थर्मोइलेक्ट्रिकल नैनो-पाउडर की अल्ट्रासोनिक मिलिंग

• अनुसंधान से पता चला है कि अल्ट्रासोनिक मिलिंग का उपयोग थर्मोइलेक्ट्रिक नैनोकणों के निर्माण के लिए सफलतापूर्वक किया जा सकता है और इसमें कणों की सतहों में हेरफेर करने की क्षमता है।
• अल्ट्रासोनिक रूप से मिल्ड कण (जैसे बीआई₂टे₃-आधारित मिश्र धातु) ने 10μm से कम के साथ एक महत्वपूर्ण आकार में कमी और गढ़े नैनो-कणों को दिखाया।
• इसके अलावा, सोनिकेशन कणों की सतह आकृति विज्ञान के महत्वपूर्ण परिवर्तन पैदा करता है और इस तरह सूक्ष्म और नैनो-कणों की सतह को कार्यात्मक बनाने में सक्षम बनाता है।

थर्मोइलेक्ट्रिक नैनोपार्टिकल्स

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री सीबेक और पेल्टियर प्रभाव के आधार पर ऊष्मा ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है। इस प्रकार मुश्किल से उपयोग करने योग्य या लगभग खोई हुई तापीय ऊर्जा को उत्पादक अनुप्रयोगों में प्रभावी ढंग से बदलना संभव हो जाता है। चूंकि थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों को बायोथर्मल बैटरी, सॉलिड-स्टेट थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग, ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक डिवाइस, स्पेस और ऑटोमोटिव पावर जनरेशन जैसे उपन्यास अनुप्रयोगों में शामिल किया जा सकता है, अनुसंधान और उद्योग पर्यावरण के अनुकूल, किफायती और उच्च तापमान-स्थिर थर्मोइलेक्ट्रिक नैनोकणों का उत्पादन करने के लिए आसान और तेज़ तकनीकों की खोज कर रहा है। अल्ट्रासोनिक मिलिंग साथ ही नीचे-ऊपर संश्लेषण (सोनो-क्रिस्टलीकरण) थर्मोइलेक्ट्रिक नैनोमैटेरियल्स के तेजी से बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए आशाजनक मार्ग हैं।

अल्ट्रासोनिक मिलिंग उपकरण

बिस्मथ टेल्यूराइड के कण आकार में कमी के लिए (द्वि₂टे₃), मैग्नीशियम सिलिसाइड (Mg₂सी) और सिलिकॉन (सी) पाउडर, उच्च तीव्रता अल्ट्रासोनिक प्रणाली UIP1000hdT (1kW, 20kHz) का उपयोग एक खुले बीकर सेटअप में किया गया था। सभी परीक्षणों के लिए आयाम 140μm पर सेट किया गया था। नमूना पोत को पानी के स्नान में ठंडा किया जाता है, तापमान थर्मो-जोड़े द्वारा नियंत्रित किया जाता है। एक खुले बर्तन में सोनिकेशन के कारण, मिलिंग समाधान (जैसे, इथेनॉल, ब्यूटेनॉल, या पानी) के वाष्पीकरण को रोकने के लिए शीतलन का उपयोग किया गया था।

(ए) प्रयोगात्मक सेटअप का योजनाबद्ध आरेख। (ख) अल्ट्रासोनिक मिलिंग उपकरण। स्रोत: मार्केज़-गार्सिया एट अल।

द्वि के केवल 4h के लिए अल्ट्रासोनिक मिलिंग₂टे₃-मिश्र धातु पहले से ही 150 और 400 एनएम के बीच आकार के साथ नैनोकणों की पर्याप्त मात्रा में उपज थी। नैनो रेंज में आकार में कमी के अलावा, सोनिकेशन के परिणामस्वरूप सतह आकृति विज्ञान में भी बदलाव आया। बी, सी, और डी के नीचे दिए गए आंकड़े में एसईएम छवियां प्रदर्शित करती हैं कि अल्ट्रासोनिक मिलिंग से पहले कणों के तेज किनारे अल्ट्रासोनिक मिलिंग के बाद चिकनी और गोल हो गए हैं।

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।

यह निर्धारित करने के लिए कि कण आकार में कमी और सतह संशोधन विशिष्ट रूप से अल्ट्रासोनिक मिलिंग द्वारा प्राप्त किए जाते हैं, इसी तरह के प्रयोग उच्च ऊर्जा बॉल मिल का उपयोग करके किए गए थे। परिणाम चित्र 3 में दिखाए गए हैं। यह स्पष्ट है कि 200-800 एनएम कणों को 48 घंटे (अल्ट्रासोनिक मिलिंग से 12 गुना अधिक) के लिए बॉल मिलिंग द्वारा उत्पादित किया गया था। SEM से पता चलता है कि Bi के तेज किनारे₂टे₃-मिश्र धातु के कण मिलिंग के बाद अनिवार्य रूप से अपरिवर्तित रहते हैं। इन परिणामों से संकेत मिलता है कि चिकनी किनारों अल्ट्रासोनिक मिलिंग की अनूठी विशेषताएं हैं। अल्ट्रासोनिक मिलिंग (4 घंटे बनाम 48 घंटे बॉल मिलिंग) द्वारा समय की बचत भी उल्लेखनीय है।

