Hielscher Ultrasound Technology

Mga epekto ng Sonochemical sa mga proseso ng Sol-Gel

Pambungad

Ultrafine nano ang laki particle at spherical na partikulo ng hugis, manipis pelikula coatings, fibers, buhaghag at siksik na mga materyales, pati lubhang buhaghag na aerogels at xerogels ay mataas ang potensyal ng mga additives para sa pagpapaunlad at produksyon ng mga mataas na pagganap mga materyales. Advanced na mga materyal, kabilang hal. keramika, mataas buhaghag, ultralight aerogels at organic tulagay hybrids maaari maging synthesized mula koloidal suspensions o na polymers sa isang likido gamit ang mga pamamaraan ng sol-gel. Ang materyal na ito ay nagpapakita ng kakaibang katangian, dahil ang resulta sol particle na hanay sa mga sukat sa hanay nanometer. Gayon, sa proseso ng sol-gel ay bahagi ng mga nanochemistry.
Sa mga sumusunod, ay nirepaso ang pagbubuo ng laki ng nano ang mga materyal na gamit ang mga ruta ng ultrasonically tinulungan sol-gel.

Sol-Gel proseso

Sol-gel at pagproseso ng mga kaugnay na kinapapalooban ng sumusunod na mga hakbang:

  1. paggawa ng sol o nagtutulak ng pulbos, gelling ang sol sa isang amag o sa isang substrate (sa kaso ng pelikula), o paggawa ng isang pangalawang sol mula sa precipitated pulbos at nito gelation, o paghubog ng pulbos sa isang katawan ng di-gel ruta;
  2. pagpapatayo;
  3. pagpapaputok at sintering. [Rabinovich 1994]
Mga proseso ng sol-gel ay basa-kemikal ng mga ruta para sa mga katha ng gel ng metal oxides o mestiso na polymers

Table 1: Hakbang ng Sol-Gel synthesis at pababa sa ilog na proseso

Kapangyarihan ultratunog ay nagtataguyod ng sonochemical reaksyon (I-click upang palakihin!)

Salamin ng ultrasonic reaktor para sa Sonochemie

Ang mga kahilingan ng impormasyon




Tandaan natin Patakaran sa privacy.


Mga proseso ng sol-gel ay isang basa-kemikal na pamamaraan ng synthesis para ang katha ng isang integrated network (tinatawag na gel) ng metal oxides o mestiso na polymers. Bilang bago, karaniwang salts tulagay metal tulad ng bakal na chlorides at organikong metal compounds tulad ng ginagamit ng mga metal na alkoxides. Ang sol – binubuo sa isang suspensyon ng mga bago – transforms sa isang tulad ng sa gel diphasic system, na binubuo kapwa ng likido at isang solidong phase. Ang mga reaksyon ng mga kemikal na nagaganap sa panahon ng proseso ng sol-gel ay hydrolysis, poly-paghalay at gelation.
Sa panahon ng hydrolysis at poly-paghalay, isang colloid (sol), na kung saan ay binubuo sa nanoparticles ipinamahagi sa isang ng solvent, ay nabuo. Sa kasalukuyang yugto ng sol transforms sa gel.
Ang resultang gel-phase ay nabuo sa pamamagitan ng ang mga partikulo na laki at pagbubuo maaaring mag-iba-iba malaki mula sa magkaiba koloidal particle sa tuloy-tuloy na polymers ng tulad ng sa kadena. Ang anyo at laki ay depende sa kemikal na kondisyon. Mula sa obserbasyon sa SiO2 alcogels ay karaniwang matatapos na isang base catalyzed sol ay nagbubunga ng isang magkaiba species na nabuo sa pamamagitan ng pagsasamasama ng mga monomer-kumpol, na kung saan ay mas compact at mataas na branched. Sila ay apektado sa pamamagitan ng sedimentation at pwersa ng gravity.
Catalyzed ng acid sa sols kumukuha mula sa mga tanikala ng lubos gusot polimer na nagpapakita ng isang maayos na microstructure at napakaliit na mga pores na mukhang medyo pare-pareho sa buong ang materyal na ito. Ang pagbubuo ng isang mas bukas na tuloy-tuloy na network ng mababang densidad na polymers ay nagpapakita ng ilang mga bentahe patungkol sa pisikal na katangian sa pagbuo ng mataas na pagganap na salamin at glass/ceramic components sa 2 at 3 na sukat. [Sakka et al. 1982]
Sa karagdagang processing hakbang, iikot-patong o sawsaw-patong nagiging posible na amerikana substrates may manipis pelikula o sa pamamagitan ng pagpapatala ng mga sol sa isang amag, upang bumuo ng isang tinatawag na basa gel. Matapos ang karagdagang pagpapatayo at pag-init, isang siksik na materyal ay maaaring makuha.
Sa karagdagang hakbang ng proseso ng pababa sa ilog, ang nakuha gel ay maaaring karagdagang naproseso. Pamamagitan ng ulan, spray pyrolysis, o mga pamamaraan ng emulsyon, ultrafine at unipormeng powders ay nabuo. O tinatawag na aerogels, na kung saan ay characterized sa pamamagitan ng mataas na porosity at ng lubhang mababang densidad, ay maaaring malikha sa pamamagitan ng bunutan ng likidong bahagi ng basang gel. Samakatuwid, supercritical sa normal na kundisyon ay kinakailangan.
Ultrasound ay isang subok na mga pamamaraan upang mapabuti ang mga sol-gel synthesis ng nano ang mga materyales. (I-click upang palakihin!)

