सोनोफ्रैगमेंटेशन – कण टूटने पर पावर अल्ट्रासाउंड का प्रभाव

सोनोफ्रैगमेंटेशन उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड द्वारा नैनो आकार के टुकड़ों में कणों के टूटने का वर्णन करता है। आम अल्ट्रासोनिक deagglomeration और मिलिंग के विपरीत – जहां कणों को मुख्य रूप से पीसकर अंतर-कण टकराव द्वारा अलग किया जाता है – , सोनो-फ्रैजमेंटेशन कण और सदमे की लहर के बीच सीधी बातचीत से अलग है। उच्च शक्ति/कम आवृत्ति अल्ट्रासाउंड गुहिकायन बनाता है और इस तरह तरल पदार्थों में तीव्र कतरनी बल बनाता है। कैविटेशनल बुलबुला पतन और अंतःविषय टकराव की चरम स्थितियां कणों को बहुत महीन आकार की सामग्री में पीसती हैं।

अल्ट्रासोनिक उत्पादन और नैनो कणों की तैयारी

नैनो सामग्री के उत्पादन के लिए पावर अल्ट्रासाउंड के प्रभाव अच्छी तरह से ज्ञात हैं: फैलाव, Deagglomeration और मिलिंग & सोनिकेशन द्वारा पीसने के साथ-साथ विखंडन अक्सर इलाज का एकमात्र प्रभावी तरीका होता है नैनो कण. यह विशेष रूप से सच है जब यह नैनो आकार के साथ विशेष funcionalities के साथ बहुत ठीक नैनो सामग्री की बात आती है, अद्वितीय कण विशेषताओं व्यक्त कर रहे हैं. विशिष्ट कार्यात्मकताओं के साथ नैनो सामग्री बनाने के लिए, एक समान और विश्वसनीय सोनीशन प्रक्रिया सुनिश्चित की जानी चाहिए। Hielscher अल्ट्रासोनिक उपकरण प्रयोगशाला पैमाने से पूर्ण वाणिज्यिक उत्पादन आकार के लिए आपूर्ति करता है।

गुहिकायन द्वारा सोनो-विखंडन

तरल पदार्थों में शक्तिशाली अल्ट्रासोनिक बलों का इनपुट चरम स्थिति पैदा करता है। जब अल्ट्रासाउंड एक तरल माध्यम का प्रचार करता है, तो अल्ट्रासोनिक तरंगों के परिणामस्वरूप बारी-बारी से संपीड़न और दुर्लभता चक्र (उच्च दबाव और निम्न दबाव चक्र) होते हैं। कम दबाव चक्रों के दौरान, तरल में छोटे वैक्यूम बुलबुले उत्पन्न होते हैं। ये गुहिकायन बुलबुले कई कम दबाव चक्रों पर बढ़ते हैं जब तक कि वे एक आकार प्राप्त नहीं करते हैं जब वे अधिक ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते हैं। अधिकतम अवशोषित ऊर्जा और बुलबुले के आकार की इस स्थिति में, गुहिकायन बुलबुला हिंसक रूप से ढह जाता है और स्थानीय रूप से चरम स्थिति पैदा करता है। के विस्फोट के कारण गुहिकायन बुलबुले, लगभग 5000K का बहुत अधिक तापमान और लगभग 2000atm का दबाव स्थानीय रूप से पहुंच जाता है। विस्फोट के परिणामस्वरूप 280m/s (≈1000km/h) वेग तक के तरल जेट होते हैं। सोनो-विखंडन उप-माइक्रोन और नैनो रेंज में छोटे आयामों में कणों को टुकड़े करने के लिए इन तीव्र बलों के उपयोग का वर्णन करता है। एक प्रगतिशील सोनिकेशन के साथ, कण आकार कोणीय से गोलाकार में बदल जाता है, जो कणों को अधिक मूल्यवान बनाता है। सोनोफ्रैगमेंटेशन के परिणामों को विखंडन दर के रूप में व्यक्त किया जाता है जिसे बिजली इनपुट, सोनिकेटेड वॉल्यूम और एग्लोमेरेट्स के आकार के कार्य के रूप में वर्णित किया जाता है।
कस्टर्स एट अल (1994) ने अपनी ऊर्जा खपत के संबंध में एग्लोमेरेट्स के अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त विखंडन की जांच की। शोधकर्ताओं के परिणाम "संकेत देते हैं कि अल्ट्रासोनिक फैलाव तकनीक पारंपरिक पीसने वाली तकनीकों के रूप में कुशल हो सकती है। अल्ट्रासोनिक फैलाव का औद्योगिक अभ्यास (जैसे बड़ी जांच, निलंबन का निरंतर थ्रूपुट) इन परिणामों को कुछ हद तक बदल सकता है, लेकिन कुल मिलाकर यह उम्मीद की जाती है कि विशिष्ट ऊर्जा खपत इस कमिन्यूट्रॉन तकनीक के चयन का कारण नहीं है, बल्कि इसकी क्षमता बेहद ठीक (सबमाइक्रोन) कणों का उत्पादन करती है। [कस्टर्स एट अल. 1994] विशेष रूप से पाउडर को नष्ट करने के लिए जैसे सिलिका या ज़िरकोनिया, प्रति यूनिट पाउडर द्रव्यमान के लिए आवश्यक विशिष्ट ऊर्जा पारंपरिक पीसने के तरीकों की तुलना में अल्ट्रासोनिक पीसने से कम पाई गई थी। अल्ट्रासोनिकेशन न केवल मिलिंग और पीसने से, बल्कि ठोस पदार्थों को चमकाने से कणों को प्रभावित करता है। इस प्रकार, कणों की एक उच्च गोलाकार प्राप्त की जा सकती है।

