Hielscher Ultrasound Technology

Sonochemyske effekten op Sol-Gelprosessen

Ynlieding

Ultrafine nano-partisjele partijen en spherike foarmige dieltsjes, dûnkundige lagen, fibers, poarse en dicht materiaal, en ek tige poarse aerogels en xerogels binne heul potensjele tafoegings foar de ûntjouwing en produksje fan hege produktive materialen. Avansearre materialen, wêrûnder bygelyks keramyk, heul poros, ultralight aerogels en organostronike hybriden kinne synthesized wurde fan kolloidale suspensionen of polymers yn in floeistof fia de sol-gel metoade. It materiaal lit unyk skaaimerken sjen, om't de generearre sulpartikelen berikke yn 'e nanometergrutte. Dêrtroch is it sol-gel-proses diel fan 'e nanochemistry.
Yn 'e neikommende is de synthesis fan nano-sized material fia ultrasonyk assistinte-sol-gel rûtes besprutsen.

Sol-Gel-proses

Sol-gel en relatearre ferwurking befetsje de folgjende stappen:

  1. it meitsjen fan sol of ferliespudding, it suljen fan 'e sol yn in mûle of op in substrat (as films), of meitsje in twadde sol út it fermindere pudding en de gelaasje, of it formulearjen fan it poeder yn in lichem troch non-gel rûtes;
  2. driuwe;
  3. firing en sintering. [Rabinovich 1994]
Sol-gel-prosessen binne wiet-chemyske rûtes foar de fabrikaazje fan gel fan metalen oks of hybride polymers

Tabel 1: Steps fan 'e Sol-Gel-synteze en de downstream-prosessen

Power-ultrasound promoat synochemyske reaksjes (Klik om te fergrutsjen!)

Ultrasonic glêsreaktor foar Sonochemistry

Fersyk om ynformaasje




Notysje by ús Privacy Policy.


Sol-gel-prosedueres binne in wiet-gemyske technyk fan synteze foar it fabryk fan in yntegraal netwurk (saneamde gel) fan metalen oks of hybride polymers. As foargongers binne gewoan inorganyske metalen salts lykas metallchloride en organyske metallferbiningen lykas metalen alkoxide brûkt. De sol – besteande út in ophinging fan 'e foargongers – ferwyt nei in gel-like diphassysteem, dat bestiet yn sawol in floeiber en in fêste faze. De gemyske reaksjes dy't yn in sol-gel-proses foarkomme binne hydrolyse, poly-kondensaasje, en gelaasje.
Under hydrolyse en poly-kondensaasje wurdt in kolloid (sol), dat yn nanopartikelen yn in solvent ûntstiet, wurdt foarme. De besteande sol-phase feroaret nei it gel.
De resultaatlike gel-faze wurdt foarme troch dieltsjes dy't de grutte en de formaasje sterker ferskille kin fan diskrete kolloidale dieltsjes oant kontinubere ketting-like polymers. De foarm en de grutte hingje ôf fan de gemyske betingsten. Fan observaasjes op SiO2 Alkogels kinne oer it generaal konkludearje dat in basekatalysearre sole in resultaat fan in diskrete soarte ûntstiet troch aggregaasje fan monomer-klusters, dy't kompakter binne en sterk ferbrede. Se wurde bekrêftige troch sedimintaasje en krêft fan krêft.
Sûch-katalysearre sôlen ûntsteane út de heule ferankele polymearketten mei in tige fynlike mikrostruktuer en tige lytse poaren dy't hielendal unifoarm binne oer it materiaal. De opbou fan in iepenere kontinulearre netwurk fan leechdenspolymers jout gewoan foardielen yn hokker fysike eigenskippen by it foarmjen fan hege produksje fan glês- en glês- / keramyske komponinten yn 2 en 3 dimensjes. [Sakka et al. 1982]
By fierdere ferwurkingsstappen wurdt troch spin-coating of dip-coating it kin wurde om substraten mei dûnsfilms te linen of troch it sâljen fan 'e sol yn in mûle te meitsjen om in saneamd wetel te foarmjen. Nei ekstra troeie en ferwaarming sil in dichte materiaal krije.
Yn fierdere stappen fan it downstream-proses kin it berikke fergeliking fierder ferwurke wurde. Via delslach, spraypyrolysis, of emulsie-techniken, ultrafine en unifoarme puders kinne foarme wurde. Of saneamde Aerogels, dy't karakterisearre binne troch hege porositeit en in hege leechdichte, kinne makke wurde troch it ûntginning fan 'e floeibere faze fan it wiete gel. Dêrom wurde normaal superkritikale betingsten ferplicht.
Ultrasonication is in bewearde technyk om te ferbetterjen fan sol-gel-synthesis fan nano-materialen. (Klik om te fergrutsjen!)