Table 2: Ultrasonic sol-gel synthesis ng mesoporous TiO2 [Yu et al., Chem. Commun. 2003, 2078]

Ultratunog ng mataas na kapangyarihan

Mataas na kapangyarihan, mababang dalas ultratunog ay nagbibigay ng mataas na potensyal na para sa mga kemikal na proseso. Kapag ang matinding ultrasonic waves ay ipinakilala sa isang daluyan ng likido, alternating high-pressure at mababa ang presyon ng mga cycles kasama ang mga rate depende sa dalas mangyari. Mataas na presyon na mga cycles ibig sabihin compression, habang cycles ng mababang Dalasan ang ibig sabihin ng rarefaction ng mga daluyan. Sa panahon ng siklo ng mababa ang presyon (rarefaction), mataas na kapangyarihan ultratunog ay lumilikha ng mga maliit na vacuum na bula sa likido. Mga vacuum na bula ay lumago sa paglipas ng ilang mga cycles.
Alinsunod dito na ang tindi ng ultratunog, kino-compress ng likido at umaabot sa iba 't ibang antas. Ito ay nangangahulugan ng cavitation maaaring kumilos ang mga bula sa dalawang paraan. Sa mababang ng ultrasonic paglabas ng ~ 1-3Wcm-2, ang mga bula ng cavitation ay oscillate tungkol sa ilang punto ng balanse na laki para sa maraming mga cycles ng tunog. Pangkaraniwang bagay na ito ay termed matatag cavitation. Sa mataas ultrasonic paglabas (≤10Wcm-2) ang mga bula ng cavitational ay nabuo sa loob ng ilang mga cycles ng tunog sa isang radius ng hindi bababa sa dalawang beses ang kanilang Inisyal na laki at sa isang punto ng compression malukot nang husto ng bubble ay hindi sumipsip ng mas maraming enerhiya. Ito ay termed ng pansamantala o inertial cavitation. Mangyari ng lokal na tinatawag na hot spots sa panahon ng bubble implosion, tampok na matinding kondisyon: sa panahon ng mga implosion, lokal mataas na temperatura (approx. 5, 000K) at nakamit na pamimilit (approx. 2, 000atm). Ang implosion ng cavitation bilog ay resulta din sa likido na jet ng hanggang 280 m/s bilis, na kumilos bilang mataas na gupitin pwersa. [Suslick 1998 / Santos et al. 2009]

