સોનોફ્રેગમેન્ટેશન - પાર્ટિકલ બ્રેકેજ પર પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડની અસર

સોનોફ્રેગમેન્ટેશન ઉચ્ચ પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા નેનો-કદના ટુકડાઓમાં કણોના ભંગાણનું વર્ણન કરે છે. સામાન્ય અલ્ટ્રાસોનિક ડીગ્ગ્લોમેરેશન અને મિલિંગથી વિપરીત – જ્યાં કણો મુખ્યત્વે આંતર-કણ અથડામણ દ્વારા ગ્રાઇન્ડ અને અલગ કરવામાં આવે છે – , સોનો-ફ્રેગમેન્ટેશન કણ અને શોક વેવ વચ્ચેની સીધી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા અલગ પડે છે. ઉચ્ચ શક્તિ / ઓછી આવર્તન અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પોલાણ બનાવે છે અને તેથી પ્રવાહીમાં તીવ્ર શીયર ફોર્સ. કેવિટેશનલ બબલ કોલેપ્સ અને ઇન્ટરપાર્ટિક્યુલર અથડામણની આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓ કણોને ખૂબ જ બારીક કદની સામગ્રીમાં ગ્રાઇન્ડ કરે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક ઉત્પાદન અને નેનો કણોની તૈયારી

નેનો મટિરિયલના ઉત્પાદન માટે પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડની અસરો જાણીતી છે: ડિસ્પર્સિંગ, ડિગગ્લોમેરેશન અને મિલિંગ & સોનિકેશન દ્વારા ગ્રાઇન્ડીંગ તેમજ ફ્રેગમેન્ટેશન એ સારવાર માટેની એકમાત્ર અસરકારક પદ્ધતિ છે નેનો કણો. આ ખાસ કરીને સાચું છે જ્યારે વિશિષ્ટ કાર્યક્ષમતા સાથે ખૂબ જ ઝીણી નેનો સામગ્રીની વાત આવે છે કારણ કે નેનો કદ સાથે અનન્ય કણોની લાક્ષણિકતાઓ વ્યક્ત કરવામાં આવે છે. ચોક્કસ કાર્યક્ષમતા સાથે નેનો સામગ્રી બનાવવા માટે, એક સમાન અને વિશ્વસનીય સોનિકેશન પ્રક્રિયાની ખાતરી કરવી આવશ્યક છે. Hielscher લેબ સ્કેલથી સંપૂર્ણ વ્યાપારી ઉત્પાદન કદ સુધી અલ્ટ્રાસોનિક સાધનો સપ્લાય કરે છે.