नैनोमैटेरियल्स के क्रिस्टलीकरण के लिए सोनो-विखंडन

"हालांकि इसमें कोई संदेह नहीं है कि अल्ट्रासाउंड के साथ विकिरणित आणविक क्रिस्टल के घोल में इंटरपार्टिकल टकराव होते हैं, वे विखंडन का प्रमुख स्रोत नहीं हैं। आणविक क्रिस्टल के विपरीत, धातु के कण सीधे सदमे की तरंगों से क्षतिग्रस्त नहीं होते हैं और केवल अधिक तीव्र (लेकिन बहुत दुर्लभ) इंटरपार्टिकल टकराव से प्रभावित हो सकते हैं। धातु पाउडर बनाम एस्पिरिन घोल के सोनिकेशन के लिए प्रमुख तंत्र में बदलाव निंदनीय धातु कणों और भुरभुरे आणविक क्रिस्टल के गुणों में अंतर को उजागर करता है। [ज़िगर/सुस्लिक 2011, 14532]

एस्पिरिन कणों का सोनोविगमेंटेशन [ज़िगर /

गोपी एट अल (2008) ने सोनोफ्रैगमेंटेशन का उपयोग करके माइक्रोमीटर आकार के फ़ीड (जैसे, 70-80 माइक्रोन) से उच्च शुद्धता वाले सबमाइक्रोमीटर एल्यूमिना सिरेमिक कणों (मुख्य रूप से उप-100 एनएम रेंज में) के निर्माण की जांच की। उन्होंने सोनो-विखंडन के परिणामस्वरूप एल्यूमिना सिरेमिक कणों के रंग और आकार में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन देखा। माइक्रोन, सबमाइक्रोन और नैनो आकार की सीमा में कणों को उच्च शक्ति सोनिकेशन द्वारा आसानी से प्राप्त किया जा सकता है। ध्वनिक क्षेत्र में बढ़ते प्रतिधारण समय के साथ कणों की गोलाकार वृद्धि हुई।

सर्फैक्टेंट में फैलाव

प्रभावी अल्ट्रासोनिक कण टूटने के कारण, प्राप्त उप-माइक्रोन और नैनो-आकार के कणों के विघटन को रोकने के लिए सर्फेक्टेंट का उपयोग आवश्यक है। कण का आकार जितना छोटा होगा, सतह क्षेत्र का शीर्ष अनुपात उतना ही अधिक होगा, जिसे उन्हें निलंबन में रखने और कणों के जमावट (ढेर) से बचने के लिए सर्फेक्टेंट के साथ कवर किया जाना चाहिए। अल्ट्रासोनिकेशन का लाभ फैलाने वाले प्रभाव में रहता है: इसके साथ ही पीसने और विखंडन के लिए, अल्ट्रासाउंड ने सर्फेक्टेंट के साथ पीसने वाले कण टुकड़ों को फैलाया ताकि नैनो कणों का ढेर (लगभग) पूरी तरह से बचा जा सके।

औद्योगिक उत्पादन

असाधारण कार्यक्षमता व्यक्त करने वाली उच्च गुणवत्ता वाली नैनो सामग्री के साथ बाजार की सेवा करने के लिए, विश्वसनीय प्रसंस्करण उपकरण की आवश्यकता होती है। प्रति यूनिट 16kW तक अल्ट्रासोनिकेटर जो क्लस्टराइज़ करने योग्य हैं, लगभग असीमित वॉल्यूम धाराओं के फोर्ट हे प्रसंस्करण की अनुमति देते हैं। अल्ट्रासोनिक प्रक्रियाओं की पूरी तरह से रैखिक स्केलेबिलिटी के कारण, अल्ट्रासोनिक अनुप्रयोगों को प्रयोगशाला में जोखिम-मुक्त परीक्षण किया जा सकता है, बेंच-टॉप स्केल में अनुकूलित किया जा सकता है और फिर उत्पादन लाइन में समस्याओं के बिना लागू किया जा सकता है। चूंकि अल्ट्रासोनिक इक्विमेंट को एक बड़ी जगह की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए इसे मौजूदा प्रक्रिया धाराओं में भी रेट्रोफिट किया जा सकता है। ऑपरेशन आसान है और रिमोट कंट्रोल के माध्यम से निगरानी और चलाया जा सकता है, जबकि अल्ट्रासोनिक सिस्टम का रखरखाव लगभग उपेक्षित है।

अल्ट्रासोनिक मिलिंग से पहले और बाद में Bi2Te3- आधारित मिश्र धातु के कण-आकार वितरण और SEM छवियां। एक – कण-आकार वितरण; जन्‍म – अल्ट्रासोनिक मिलिंग से पहले एसईएम छवि; के आसपास – 4 घंटे के लिए अल्ट्रासोनिक मिलिंग के बाद एसईएम छवि; d – 8 घंटे के लिए अल्ट्रासोनिक मिलिंग के बाद एसईएम छवि।
स्रोत: मार्केज़-गार्सिया एट अल।

साहित्य/सन्दर्भ