Sono-Ormosil

Sonication ay isang mahusay na tool para sa pagbubuo ng na polymers. Sa panahon ng ultrasonic dispersing at deagglomeration, ang caviational gupitin pwersa, na kung saan Iunat mo at masira ang mga molekular na tanikala sa isang di-random na proseso, ay magreresulta sa pagbaba ng molekular timbang at poly-dispersity. Bukod pa rito, ang mga sistema ng iba 't ibang yugto ay tunay na mahusay ipinamahagi at emulsified, kaya na mixtures ng maayos ay inilaan. Ibig sabihin nito ay ang ultratunog ay nagpapataas ng mga rate ng polymerisation sa nakaaantig na maginoo at mga resulta sa mas mataas na molecular weights sa mas mababang polydispersities.
Ormosils (samahang binago silicate) ay nakuha nang silane ay idinagdag sa galing ng gel kwats sa panahon ng proseso ng sol-gel. Ang produkto ay pinagsamang molekular scale sa pinahusay na katangian ng makina. Sono-Ormosils ay characterized sa pamamagitan ng isang mataas na densidad kaysa sa mga klasikong gels pati na rin ang isang pinabuting thermal katatagan. Pagpapaliwanag samakatuwid ay maaaring maging ng mas mataas na antas ng polimerisiyesyon. [Rosa-Fox et al. 2002]

Malakas na pwersa ng ultrasonic ay isang kilalang at maaasahang pamamaraan para sa bunutan (I-click upang palakihin!)

Ultrasonic cavitation sa likido

Mesoporous maiisakatuparan2 pamamagitan Ultrasonic Sol-Gel Synthesis

Mesoporous maiisakatuparan2 widley ginagamit bilang photocatalyst pati na rin sa electronics, sensor teknolohiya at kapaligiran na pinipigil. Para sa mga katangian ng optimized na materyales, ito ay naglalayong upang makabuo ng metro2 may mataas na crystallinity at malaking lugar ng ibabaw. Ang ruta ng ultrasonic tinulungan sol-gel ay may kalamangan na ang mga katangian ng likas at extrinsic ng metro2, tulad ng mga tinga size, ibabaw na lugar, dami ng butas ng kanyang balat, butas ng kanyang balat-lapad, crystallinity pati anatase, rutile at brookite phase ratio ay naiimpluwensyahan ng pagkontrol ng mga parameter.
Milani et al. (2011) na ipinapakita ang pagbubuo ng metro2 anatase nanoparticles. Samakatuwid, ang proseso ng sol-gel ay inilapat sa ang TiCl4 nahahambing sa malawakang at sa parehong paraan, may at walang Ultrasound. Ang resulta ipakita ang ultrasonic pag-iilaw ng walang pagbabago ang tono na epekto sa lahat ng mga bahagi ng mga solusyon na ginawa sa pamamagitan ng ang paraan ng sol-gel at maging sanhi ng paglabag ng maluwag na link ng malaking nanometric colloids sa solusyon. Sa gayon, mas maliit nanoparticles ay nilikha. Ang lokal na nagaganap mataas pamimilit at temperatura break ang mga bondings sa mahabang polimer chains pati na rin ang mga mahihina ang mga mas maliit particle umiiral, na kung saan binubuo ang mas malaking koloidal masa. Ang paghahambing ng mga dalawang metro2 Halimbawa, sa harapan at sa kawalan ng ultrasonic pag-iilaw, ay makikita sa ang SEM imahe sa ibaba (tingnan sa Pic. 2).

Ultratunog ay tumutulong sa proseso ng gelatinization sa panahon ng pagbubuo ng sol-gel. (I-click upang palakihin!)

Pic. 2: mga imahe ng SEM ng TiO2 pwder, calcinated sa 400 degC para sa 1h at gelatinization na oras ng 24 oras: (a) sa harapan ng at (b) sa kawalan ng ultratunog. [Milani et al. 2011]

Bukod pa rito, ang kemikal na reaksyon ay kita mula sa mga sonochemical epekto, na kinabibilangan ng mga hal. ang pagbasag ng kimikal, makabuluhang pagpapabuti ng kemikal na reaktibiti o molekular marawal na kalagayan.