Tabel 2: Ultrasjonele sol-gel-synthesis fan mesoporous TiO2 [Yu et al., Chem. Kommun. 2003, 2078]

hege krêft ultrasound

Hoare krêftige, leechfrekose ultraschap biedt hege potensiik foar chemyske prosessen. Wannear't intense ultrasone wellen yn in floeiber medium yntrodearje, ôfwikseljend hege druk en leechdrucksyklokjes mei tariven ôfhinklik fan de frekwinsje komme. Hoge presyzcyken betsjutte kompresje, wylst lege frekwinsjes betsjut seldsumens fan it medium. Tidens de leechdruk (seldsumens) fyts makket hege krêft ultraschall lyts fekulêre bulbs yn 'e floeistof. Dizze fakuümbollen groeie oer ferskate cycles.
Dęrnei oan de ultrasound-yntensiteit, flakke kompresje en streeket oan ferskate graden. Dit betsjut it cavitation Blommen kinne op twa manieren behannelje. At low ultrasone intensities fan ~ 1-3Wcm-2, de kavitaasjeblomkes oszillearje oer guon lykwichtigens foar in soad akoestyklokken. Dit ferskynsel wurdt stabile kavitation neamd. By hege ultrasone yntinsjes (≤ 10Wcm-2) de kavitative bollen foarmje binnen in pear akoestyske cycles nei in radius fan teminsten twa kear de oarspronklike grutte en op in punt fan kompresje as de blaas net mear enerzjy kin. Dit wurdt oergeane of inertiale kavitation neamd. Yn 'e bubble implosion wurde lokale saneamde hot spots opnommen, dy't ekstreme betingsten besjen: By de ymplokaasje wurde lokale hege temperatueren (sawat 5.000K) en druk (omtrint 2.000atm) berikt. De ymplosion fan 'e kavitaasjeblompeus is ek in floeibere jets fan maksimaal 280m / s, dy't as tige hege skoarstekraten betsjutte. [Suslick 1998 / Santos et al. 2009]

Sono-ormosil

Sonication is in effisjinte tool foar de synthesis fan polymers. Under ultrasoan-dispersearing en deagglomeraasje feroarsake de kavia-skoaringskrêft, dy't de molekulêre kaasjes útstekke en brekke yn in net-willekeurige proses, in gefolch fan it molekulargewicht en poly-dispersiteit. Fierder binne multi-fase-systeemen tige effisjint dispersearre en emulearre, sadat hiel moaie mixtueren oanbean wurde. Dit betsjut dat it ultraspunt fergruttet de taryf fan de polymerisaasje oer konvinsjonele rimen en resultaat yn hegere molekulêre gewichten mei legere polydispersjes.
Ormosilen (organysk modifisearre silikatyt) wurde krigen as silana oan gel-ûntliende silica by sul-gel-proses tafoege wurdt. It produkt is in molekulêre skaalferbining mei ferbettere meganyske eigenskippen. Sono-Ormosilen binne karakterisearre troch in hegere tichtheid as klassike gels as in ferbettere thermyske stabiliteit. In ferklearring kin dan de ferhege groei fan polymerisaasje wêze. [Rosa-Fox et al. 2002]

Krêftige ultrasone krêften binne in bekende en betroubere technyk foar ekstraksje (Klik om te fergrutsjen!)