પોલાણ દ્વારા સોનો-ફ્રેગમેન્ટેશન

પ્રવાહીમાં શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસોનિક દળોનું ઇનપુટ આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓ બનાવે છે. જ્યારે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રવાહી માધ્યમનો પ્રચાર કરે છે, ત્યારે અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો વૈકલ્પિક સંકોચન અને દુર્લભ ચક્ર (ઉચ્ચ દબાણ અને નીચા દબાણના ચક્ર) માં પરિણમે છે. નીચા દબાણના ચક્ર દરમિયાન, પ્રવાહીમાં નાના શૂન્યાવકાશ પરપોટા ઉભા થાય છે. આ પોલાણ પરપોટા ઘણા ઓછા દબાણના ચક્રમાં વધે છે જ્યાં સુધી તેઓ એક કદ પ્રાપ્ત ન કરે જ્યારે તેઓ વધુ ઊર્જા શોષી શકતા નથી. મહત્તમ શોષિત ઊર્જા અને પરપોટાના કદની આ સ્થિતિમાં, પોલાણનો બબલ હિંસક રીતે તૂટી જાય છે અને સ્થાનિક રીતે આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓ બનાવે છે. ના વિસ્ફોટને કારણે પોલાણ પરપોટા, લગભગ ખૂબ ઊંચા તાપમાન. 5000K અને આશરે દબાણ. 2000atm સ્થાનિક રીતે પહોંચી ગયા છે. ઇમ્પ્લોશન 280m/s (≈1000km/h) વેગ સુધીના પ્રવાહી જેટમાં પરિણમે છે. સોનો-ફ્રેગમેન્ટેશન સબ-માઈક્રોન અને નેનો રેન્જમાં નાના પરિમાણોમાં કણોના ટુકડા કરવા માટે આ તીવ્ર દળોના ઉપયોગનું વર્ણન કરે છે. પ્રગતિશીલ સોનિકેશન સાથે, કણોનો આકાર કોણીયથી ગોળાકારમાં ફેરવાય છે, જે કણોને વધુ મૂલ્યવાન બનાવે છે. સોનોફ્રેગમેન્ટેશનના પરિણામોને ફ્રેગમેન્ટેશન રેટ તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે જે પાવર ઇનપુટ, સોનિકેટેડ વોલ્યુમ અને એગ્લોમેરેટ્સના કદના કાર્ય તરીકે વર્ણવવામાં આવે છે.
કુસ્ટર્સ એટ અલ. (1994) તેના ઉર્જા વપરાશના સંબંધમાં એગ્લોમેરેટ્સના અલ્ટ્રાસોનિકલી સહાયિત ફ્રેગમેન્ટેશનની તપાસ કરી. સંશોધકોના પરિણામો "સૂચવે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરવાની તકનીક પરંપરાગત ગ્રાઇન્ડીંગ તકનીકો જેટલી જ કાર્યક્ષમ હોઈ શકે છે. અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરવાની ઔદ્યોગિક પ્રથા (દા.ત. મોટા પ્રોબ્સ, સસ્પેન્શનનું સતત થ્રુપુટ) આ પરિણામોને કંઈક અંશે બદલી શકે છે, પરંતુ એકંદરે એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે કે ચોક્કસ ઉર્જાનો વપરાશ આ કોમ્યુનિટ્રોન ટેકનિકની પસંદગી માટેનું કારણ નથી પરંતુ તેની ક્ષમતા છે. અત્યંત સૂક્ષ્મ (સબમાઈક્રોન) કણો ઉત્પન્ન કરે છે. 1994] ખાસ કરીને ધોવાણ પાઉડર જેમ કે સિલિકા અથવા ઝિર્કોનિયા, પરંપરાગત ગ્રાઇન્ડીંગ પદ્ધતિઓ કરતાં અલ્ટ્રાસોનિક ગ્રાઇન્ડીંગ દ્વારા એકમ પાવડર માસ દીઠ જરૂરી ચોક્કસ ઉર્જા ઓછી હોવાનું જણાયું હતું. અલ્ટ્રાસોનિકેશન કણોને માત્ર મિલિંગ અને ગ્રાઇન્ડીંગ દ્વારા જ નહીં, પરંતુ ઘન પદાર્થોને પોલિશ કરીને પણ અસર કરે છે. આમ, કણોની ઉચ્ચ ગોળાકારતા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

નેનોમટીરિયલ્સના સ્ફટિકીકરણ માટે સોનો-ફ્રેગમેન્ટેશન

"જ્યારે તેમાં થોડી શંકા છે કે આંતર-કણોની અથડામણ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સાથે ઇરેડિયેટેડ મોલેક્યુલર સ્ફટિકોના સ્લરીઝમાં થાય છે, તે ફ્રેગમેન્ટેશનના પ્રબળ સ્ત્રોત નથી. મોલેક્યુલર સ્ફટિકોથી વિપરીત, ધાતુના કણોને આંચકાના તરંગો દ્વારા સીધા નુકસાન થતું નથી અને તે માત્ર વધુ તીવ્ર (પરંતુ ખૂબ જ દુર્લભ) આંતર-કણોની અથડામણથી પ્રભાવિત થઈ શકે છે. એસ્પિરિન સ્લરી વિરુદ્ધ ધાતુના પાઉડરના સોનિકેશન માટે પ્રબળ મિકેનિઝમ્સમાં પરિવર્તન, નબળું પડી શકે તેવા ધાતુના કણો અને નાજુક મોલેક્યુલર ક્રિસ્ટલ્સના ગુણધર્મોમાં તફાવત દર્શાવે છે.