Sono-Gels

Sa Sono-catalytically tumulong ang mga reaksyon ng sol-gel, ultratunog ay inilapat sa mga bago. Ang resultang materyales na may bago na ang katangian ay kilala bilang sonogels. Dahil sa kawalan ng karagdagang ng solvent sa kumbinasyon sa mga ultrasonic cavitation, isang kakaibang kapaligiran para sa mga sol--gel reaksyon ay nilikha, na kung saan ay nagbibigay-daan para sa pagbuo ng mga partikular na tampok sa mga nagresultang gels: mataas na densidad, pinong texture, homogenous istruktura at iba pa. Mga katangian ng mga matukoy ang ebolusyon ng sonogels sa karagdagang pagproseso at ang huling na istraktura ng materyal. [Blanco et al. 1999]
Suslick at ang presyo (1999) ipakita na ang ultrasonic pag-iilaw ng mga Si (OC2H5)4 sa tubig na may isang asido katalista ay lumilikha ng isang kwats "sonogel". Sa maginoo paghahanda ng kwats gels mula Si (OC2H5)4, ethanol ay isang karaniwang ginagamit ng solvent kasamang dahil sa mga di--solubility ng Si (OC2H5)4 sa tubig. Ang paggamit ng gayong mga solvents ay madalas may problema kapag sila ay maaaring maging sanhi crack na sa panahon ang pagpapatayo hakbang. Ultrasound ay nagbibigay ng isang lubos na mahusay na paghahalo upang iwasan ang pabagu-bago ng isip ng mga kooperatibang solvents tulad ng ethanol. Ito ay resulta sa isang kwats sono-gel characterized sa pamamagitan ng isang mataas na densidad kaysa conventionally gawa ng mga gels. [Suslick et al. 1999, 319f.]
Maginoo aerogels ay binubuo ng isang mababang-densidad matris may malaking bakanteng pores. Ang sonogels, sa kabilang banda, mayroon nang mas maganda pang porosity at ang pores ay medyo globo-hugis, may isang makinis na ibabaw. Dalisdis na mas malaki kaysa sa 4 sa mataas na anggulo rehiyon ihayag mahalaga electronic densidad pagbabago sa mga butas ng kanyang balat-matrix hangganan [Rosa-Fox et al. 1990].
Ang mga imahe ng sa ibabaw ng mga halimbawa ng pulbos ipakita nang malinaw na ang paggamit ng ultrasonic waves ay nagresulta sa mas malaking homogeneity sa ang average na laki ng mga partikulo at nagresulta sa mas maliliit na mga partikulo. Dahil sa mga sonication, ang average na tinga size ay bumababa ng approx. 3 nm. [Milani et al. 2011]
Ang positibong epekto ng ultratunog ay napatunayan na sa iba 't ibang pananaliksik na pag-aaral. Hal., magreport Neppolian et al. sa kanilang gawain ang kahalagahan at pakinabang ng Ultrasound sa mga pagbabago at pagpapabuti ng ang mga katangian ng photocatalytic ng mesoporous sukat ng nano TiO2 particle. [Neppolian et al. 2008]