ultrasone cavitation yn floeistof

Mesopoarous TiO2 fia Ultrasonic Sol-Gel Synthesis

Mesopoarous TiO2 is widley brûkt as photokatalyst en ek yn elektroanika, sensortechnology en omjouwingsferbettering. Foar optimearre materiaal eigenskippen is it rjochte om TiO te meitsjen2 mei hege kristalliniteit en grutte oerflak. De ultrasone assistint-sol-gel-rûte hat it foardiel dat de yntinsive en extrinsyske eigenskippen fan TiO is2, lykas de partikelgrutte, oerflak, porevolumint, pore-trochmiddel, kristallinety, as anatase, rutile en brookite-faze-ferhâldingen kinne beynfloede wurde troch it kontrolearjen fan de parameters.
Milani et al. (2011) hawwe de synteze fan TiO ferwachte2 anatase nanoparticles. Dêrom waard it sol-gelproses tapast oan de TiCl4 foargonger en beide manieren, mei en sûnder ultrasonication, binne fergelike. De resultaten litte sjen dat ultrasone bestriding in monotonous effekt hat op alle komponinten fan 'e oplossing dy't troch de sol-gel-metoade makke is en it brekken fan loslizzende keppelings fan grutte nanometrysk kolloïden yn oplossing. Sa wurde lytsere nanotechnology makke. De lokaal oermjittende hege dringen en temperatueren brek de bondings yn lange polymerketten lykas de swakke keppels dy't lytsere partijen ferbine, wêrby't gruttere kolloidale massen foarmje. De fergeliking fan beide TiO2 Foarbylden, yn oanwêzichheid en yn it ôfwêzigens fan ultrasoanbestriding, wurdt yn 'e SEM-ôfbyldings hjirûnder sjen litten (sjoch Pic 2).

Ultrasound leveret it gelatinisaasjeproses by de sol-gel-synthesis. (Klik om te fergrutsjen!)

Pic. 2: SEM-ôfbyldings fan TiO2 pwder, kalinaare op 400 deg foar 1h en gelatinisaasje tiid fan 24 oeren: (a) yn oanwêzichheid fan en (b) yn it ûntbrekken fan ultraslach. [Milani et al. 2011]

Fierders kinne gemikale reakten profitearje fan sonochemyske effekten, wêrby bygelyks it brekken fan gemikale bondels, signifikante ferheegjen fan gemyske reaksje of molekulêre degradaasje.

Sono-Neft

Yn sono-katalytysk As sol-gel reaksen assistint wurdt ultrasound oanwêzich foar de foargongers. De resultaten materiaal mei nije skaaimerken binne bekend as sonogels. Troch it ûntbrekken fan ekstra oplosser yn kombinaasje mei de ultrasoan cavitation, is in unyk miljeu foar sol-gel-reactions makke, wêrtroch foar it formulieren fan bepaalde funksjes yn de resultaatde gels: hege tinens, fynstige tekstuer, homogene struktuer ensfh. Dizze eigenskippen beskiedend de evolúsje fan sonogels op fierdere ferwurkjen en de lêste materiaalstruktuer . [Blanco et al. 1999]
Suslick en Priis (1999) litte sjen dat de ultrasoanlike irradiation fan Si (OC2H5)4 yn wetter mei in siedende katalysator produkt in silica "sonogel". By konvinsjonele tarieding fan silica gels fan Si (OC2H5)4, ethanol is in gemiddelde brûkte ko-solvant fanwege de net-lûkberens fan Si (OC2H5)4 yn wetter. It gebrûk fan soksoarte solvents is faaks problematysk, om't se yn 'e droege stappe skeakelje kinne. Ultrasonication leveret in hege effisjint mingd, sadat flugelige ko-solvents lykas ethanol ferwiderje kinne. Dit resultaat in silica-sono-gel, karakterisearre troch in hegere tichtens as konvinsjonele produkten gels. [Suslick et al. 1999, 319f.]
Konventionele aerobels besteane út in leechdensiidsmatrix mei grutte lege poaren. De sonogels hawwe yn tsjinstelling ta finerde porositeit en de poaren binne frij spherfoarmige, mei in glatte oerflak. Slopes grutter as 4 yn 'e hege wykregio jouwe wichtige elektroanyske dichtfluktuaasjes op' e pore-matrixgongen [Rosa-Fox et al. 1990].
De bylden fan it oerflak fan de poeierproblemen litte dúdlik meitsje dat it brûken fan ultraschwellen yn gruttere homogeniteit yn 'e trochsneed grutte fan' e dieltsjes en liede ta lytsere dieltsjes. Troch sinifikaasje wurdt de trochsneed partikelgrutte ôfnommen troch likernôch. 3 nm. [Milani et al. 2011]
De positive effekten fan ultrasound binne bepaald yn ferskate ûndersiken. Bygelyks, rapportearje Neppolian et al. yn har wurk binne it belang en foardielen fan ultrasonication yn 'e modifikaasje en ferbetterjen fan de photokatalytyske eigenskippen fan mesoporous nano-grutte TiO2-dieltsjes. [Neppolian et al. 2008]