એસ્પિરિન કણોનું સોનોફ્રેગમેન્ટેશન [ઝેઇગર/સુસ્લિક 2011]

ગોપી વગેરે. (2008) સોનોફ્રેગમેન્ટેશનનો ઉપયોગ કરીને માઇક્રોમીટર-કદના ફીડ (દા.ત., 70-80 μm)માંથી ઉચ્ચ-શુદ્ધતા સબમાઇક્રોમીટર એલ્યુમિના સિરામિક કણો (મુખ્યત્વે સબ-100 એનએમ રેન્જમાં) ના ફેબ્રિકેશનની તપાસ કરી. તેઓએ સોનો-ફ્રેગમેન્ટેશનના પરિણામે એલ્યુમિના સિરામિક કણોના રંગ અને આકારમાં નોંધપાત્ર ફેરફાર જોયો. માઇક્રોન, સબમાઇક્રોન અને નેનો સાઇઝની રેન્જમાંના કણો હાઇ પાવર સોનિકેશન દ્વારા સરળતાથી મેળવી શકાય છે. એકોસ્ટિક ક્ષેત્રમાં જાળવણીના સમય સાથે કણોની ગોળાકારતામાં વધારો થયો છે.

Surfactant માં વિક્ષેપ

અસરકારક અલ્ટ્રાસોનિક કણોના ભંગાણને લીધે, ઉપ-માઈક્રોન અને નેનો-કદના કણોના ડિગગ્લોમેરેશનને રોકવા માટે સર્ફેક્ટન્ટ્સનો ઉપયોગ જરૂરી છે. કણોનું કદ જેટલું નાનું હશે, સપાટીના ક્ષેત્રફળનો એપેક્ટ રેશિયો જેટલો ઊંચો હશે, તેને સસ્પેન્શનમાં રાખવા અને કણોના કોગ્યુલેશન (એગ્ગ્લોમરેશન)ને ટાળવા માટે સર્ફેક્ટન્ટથી ઢંકાયેલું હોવું જોઈએ. અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ફાયદો વિખેરવાની અસરમાં મૂકે છે: ગ્રાઇન્ડીંગ અને ફ્રેગમેન્ટેશનની સાથે સાથે, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ્સે સર્ફેક્ટન્ટ સાથે ગ્રાઇન્ડેડ કણોના ટુકડાને વિખેરી નાખ્યા જેથી નેનો કણોનું એકત્રીકરણ (લગભગ) સંપૂર્ણપણે ટાળી શકાય.

ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન

અસાધારણ કાર્યક્ષમતા વ્યક્ત કરતી ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળી નેનો સામગ્રી સાથે બજારને સેવા આપવા માટે, વિશ્વસનીય પ્રોસેસિંગ સાધનોની જરૂર છે. પ્રતિ યુનિટ 16kW સુધીના અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ કે જે ક્લસ્ટરાઇઝ કરી શકાય તેવા છે તે ફોર્ટ હી વર્ચ્યુઅલ અમર્યાદિત વોલ્યુમ સ્ટ્રીમ્સની પ્રક્રિયા કરવાની મંજૂરી આપે છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાઓની સંપૂર્ણ રેખીય સ્કેલબિલિટીને લીધે, અલ્ટ્રાસોનિક એપ્લિકેશન્સનું પ્રયોગશાળામાં જોખમ-મુક્ત પરીક્ષણ કરી શકાય છે, બેન્ચ-ટોપ સ્કેલમાં ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે અને પછી ઉત્પાદન લાઇનમાં સમસ્યા વિના અમલમાં મૂકી શકાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક ઇક્વિમેન્ટને મોટી જગ્યાની જરૂર હોતી નથી તે હાલની પ્રક્રિયા સ્ટ્રીમ્સમાં પણ રિટ્રોફિટ કરી શકાય છે. ઓપરેશન સરળ છે અને તેનું નિરીક્ષણ કરી શકાય છે અને રિમોટ કંટ્રોલ દ્વારા ચલાવી શકાય છે, જ્યારે અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમની જાળવણી લગભગ ઉપેક્ષિત છે.

અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ પહેલાં અને પછી Bi2Te3-આધારિત એલોયની કણ-કદનું વિતરણ અને SEM છબીઓ. a – કણ-કદ વિતરણ; b – અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ પહેલાં SEM છબી; c – 4 કલાક માટે અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ પછી SEM છબી; ડી – 8 કલાક માટે અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ પછી SEM છબી.
સ્ત્રોત: માર્ક્વેઝ-ગાર્સિયા એટ અલ. 2015.

સાહિત્ય / સંદર્ભો