Nanocoating pamamagitan ultrasonic sol-gel reaksyon

Ang ibig sabihin ng Nanocoating ay nakatakip sa mga materyal na may isang layer nano-may sukat o ang pagsakop ng isang entidad na nano ang laki. Nang sa gayon ay natatamo encapsulated o core-shell na mga istraktura. Gayong nano composites feature pisikal at pinagsama ang mga katangian ng mataas na pagganap ng kemikal dahil sa partikular na mga katangian at/o maisaayos ang mga epekto na ng mga bahagi.
Exemplarily, ang mga pamamaraan ng patong ng mga partikulo ng indium de lata na sink (ITO) ay ipinamalas. ITO ang mga partikulo ay nababalutan ng kwats sa isang dalawang-hakbang na proseso, tulad ng ipinakita sa pag-aaral ni Chen (2009). Sa mga unang hakbang ng kemikal, sumasailalim sa indium de lata sink pulbos hanapin isang aminosilane suface paggamot. Ang ikalawang hakbang ay ang kwats patong sa ilalim ng Ultrasound. Magbigay ng isang tiyak na halimbawa ng sonication at mga epekto nito, ang mga hakbang ng proseso na inilahad sa pag-aaral ni Chen, ay Nakabuod sa ibaba:
Isang tipikal na proseso para sa mga hakbang na ito ay ang mga sumusunod: 10g GPTS ay may halong dahan-dahan 20g ng tubig na acidified sa pamamagitan ng hydrochloric acid (HCl) (pH = 1.5). 4G ng ispesyal aminosilane ginagamot pulbos ay pagkatapos ay idinagdag sa ang timpla, nasa 100ml salamin bote. Ang bote ay pagkatapos ay inilagay sa ilalim ang probe ng mga sonicator para sa patuloy na ultratunog pag-iilaw sa output power ng 60W o itaas.
Sol-gel reaksyon ay pinasimulan matapos ang humigit-kumulang 2-3min ultratunog pag-iilaw, kung saan puting kapa ay binuo, dahil sa pagpapalabas ng alak sa malawakang hydrolysis ng GLYMO (3-(2,3-Epoxypropoxy)propyltrimethoxysilane). Sonication ay inilapat para sa 20min, matapos na kung saan naantig ang solusyon para sa mga ilang oras pa. Kapag natapos ang proseso, ay nagtipon ng mga centrifuging particle at ay hugasan paulit-ulit ng tubig at pagkatapos ay tuyo para sa paglalarawan o lagi ay naglaho sa tubig o organic solvents. [Chen 2009, p.217]

Konklusyon

Ang aplikasyon ng ultratunog sa mga proseso ng sol-gel ay humahantong sa isang mas paghahalo at deagglomeration ng mga partikulo. Ito ay resulta sa mas maliit na sukat ng mga partikulo, spherical, mababang sukat tinga hugis at pinahusay na morpolohiya. Tinatawag sono-gels ay characterized sa pamamagitan ng kanilang kakapalan at maayos, homogenous na istraktura. Mga tampok na ito ay nilikha dahil sa pag-iwas sa paggamit ng solvent sa panahon ng pagbuo ng sol, ngunit din, at higit sa lahat, dahil sa mga paunang cross-linked estado ng reticulation sapilitan sa pamamagitan ng ultratunog. Matapos ang pagpapatayo proseso, ang resultang sonogels kasalukuyan isang particulate na istraktura, na hindi katulad ng kanilang mga counterparts na nakuha nang walang paglalapat ng ultratunog, na kung saan ay filamentous. [Esquivias et al. 2004]
Ito ay ipinapakita na ang paggamit ng matinding ultratunog ay nagbibigay-daan para sa pag-aakma ng mga natatanging mga materyal mula sa mga proseso ng sol-gel. Ito ay gumagawa ng mataas na kapangyarihan na ultratunog isang mabisang kasangkapan para sa chemistry at materyales pananaliksik at pag-unlad.

Makipag-ugnay sa amin / tanungin para sa karagdagang impormasyon

Makipag-usap sa amin tungkol sa iyong mga kinakailangan sa pagproseso. Inirerekomenda namin ang mga pinaka-angkop setup at pagproseso parameter para sa inyong proyekto.





Mangyaring tandaan natin Patakaran sa privacy.


UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

1kW ultrasonic na recirculation set-ap sa bomba at holding tangke ay nagbibigay-daan para sa sopistikadong pagpoproseso

