થર્મોઇલેક્ટ્રિકલ નેનો-પાઉડરની અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ
- સંશોધનોએ દર્શાવ્યું છે કે અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગનો ઉપયોગ થર્મોઇલેક્ટ્રિક નેનોપાર્ટિકલ્સના ફેબ્રિકેશન માટે સફળતાપૂર્વક કરી શકાય છે અને તેમાં કણોની સપાટીને હેરફેર કરવાની ક્ષમતા છે.
- અલ્ટ્રાસોનિકલી મિલ્ડ કણો (દા.ત. Bi2તે3-આધારિત એલોય) એ નોંધપાત્ર કદમાં ઘટાડો દર્શાવ્યો હતો અને 10µm કરતા ઓછા સાથે ફેબ્રિકેટેડ નેનો-કણો.
- વધુમાં, સોનિકેશન કણોની સપાટીના આકારશાસ્ત્રમાં નોંધપાત્ર ફેરફારો ઉત્પન્ન કરે છે અને તેના દ્વારા માઇક્રો- અને નેનો-કણોની સપાટીને કાર્યક્ષમ બનાવવા માટે સક્ષમ કરે છે.
થર્મોઇલેક્ટ્રિક નેનોપાર્ટિકલ્સ
થર્મોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી સીબેક અને પેલ્ટિયર ઇફેક્ટના આધારે ગરમીની ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. આ રીતે ભાગ્યે જ વાપરી શકાય તેવી અથવા લગભગ ખોવાયેલી થર્મલ ઉર્જાને અસરકારક રીતે ઉત્પાદક એપ્લિકેશનમાં ફેરવવાનું શક્ય બને છે. બાયોથર્મલ બેટરી, સોલિડ-સ્ટેટ થર્મોઈલેક્ટ્રીક કૂલિંગ, ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો, અવકાશ અને ઓટોમોટિવ પાવર જનરેશન જેવી નવીન એપ્લિકેશનોમાં થર્મોઈલેક્ટ્રિક સામગ્રીનો સમાવેશ કરી શકાય છે, તેથી સંશોધન અને ઉદ્યોગ પર્યાવરણને અનુકૂળ, આર્થિક અને ઉચ્ચ ઉત્પાદન માટે સરળ અને ઝડપી તકનીકો શોધી રહ્યા છે. તાપમાન-સ્થિર થર્મોઇલેક્ટ્રિક નેનોપાર્ટિકલ્સ. અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ તેમજ બોટમ-અપ સિન્થેસિસ (સોનો-સ્ફટિકીકરણ) થર્મોઇલેક્ટ્રિક નેનોમટેરિયલ્સના ઝડપી મોટા પાયે ઉત્પાદન માટેના આશાસ્પદ માર્ગો છે.
અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ ઇક્વિપમેન્ટ
બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ (Bi2તે3), મેગ્નેશિયમ સિલિસાઇડ (એમજી2Si) અને સિલિકોન (Si) પાવડર, ઉચ્ચ-તીવ્રતા અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ UIP1000hdT (1kW, 20kHz)નો ઉપયોગ ખુલ્લા બીકર સેટઅપમાં થતો હતો. તમામ ટ્રાયલ માટે કંપનવિસ્તાર 140µm પર સેટ કરવામાં આવ્યો હતો. નમૂનાના જહાજને પાણીના સ્નાનમાં ઠંડુ કરવામાં આવે છે, તાપમાન થર્મો-કપલ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. ખુલ્લા જહાજમાં સોનિકેશનને કારણે, મિલીંગ સોલ્યુશન (દા.ત., ઇથેનોલ, બ્યુટેનોલ અથવા પાણી) ના બાષ્પીભવનને રોકવા માટે ઠંડકનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.

(a) પ્રાયોગિક સેટઅપની યોજનાકીય રેખાકૃતિ. (b) અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ ઉપકરણ. સ્ત્રોત: માર્ક્વેઝ-ગાર્સિયા એટ અલ. 2015.
અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ માત્ર 4 કલાક Bi2તે3-એલોય પહેલેથી જ 150 અને 400 nm વચ્ચેના કદ સાથે નેનોપાર્ટિકલ્સની નોંધપાત્ર માત્રામાં પ્રાપ્ત થાય છે. નેનો રેન્જમાં કદમાં ઘટાડા ઉપરાંત, સોનિકેશનને કારણે સપાટીના મોર્ફોલોજીમાં પણ ફેરફાર થયો છે. b, c અને d નીચેની આકૃતિમાંની SEM છબીઓ દર્શાવે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ પહેલાં કણોની તીક્ષ્ણ કિનારીઓ અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ પછી સરળ અને ગોળાકાર બની ગઈ 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.
અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ દ્વારા કણોના કદમાં ઘટાડો અને સપાટી ફેરફાર અનન્ય રીતે પ્રાપ્ત થાય છે કે કેમ તે નિર્ધારિત કરવા માટે, ઉચ્ચ-ઊર્જા બોલ મિલનો ઉપયોગ કરીને સમાન પ્રયોગો હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા. પરિણામો ફિગ. 3 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. તે સ્પષ્ટ છે કે 200-800 nm કણો બોલ મિલિંગ દ્વારા 48 કલાક (અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ કરતા 12 ગણા લાંબા) માટે ઉત્પન્ન થયા હતા. SEM બતાવે છે કે Bi ની તીક્ષ્ણ ધાર2તે3- મિલિંગ પછી એલોય કણો અનિવાર્યપણે યથાવત રહે છે. આ પરિણામો સૂચવે છે કે સરળ કિનારીઓ અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગની અનન્ય લાક્ષણિકતાઓ છે. અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ (4 h vs 48 h બોલ મિલિંગ) દ્વારા સમયની બચત પણ નોંધપાત્ર છે.

અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ પહેલાં અને પછી Mg2Si ની કણ-કદનું વિતરણ અને SEM છબીઓ. (a) કણ-કદ વિતરણ; (b) અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ પહેલાં SEM ઇમેજ; (c) 2 કલાક માટે 50% PVP–50% EtOH માં અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ પછી SEM છબી.
સ્ત્રોત: માર્ક્વેઝ-ગાર્સિયા એટ અલ. 2015.
માર્ક્વેઝ-ગાર્સિયા એટ અલ. (2015) તારણ કાઢે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ Bi ને અધોગતિ કરી શકે છે2તે3 અને એમજી2નાના કણોમાં Si પાવડર, જેનું કદ 40 થી 400 nm સુધીનું હોય છે, જે નેનોપાર્ટિકલ્સના ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે સંભવિત તકનીક સૂચવે છે. ઉચ્ચ-ઊર્જા બોલ મિલિંગની તુલનામાં, અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગમાં બે અનન્ય લાક્ષણિકતાઓ છે:
- 1. અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ દ્વારા ઉત્પાદિત કણોમાંથી મૂળ કણોને અલગ કરતા કણોના કદના અંતરની ઘટના; અને
- 2. અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ પછી સપાટીના મોર્ફોલોજીમાં નોંધપાત્ર ફેરફારો સ્પષ્ટ થાય છે, જે કણોની સપાટીઓની હેરફેરની શક્યતા દર્શાવે છે.
નિષ્કર્ષ
સખત કણોની અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગને તીવ્ર પોલાણ પેદા કરવા માટે દબાણ હેઠળ સોનિકેશનની જરૂર છે. એલિવેટેડ પ્રેશર હેઠળ સોનિકેશન (કહેવાતા મેનોસોનિકેશન) શીયર ફોર્સ અને કણોને તાણમાં ભારે વધારો કરે છે.
સતત ઇનલાઇન સોનિકેશન સેટઅપ ઉચ્ચ કણો લોડ (પેસ્ટ જેવી સ્લરી) માટે પરવાનગી આપે છે, જે મિલિંગ પરિણામોને સુધારે છે કારણ કે અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ આંતર-કણ અથડામણ પર આધારિત છે.
એક અલગ રિસર્ક્યુલેશન સેટઅપમાં સોનિકેશન બધા કણોની સજાતીય સારવાર અને તેથી ખૂબ જ સાંકડા કણોના કદના વિતરણને સુનિશ્ચિત કરવાની મંજૂરી આપે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગનો એક મોટો ફાયદો એ છે કે મોટા જથ્થાના ઉત્પાદન માટે ટેક્નોલોજીને સરળતાથી વધારી શકાય છે - વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ, શક્તિશાળી ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ 10m સુધીની માત્રાને નિયંત્રિત કરી શકે છે.3/ક.
અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગના ફાયદા
- ઝડપી, સમય બચત
- ઉર્જા બચાવતું
- પુનઃઉત્પાદન પરિણામો
- કોઈ મિલિંગ મીડિયા નથી (કોઈ માળા અથવા મોતી નથી)
- ઓછા રોકાણ ખર્ચ
ઉચ્ચ પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ
અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ માટે ઉચ્ચ પાવર અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની જરૂર પડે છે. તીવ્ર કેવિટેશનલ શીયર ફોર્સ જનરેટ કરવા માટે, ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર અને દબાણ નિર્ણાયક છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક્સ’ ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ ખૂબ ઊંચા કંપનવિસ્તાર પહોંચાડી શકે છે. 24/7 ઓપરેશનમાં 200µm સુધીના કંપનવિસ્તાર સરળતાથી સતત ચલાવી શકાય છે. ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર માટે, કસ્ટમાઇઝ્ડ અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ્સ ઉપલબ્ધ છે. Hielscher ના પ્રેશરાઇઝેબલ ફ્લો રિએક્ટર સાથે સંયોજનમાં, ખૂબ જ તીવ્ર પોલાણ બનાવવામાં આવે છે જેથી ઇન્ટરમોલેક્યુલર બોન્ડિંગ્સને દૂર કરી શકાય અને કાર્યક્ષમ મિલિંગ અસરો પ્રાપ્ત થાય.
Hielscher ના અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની મજબૂતાઈ ભારે ફરજ પર અને માંગવાળા વાતાવરણમાં 24/7 કામગીરી માટે પરવાનગી આપે છે. બિલ્ટ-ઇન SD કાર્ડ પર ડિજિટલ અને રિમોટ કંટ્રોલ તેમજ સ્વચાલિત ડેટા રેકોર્ડિંગ ચોક્કસ પ્રક્રિયા, પુનઃઉત્પાદન ગુણવત્તાની ખાતરી કરે છે અને પ્રક્રિયાના માનકીકરણ માટે પરવાનગી આપે છે.
Hielscher હાઇ પર્ફોર્મન્સ અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સના ફાયદા
- ખૂબ ઊંચા કંપનવિસ્તાર
- ઉચ્ચ દબાણ
- સતત ઇનલાઇન પ્રક્રિયા
- મજબૂત સાધનો
- લીનિયર સ્કેલ-અપ
- સાચવો અને ચલાવવા માટે સરળ
- સાફ કરવા માટે સરળ
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
સાહિત્ય/સંદર્ભ
- Marquez-Garcia L., Li W., Bomphrey JJ, Jarvis DJ, Min G. (2015): અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ દ્વારા થર્મોઇલેક્ટ્રિક મટિરિયલ્સના નેનોપાર્ટિકલ્સની તૈયારી. જર્નલ ઑફ ઇલેક્ટ્રોનિક મટિરિયલ્સ 2015.
જાણવા લાયક હકીકતો
થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસર
થર્મોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીને મજબૂત અથવા અનુકૂળ, ઉપયોગી સ્વરૂપમાં થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવીને દર્શાવવામાં આવે છે. થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસર એ ઘટનાનો સંદર્ભ આપે છે જેના દ્વારા ક્યાં તો તાપમાનનો તફાવત ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત બનાવે છે અથવા ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત તાપમાન તફાવત બનાવે છે. આ ઘટનાઓને સીબેક અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, જે તાપમાનના વર્તમાનમાં રૂપાંતરનું વર્ણન કરે છે, પેલ્ટિયર અસર, જે વર્તમાનના તાપમાનમાં રૂપાંતરનું વર્ણન કરે છે, અને થોમસન અસર, જે કંડક્ટર હીટિંગ/કૂલિંગનું વર્ણન કરે છે. બધી સામગ્રીમાં બિનશૂન્ય થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસર હોય છે, પરંતુ મોટાભાગની સામગ્રીમાં તે ઉપયોગી થવા માટે ખૂબ નાની હોય છે. જો કે, ઓછી કિંમતની સામગ્રી કે જે પર્યાપ્ત મજબૂત થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવે છે તેમજ તેમને લાગુ કરવા માટે અન્ય જરૂરી ગુણધર્મો દર્શાવે છે, તેનો ઉપયોગ પાવર જનરેશન અને રેફ્રિજરેશન જેવા કાર્યક્રમોમાં કરી શકાય છે. હાલમાં, બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડ (Bi2તે3તેની થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસર માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે