Sonofragmentation - השפעת אולטראסאונד כוח על חלקיק גרוטאות

Sonofragmentation מתאר את השבירה של חלקיקים לתוך שברים בגודל ננו ידי אולטרסאונד הספק הגבוה. בניגוד deagglomeration הקולי הנפוץ הטחינה – איפה חלקיקים בעיקר הם טחנו ומופרדים על ידי התנגשות בין חלקיקים – , סונו-fragementation מאופיינת אינטראקציה ישירה בין חלקיק וגל הלם. הספק גבוה / אולטרסאונד בתדירות נמוכה יוצרת cavitation וכוחות גזירה אינטנסיביים ובכך נוזלים. התנאים הקיצוניים של קריסת בועת cavitational ואת התנגשות interparticular לטחון חלקיקים לחומר גודל יפה מאוד.

הפקה אולטרסאונד ו הכנת ננו חלקיקים

ההשפעות של אולטרסאונד כוח לייצור ננו חומרים ידועים: פיזור, Deagglomeration ו כרסום & שחיקה וכן פיצול על ידי sonication הם לעתים קרובות השיטה היעילה היחידה לטיפול חלקיקי ננו. הדבר נכון במיוחד כאשר מדובר בחומרים ננו קנס מאוד עם funcionalities והזהיר, עם מאפיינים ייחודיים חלקיקים בגודל ננו באים לידי ביטוי. כדי ליצור חומר ננו עם פונקציות ספציפיות, עסקת תהליך sonication אמין חייב להיות מובטח. Hielscher מספקת ציוד קולי מן בקנה מידה מעבדה לגודל בייצור מסחרי מלא.

סונו-פיצול על ידי Cavitation

הקלט של כוחות קוליים חזק לתוך נוזלים יוצר תנאים קיצוניים. כאשר אולטרסאונד מתפשטת מדיום נוזלי, הגלים הקוליים לגרום לסירוגין דחיסת מחזורי דִבלוּל (בלחץ גבוה מחזוריים בלחץ נמוך). במהלך מחזורי בלחץ הנמוך, בועות ואקום קטנות להתעורר הנוזל. אלה cavitation בועות לגדול לאורך מספר מחזורים נמוך לחץ עד שהם להשיג גודל כשהם לא יכולים לספוג יותר אנרגיה. באותו מצב זה של מקסימום נספג אנרגיה וגדל בועה, קריסת בועת cavitation באלימות ויוצר מקומי בתנאים קיצוניים. בשל הקריסה של cavitation בועות, טמפרטורות גבוהות מאוד של כ. 5000K ולחצים של כ. 2000atm הם הגיעו מקומית. קריסה תוצאות מטוסים נוזליים של עד 280m / s (≈ 1000km / h) מהירות. סונו-פיצול מתאר את השימוש של כוחות אינטנסיביים אלה לחלקיקי חלקיקים לממדים קטנים יותר בתת-המיקרו וננו. עם sonication מתקדמות, צורת החלקיקים הופך זוויתי ל כדורית, מה שהופך את החלקיקים יקר יותר. תוצאות ההתפרקות מתבטאות כשיעור הפיצול המתואר כפונקציה של קלט חשמל, נפח סוניקטד וגודל האגלומרטים.
קוסטרס ואח ' (1994) חקר את הפיצול האולטרה-סאונד של האגלוגית ביחס לצריכת האנרגיה שלה. התוצאות של החוקרים "עולה כי טכניקת הפיזור אולטרסאונד יכול להיות יעיל כמו שחיקה קונבנציונאלי טכניקות. הפרקטיקה התעשייתית של פיזור אולטרא סאונד (למשל, בדיקה גדולה יותר, תפוקה רציפה של השעיה) עשויה לשנות את התוצאות במקצת, אבל מעל-כל זה צפוי כי צריכת האנרגיה הספציפית אינה הסיבה לבחירה של הקוינוטרון הזה אך יכולתה לייצר חלקיקים עדינים ביותר (תת-מיקרון). [מסטרס ואח ' 1994] במיוחד לסחף אבקות כמו סיליקה או zirconia, את האנרגיה הספציפית הנדרשת לכל המוני אבקת יחידה נמצא להיות נמוך ידי שחיקה קולי מזו של שיטות השחזה קונבנציונליות. Ultrasonication משפיע על החלקיקים לא רק על ידי כרסום השחזה, אלא גם על ידי ליטוש המוצק. ובכך, הכדוריות גבוהות של חלקיקים יכולה להיות מושגת.