Panitikan/mga reperensya

  • Blanco, E.; Esquivias, L.; Litrán, R.; Pinero, M.; Ramírez-del-Solar, M.; Rosa_Fox, N. de la (1999): Sonogels at nagmula ang mga materyales. Appl. Organometal. Chem. 13, 1999. pahina 399-418.
  • Chen, Q.; Boothroyd, C.; McIntosh Soutar, A.; Zeng, X. T. (2010): Sol-gel nanocoating sa komersyal TiO2 nanopowder gamit ang ultrasound. J. Sol-Gel Sci. Technol. 53, 2010 pp. 115-120.
  • Chen, Q. (2009): Kwats patong ng nanoparticles sa pamamagitan ng proseso ng sonogel. SIMTech 10/4, 2009. pp. 216-220.
  • Esquivias, L.; Rosa-Fox, N. de la; Bejarano, M.; Mosquera, M. J. (2004): Istruktura ng Hybrid Colloid-polimer Xerogels. Langmuir 20/2004. pp. 3416-3423.
  • Karami, A. (2010): Synthesis ng TiO2 Nano Powder sa mga Sol-Gel na pamamaraan at paggamit nito bilang isang Photocatalyst. J. Iran. Chem. Soc. 7, 2010 pahina 154-160.
  • Li, X.; Chen, L.; Li, B.; Li. L. (2005): Paghahanda ng Zirconia Nanopowders sa Ultrasonic Field ni Sol-Gel na pamamaraan. Trans Tech Pub. 2005.
  • Neppolian, B.; Wang, Q.; Jung, H.; Choi, H. (2008): Ultrasonic tinulungan sol-gel na pamamaraan ng paghahanda ng TiO2 nano-particle: pagsasabuhay sa pag-alis sa paglalarawan, katangian at 4-chlorophenol. Ultrason. Sonochem. 15, 2008. pp. 649-658.
  • Pierre, A. C.; Rigacci, A. (2011): SiO2 Aerogels. Sa: M.A Aegerter et al. (eds.): Aerogels Handbook, advance sa Sol-Gel ay hinango ng mga materyales at teknolohiya. Springer Science + Business: New York, 2011. pp. 21-45.
  • Rabinovich, E. M. (1994): Sol-Gel Processing – pangkalahatang alituntunin. Sa: L. C. Klein (ed) sa mga Sol-Gel optika: pagproseso at application. Kluwer Academic publisher: Boston, 1994. pp. 1-37.
  • Rosa-Fox, N. de la; Pinero, M.; Esquivias, L. (2002): Ang mga materyales ng Organic tulagay Hybrid mula sa Sonogels. 2002.
  • Rosa-Fox, N. de la; Esquivias, L. (1990): Mga istruktura pag-aaral ng kwats sonogels. J. di--Cryst. Solid 121, 1990. pp. 211-215.
  • Sakka, S.; Kamya, K. (1982): Ang paglipat ng Sol-Gel: pagbubuo ng Glass Fibers & Manipis na Films. J. di--mala-kristal solid 38, 1982. p. 31.
  • Santos, H. M.; Lodeiro, C.; Martínez, J.-L. (2009): Ang kapangyarihan ng Ultrasound. Sa: J. L. Martínez (ed.): Ultrasound sa Chemistry: mapanuri application. Wiley-VCH: Weinheim, 2009. pp. 1-16.
  • Shahruz, N.; Hossain, M. M. (2011): Synthesis at kontrol ng laki ng TiO2 Photocatalyst Nanoparticles paghahanda paggamit ng paraan ng Sol-Gel. Mundong Appl. Sci. J. 12, 2011. pp. 1981-1986.
  • Suslick, K. S.; Presyo, G. J. (1999): Aplikasyon ng ultratunog sa Chemistry ng mga materyales. Annu. Rev. Mater. SCI. 29, 1999. pp. 295-326.
  • Suslick, K. S. (1998): Sonochemie. Sa: Kirk-Othmer Encyclopedia ng kemikal teknolohiya, tomo 26, 4th. ed., J. Wiley & Anak: New York, 1998 pp. 517-541.
  • Verma, L. Y.; Singh, M. P.; Singh, R. K. (2012): Epekto ng Ultrasonic pag-iilaw sa paghahanda at ang mga katangian ng Ionogels. J. Nanomat. 2012.
  • Zhang, L.-Z.; Yu, J.; Yu, J. C. (2002): Ang mga paghahanda ng direktang Sonochemical ng mataas na photoactive mesoporous Titan dioxide sa isang bicrystalline balangkas. Abstracts ng 201st pagpupulong ng Electrochemical Society, 2002.
  • https://www.Hielscher.com/sonochem