Nanoaskearing fia ultrasjonale sol-gel reaksje

Nanoaskearing betsjut bedekking fan materiaal mei in nano-skalme lagen of de dekking fan in nano-sized entiteit. Dêrtroch wurde kapsulearre of core-shell-struktueren krigen. Soksoarte nano-kompositeiten hawwe fysike en gemyske heechweardlike eigenskippen mei kombinearre spesifike skaaimerken en / of struktureleffekten fan 'e komponinten.
Foarôfgeandlik wurdt it fersinproseduere fan indiumtin-oxide (ITO) -partikelen bewize. ITO-dieltsjes wurde mei in silica yn twa-stapte proses beskerme, lykas yn in stúdzje fan Chen (2009). Yn 'e earste gemyske stap is ûnderdiel fan' e indium-tin-oxidpulver in amazonosilane suface behanneling. De twadde stap is de silica-coating ûnder ultrasonication. Om in spesifike foarbyld fan sonikaasje en har effekten te jaan, wurdt de prosesstap presintearre yn Chen's stúdzje, hjirûnder is gearfette:
In typysk proses foar dit stap is as folgjend: 10g GPTS waard stadichoan mingd mei 20g wetter oanwêzich troch sulrochlorike sied (HCl) (pH = 1,5). 4g fan it foarnommen amosilane behandele puder waard doe oan it miel tafoege, yn in 100ml glêsfloed. De flesje waard dêrnei ûnder de probleem fan 'e sonicator pleatst foar continuous ultrasound-bestriding mei output power of 60W of boppe.
Sol-gel-reaksje waard nei in ûngefear 2-3 min ultrasound-bestriding begûn, wêrtroch't wyt foarkom ûntstie, troch de frijlitting fan alkohol op in wiidweidige hydrolyse fan GLYMO (3- (2,3-epoxypropoxy) propyltrimethoxysilane). Sonication waard oanpast foar 20 min, wêrnei't de oplossing foar ferskate oeren rêde waard. Eartiids waard it proses foltôge, waarden dieltsjes sammele troch sintrifuging en waarden werhelle mei wetter gewoane en droegen foar karakterisearjen of ferspriede yn wetter of organyske solvents. [Chen 2009, p.217]

Konklúzje

De applikaasje fan ultrasound foar sol-gel-prosedueres liedt ta in bettere mingd en de dieltsjes 'deagglomeraasje. Dit resultaat yn lytsere dieltsjes fan grutte, spherike, lid-dimensionale partikelfoarm en fersterke morfology. Saneamde sono-gels binne karakterisearre troch har tichtens en fein, homogene struktuer. Dizze funksjes binne ûntstien trochwege de ferwidering fan gebrûk fan solvint yn 'e solfoarming, mar ek, en benammen, fanwege it begjin fan' e krekte ferwurke steat fan retikulaasje dy't troch ultrasound feroarsake is. Nei it droegeproses produsearje de resultaten fan sonogels in partikuliere struktuer, yn tsjinstelling mei har fergelikingen dy't sûnder tapassing fan ultraspond binne, dy't filamentof binne. [Esquivias et al. 2004]
It is te sjen dat it gebrûk fan intensjoneel ultraschaw foar it oanpassen fan unike materialen fan sol-gel-prosessen mooglik makket. Dit makket hege krêftige ultraschap in krêftich ark foar chemie en materialen 'ûndersyk en ûntwikkeling.

Kontaktje ús / freegje foar mear ynformaasje

Sprek mei ús oer jo ferwurkingswinsken. Wy sille de meast gaadlike opset- en ferwurkingsparameters oan jo projekt oanbean.





Besykje ús Privacy Policy.


UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

1kW-ultrasjonale weryndieling ynstelling mei pomp en hantjen tank jout ekonomyske ferwurking

Literatuer / Referinsjes

  • Blanco, E .; Esquivias, L .; Litrán, R .; Pinero, M .; Ramírez-del-Solar, M .; Rosa_Fox, N. de la (1999): Sonogels en ôfwiking materiaal. Appl. Organometaal. Chem. 13, 1999. p. 399-418.
  • Chen, Q .; Boothroyd, C .; Mcintosh Soutar, A .; Zeng, XT (2010): Sol-gel fanotearret op kommersjeel TiO2 nanopowder mei ultrasound. J. Sol-Gel Sci. Technol. 53, 2010. s. 115-120.
  • Chen, Q. (2009): Silica-coating fan nanopartikelen troch sonogelproses. SIMTech 10/4, 2009. s. 216-220.
  • Esquivias, L .; Rosa-Fox, N. de la; Bejarano, M .; Mosquera, MJ (2004): Struktuer fan Hybride Colloid-Polymer Xerogels. Langmuir 20/2004. pp. 3416-3423.
  • Karami, A. (2010): Synthesis fan TiO2 Nano-poeder troch de Sol-Gel-metoade en its use as Photocatalyst. J. Iran. Chem. Soc. 7, 2010. p. 154-160.
  • Li, X .; Chen, L .; Li, B .; Li. L. (2005): Preparation of Zirconia Nanopowders in Ultrasone Field by the Sol-Gel Method. Trans Tech Pub. 2005.
  • Neppolian, B .; Wang, Q .; Jung, H .; Choi, H. (2008): Ultrasjonele assistint-sol-gel-metoade foar tarieding fan TiO2 nano-dieltsjes: Charakterisearring, eigenskippen en applikaasje fan 4-chlorophenol. Ultrason. Sonochem. 15, 2008. p. 649-658.
  • Pierre, AC; Rigacci, A. (2011): SiO2 Aerogels. Yn: MA Aegerter et al. (eds.): Aerogels hânboek, Advances yn Sol-Gel ôflaat materiaal en technology. Springer Science + Business: New York, 2011. pp. 21-45.
  • Rabinovich, EM (1994): Sol-Gel-ferwurking - Algemiene prinsipes. Yn: LC Klein (Ed.) Sol-Gel Optics: Ferwurkjen en tapassingen. Kluwer Academic Publishers: Boston, 1994. pp. 1-37.
  • Rosa-Fox, N. de la; Pinero, M .; Esquivias, L. (2002): Organic-Inorganic Hybridmaterialen fan Sonogels. 2002.
  • Rosa-Fox, N. de la; Esquivias, L. (1990): Struktureelûndersiken fan silica-sonoelen. J. Non-Cryst. Solids 121, 1990. s. 211-215.
  • Sakka, S .; Kamya, K. (1982): De Sol-Gel-transysje: Formaasje fan glêsfibers & Tinne Films. J. Non-Crystalline Fryslân 38, 1982 p. 31.
  • Santos, HM; Lodeiro, C .; Martínez, J.-L. (2009): De krêft fan Ultrasound. Yn: J.-L. Martínez (ed.): Ultrasound yn Chemistry: Analytical Applications. Wiley-VCH: Weinheim, 2009. pp. 1-16.
  • Shahruz, N .; Hossain, MM (2011): Syntheses en Grutte Kontrôle fan TiO2 Photokatalyst-Nanopartikelfoarsjenning Mei help fan Sol-Gel-metoade. World Appl. Sci. J. 12, 2011. p. 1981-1986.
  • Suslick, KS; Priis, GJ (1999): Applikaasjes fan Ultrasound oan Materialstofhysiken. Annu. Rev. Mater. Sci. 29, 1999. p. 295-326.
  • Suslick, KS (1998): Sonochemistry. Yn: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 26, 4TH. ed., J. Wiley & Sünden: New York, 1998. pp. 517-541.
  • Verma, LY; Singh, MP; Singh, RK (2012): Effekt fan Ultrasanere Bestraffing oer tarieding en eigenskippen fan Ionogels. J. Nanomat. 2012.
  • Zhang, L.-Z .; Yu, J .; Yu, JC (2002): direkte Sonochemyske tarieding fan heech fotoaktiv mesoporous titaniumdioxide mei in bikristalineel ramt. Abstracts fan 'e 201ste gearkomste fan' e elektrochemyske maatskippij, 2002.
  • https://www.hielscher.com/sonochem