סונו-פיצול לגיבוש ננו

"אמנם יש ספק כי התנגשויות interparticle מתרחשות והכלומניקים של גבישים מולקולריים מוקרנים עם אולטרסאונד, הם אינם המקור הדומיננטי של פיצול. בניגוד גבישים מולקולריים, חלקיקי מתכת אינם פגומים על ידי גלי הלם ישירות והם עלולים להיות מושפעים רק על ידי אינטנסיביים יותר (אבל הרבה יותר נדירים) התנגשויות interparticle. אפילו חילוף מנגנונים דומיננטיים עבור sonication של אבקות מתכת לעומת והכלומניקים אספירין מדגיש את ההבדלים המאפיינים של חלקיקי מתכת נזיל וקריסטלים מולקולרי פריך. "[זייגר / Suslick 2011, 14,532]

Sonofragmentation של חלקיקי אספירין [זייגר / Suslick 2011]

Gopi ואח ' (2008) חקר את הייצור של חלקיקי אלומיניום בעלי טוהר גבוהה submicrometer (בעיקר ב-sub-100 ננומטר טווח) מ micromמטר בגודל הזנה (למשל, 70-80 μm) באמצעות sonofragmentation. הם הבחינו שינוי משמעותי בצבע ובצורה של חלקיקי אלומינה קרמיקה כתוצאה של הפיצול sono. חלקיקים במייקרון, מיקרו מיקרון וננו בגודל ניתן להשיג בקלות על ידי sonication כוח גבוה. הספרוגניות של החלקיקים גדלה עם הגדלת זמן ההחזקה בשדה האקוסטי.

פיזור פעיל שטח

בשל שבירת חלקיקים הקולית היעילה, את השימוש של פעילי שטח חיוני כדי למנוע deagglomeration של שהושג תת-מיקרון חלקיקים בגודל ננו. קטן גודל החלקיקים, ככל שיחס apect של שטח פנים, אשר חייב להיות מכוסה פעיל שטח כדי לשמור אותם ההשעיה ולהימנע coagualation החלקיקים (למסכת). היתרון של ultrasonication מטילה את אפקט פיזור: במקביל ל שחיקה והתפוררות, אולטרסאונד מפוזרים שברי החלקיקים טחנו עם פעילי שטח כה למסכת כי לעתים קרובות הוא ננו חלקיקים הוא (כמעט) להימנע לחלוטין.

ייצור תעשייתי

כדי לשרת את השוק עם איכות גבוהה חומר ננו המבטא פונקציות יוצאת דופן, ציוד עיבוד אמין נדרש. Ultrasonicators עם עד 16kW ליחידה אשר clusterizable לאפשר Fort הוא עיבוד של נפח כמעט בלתי מוגבל הזרמים. בשל סולם ליניארי מלא של תהליכים קולי, יישומים קולי יכול להיות נטול סיכון נבדק במעבדה, אופטימיזציה בקנה מידה העליון הספסל ולאחר מכן מיושם ללא בעיות לתוך קו הייצור. כמו equiment קולי אינו דורש שטח גדול זה יכול להיות אפילו retrofitted לתוך הזרמים התהליך הקיים. המבצע קל וניתן לפקח ולהפעיל באמצעות שלט רחוק, תוך תחזוקה של מערכת קולי הוא כמעט מזניח.

התפלגות בגודל חלקיקים ו-SEM תמונות של סגסוגת מבוססת Bi2Te3 לפני ואחרי כרסום אולטראסאונד. קצת – התפלגות בגודל חלקיקים; b – SEM תמונה לפני הטחינה אולטראסאונד; c – SEM תמונה לאחר כרסום אולטראסאונד עבור 4 h; d – SEM תמונה לאחר כרסום אולטראסאונד עבור 8 h.
מקור: מארקס-גרסיה ואח '. 2015.

ספרות/הפניות