

Teho-ultraäänen vaikutukset nano-materiaalien tuotantoon ovat tunnettuja: Dispergointi, purkaminen ja jyrsintä & Hiominen ja sekoittuminen sonikaatiolla ovat usein ainoa tehokas hoitomenetelmä nano-hiukkasia. Tämä pätee erityisesti hyvin hienoihin nano-materiaaleihin, joilla on erityisiä funktionaalisuuksia, kuten nano-kokoisia ainutlaatuisia hiukkasten ominaisuuksia. Nano-materiaalin luominen tietyillä toiminnoilla edellyttää tasaista ja luotettavaa sonikointiprosessia. Hielscher toimittaa ultraäänilaitteita laboratorion mittakaavasta täyden kaupallisen tuotannon kokoon.

Sono-fragmentti kavitaation avulla

Tehokkaiden ultraäänivoimien syöttäminen nesteiksi aiheuttaa äärimmäisiä olosuhteita. Kun ultraääni levittää nestemäistä väliainetta, ultraääni-aallot aiheuttavat vuorottelevat puristus- ja harjoittelujaksoja (korkeapaine- ja matalapainejaksot). Alhaisissa paineissa sykleissä syntyy pieniä kuumakuplia. Nämä kavitaatio kuplat kasvavat useiden alipainesyklien aikana, kunnes ne saavuttavat koon, kun ne eivät pysty absorboimaan enemmän energiaa. Tällöin maksimaalisen absorboituneen energian ja kuplan koko, kavitaatiokupla tiivistyy voimakkaasti ja luo paikallisesti äärimmäisiä olosuhteita. Koska implosion kavitaatio kuplat, erittäin korkeat lämpötilat n. 5000K ja paineet n. 2000mt saavutetaan paikallisesti. Impliointi johtaa nestemäisiin suihkukoneisiin, joiden nopeus on jopa 280 m / s (≈1000 km / h). Sono-fragmentaatio kuvaa näiden voimakkaiden voimien käyttöä fragmenttihiukkasten pienemmille ulottuvuuksille sub-mikroni- ja nanoalueella. Edistyksellisellä sonikoinnilla hiukkasten muoto muuttuu kulmasta pallomaiseksi, mikä tekee partikkeleista arvokkaamman. Fragmentaation tulokset ilmaistaan ​​pilkkomisnopeudena, joka kuvataan tehovirran, sonikoituneen tilavuuden ja agglomeraattien koon funktiona.
Kusters et al. (1994) Tutki agglomeraattien ultrasonisesti avustettua pirstoutumista suhteessa sen energian kulutukseen. Tutkijoiden tulokset "osoittavat, että Ultra ääni dispersio tekniikka voi olla yhtä tehokas kuin perinteiset hionta tekniikat. Ultraäänidispersion teollinen käytäntö (esim. suuremmat anturit, jatkuva jousituksen läpäinen) voi muuttaa näitä tuloksia hieman, mutta yli-kaikki on odotettavissa, että erityinen energian kulutus ei ole syynä tämän comminutron tekniikkaa, vaan pikemminkin sen kykyä tuottaa erittäin hienoja (submikronia) hiukkasia. " [Kusters et al. 1994] Erityisesti jauheiden, kuten piidioksidi tai zirkoniumoksidilla, yksikköjauheen tarvitsema spesifinen energia todettiin pienemmäksi ultraäänihionnalla kuin tavanomaisilla jauhatusmenetelmillä. Ultrasonication vaikuttaa hiukkasiin paitsi jyrsimällä ja hiomalla myös kiillottamalla kiintoaineita. Tällöin hiukkasten suuri pallomaisuus voidaan saavuttaa.

Sono-pirstoutuminen nanomateriaalien kiteyttämiseen

"Vaikka ei ole epäilystäkään siitä, että molekyylikiteiden ultraäänellä säteilytettyjen lietteiden esiintyminen molekyylikiteiden välissä esiintyy, ne eivät ole hallitseva fragmentaation lähde. Päinvastoin kuin molekyylikiteet, metallihiukkaset eivät suoraan vaurioidu iskuilta, ja ne voivat vaikuttaa vain voimakkaampien (mutta paljon harvinaisempien) partikkeleiden törmäysten vaikutuksesta. Metallijäätelöiden sonikoimalla hallitsevien mekanismien siirtyminen aspiriinisuspensioihin korostaa muokattavissa olevien metallihiukkasten ja hajoamien molekyylikiteiden ominaisuuksien eroja. "[Zeiger / Suslick 2011, 14532]

Asetyylisalisyylihappohiukkasten ultraääninen fragmentaatio

Aspiinihiukkasten fragmentaatio [Zeiger / Suslick 2011]

Gopi et al. (2008) Tutki korkealaatuisten submicrometer-alumiinihiukkashiukkasten (pääasiassa alle 100 nm-alueen) valmistusta mikro metrin kokoisesta syötteestä (esim. 70-80 μm) Sonofragmentation avulla. Ne havaitsivat alumiini oksidin keraamisten hiukkasten värin ja muodon merkittävän muutoksen Sono-hajanaisuuden seura uksena. Hiukkaset mikronin, submikroni ja nano kokoinen alue voidaan helposti saada korkean tehon sonication. Hiukkasten pallohyrkyllisyys kasvoi akustisen kentän retentio ajan kasvaessa.

Dispersio pinta-aktiivisessa aineosassa

Tehokas ultraäänihiukkasten rikkoutumisen vuoksi pinta-aktiivisten aineiden käyttö on välttämätöntä estämään sub-mikronin ja nanokokoisten hiukkasten deagglomeroituminen. Mitä pienempi on hiukkaskoko, sitä suurempi pinta-alan suhteellinen tarkka-suhde, joka on peitettävä pinta-aktiivisella aineella, jotta se pysyy suspensiossa ja vältetään hiukkasten koaguaation (agglomeraatio). Ultrasonication etuna on dispergoiva vaikutus: Samanaikaisesti hiomiseen ja pirstoutumiseen ultraäänit hajaantivat hiotut hiukkasfragmentit pinta-aktiivisella aineella siten, että nano-hiukkasten agglomerointi (lähes) vältetään kokonaan.

Teollisuustuotanto

Palvella markkinoita korkealaatuisella nano-materiaalilla, joka ilmaisee poikkeuksellisia toimintoja, tarvitaan luotettavia käsittelylaitteita. Ultrasonicators jopa 16kW yksikköä, jotka ovat klusteroitavissa mahdollistaa Fort he jalostaa lähes rajoittamaton volyymivirtoja. Ultraäänikuvausmenetelmien täysin lineaarisen skaalautuvuuden ansiosta ultraäänitutkimukset voivat olla riskittömiä laboratoriossa testattaessa, optimoidut penkki-asteikkoon ja sitten toteutettu ongelmitta tuotantolinjaan. Koska ultraäänipesä ei vaadi suurta tilaa, se voidaan jopa sovittaa olemassa oleviin prosessivirtoihin. Toiminta on helppoa ja sitä voidaan seurata ja käyttää kaukosäätimellä, kun taas ultraäänijärjestelmän huolto on lähes laiminlyöty.

Kirjallisuus / Viitteet

  • Ambedkar, B. (2012): Ultrasonic hiili-pesu de-Ashing ja rikinpoisto: kokeellinen tutkimus ja mekaaninen mallinnus. Springer, 2012.
  • Eder, Rafael JP; Schrank, Simone; Besenhard, Maximilian O .; Roblegg, Eva; Gruber-Woelfler, Heidrun; Khinast, Johannes G. (2012): Asetyylisalisyylihapon (ASA) jatkuva sonokiteytys: Crystal Size -menetelmä. Crystal Growth & Suunnittelu 12/10, 2012. 4733-4738.
  • Gopi, KR; Nagarajan, R. (2008): Advances in Nanoalumina Ceramic Particle Fabrication käyttäen Sonofragmentaatiota. IEEE Transactions on Nanotechnology 7/5, 2008. 532-537.
  • Kusters, Karl; Pratsinis, Sotiris E .; Thoma, Steven G .; Smith, Douglas M. (1994): Energian koon pienentämislainsäädöt ultraäänipiperaatioon. Powder Technology 80, 1994, 253 - 263.
  • Zeiger, Brad W .; Suslick, Kenneth S. (2011): Molekulaaristen kiteiden hajottaminen. Lehti oft he American Chemical Society. 2011.

Ota yhteyttä / kysy lisätietoja

Kerro meille käsittelyn vaatimuksista. Suosittelemme projektin sopivia asennus- ja käsittelyparametreja.





Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.



Ultrasonic processing: Cavitational "hot spot" (Klikkaa suurentaaksesi!)

Ultrasonic sonotrode lähettää ääni-aaltoja nesteeksi. Sumuuntuminen alle sonotrode pinnan osoittaa, että Cavitational hot spot alueella.