अल्ट्रासोनिक मिलिंग से पहले और बाद में Mg2Si के कण-आकार वितरण और SEM छवियां। (ए) कण-आकार वितरण; (बी) अल्ट्रासोनिक मिलिंग से पहले एसईएम छवि; (सी) 2 घंटे के लिए 50% पीवीपी-50% ईटीओएच में अल्ट्रासोनिक मिलिंग के बाद एसईएम छवि।
स्रोत: मार्केज़-गार्सिया एट अल।

Marquez-Garcia et al. (2015) ने निष्कर्ष निकाला है कि अल्ट्रासोनिक मिलिंग Bi को नीचा दिखा सकती है₂टे₃ और एमजी₂छोटे कणों में सी पाउडर, जिनमें से आकार 40 से 400 एनएम तक होता है, नैनोकणों के औद्योगिक उत्पादन के लिए एक संभावित तकनीक का सुझाव देता है। उच्च ऊर्जा बॉल मिलिंग की तुलना में, अल्ट्रासोनिक मिलिंग में दो अनूठी विशेषताएं हैं:

1. 1. अल्ट्रासोनिक मिलिंग द्वारा उत्पादित लोगों से मूल कणों को अलग करने वाले कण-आकार के अंतर की घटना; और
2. 2. अल्ट्रासोनिक मिलिंग के बाद सतह आकृति विज्ञान में पर्याप्त परिवर्तन स्पष्ट हैं, जो कणों की सतहों में हेरफेर करने की संभावना को दर्शाता है।

समाप्ति

कठिन कणों की अल्ट्रासोनिक मिलिंग को तीव्र गुहिकायन उत्पन्न करने के लिए दबाव में सोनिकेशन की आवश्यकता होती है। ऊंचा दबाव (तथाकथित मैनोसोनिकेशन) के तहत सोनिकेशन कतरनी बलों और कणों को तनाव में काफी वृद्धि करता है।
एक निरंतर इनलाइन सोनीशन सेटअप एक उच्च कण भार (पेस्ट की तरह घोल) की अनुमति देता है, जो मिलिंग परिणामों में सुधार करता है क्योंकि अल्ट्रासोनिक मिलिंग अंतर-कण टकराव पर आधारित है।
एक असतत पुनरावर्तन सेटअप में सोनिकेशन सभी कणों के एक सजातीय उपचार को सुनिश्चित करने की अनुमति देता है और इसलिए एक बहुत ही संकीर्ण कण आकार वितरण करता है।

अल्ट्रासोनिक मिलिंग का एक बड़ा लाभ यह है कि प्रौद्योगिकी को बड़ी मात्रा में उत्पादन के लिए आसानी से बढ़ाया जा सकता है - व्यावसायिक रूप से उपलब्ध, शक्तिशाली औद्योगिक अल्ट्रासोनिक मिलिंग 10 मीटर तक की मात्रा को संभाल सकती है³/एच।

अल्ट्रासोनिक मिलिंग के लाभ

• तेजी से, समय बचाने वाला
• ऊर्जा की बचत
• प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणाम
• कोई मिलिंग मीडिया नहीं (कोई मोती या मोती नहीं)
• कम निवेश लागत

उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर

अल्ट्रासोनिक मिलिंग के लिए उच्च शक्ति अल्ट्रासोनिक उपकरण की आवश्यकता होती है। तीव्र गुहिकायन कतरनी बलों को उत्पन्न करने के लिए, उच्च आयाम और दबाव महत्वपूर्ण हैं। Hielscher Ultrasonics’ औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं। 200μm तक के आयाम आसानी से 24/7 ऑपरेशन में लगातार चलाए जा सकते हैं। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं। Hielscher के दबाव प्रवाह रिएक्टरों के साथ संयोजन में, बहुत तीव्र गुहिकायन बनाया जाता है ताकि intermolecular बंधन पर काबू पाने के लिए और कुशल मिलिंग प्रभाव प्राप्त कर रहे हैं.
Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरण की मजबूती भारी शुल्क पर और मांग वातावरण में 24/7 आपरेशन के लिए अनुमति देता है। डिजिटल और रिमोट कंट्रोल के साथ-साथ एक अंतर्निहित एसडी कार्ड पर स्वचालित डेटा रिकॉर्डिंग सटीक प्रसंस्करण, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य गुणवत्ता सुनिश्चित करती है और प्रक्रिया मानकीकरण की अनुमति देती है।

Hielscher उच्च प्रदर्शन Ultrasonicators के लाभ

• बहुत उच्च आयाम
• उच्च दबाव
• सतत इनलाइन प्रक्रिया
• मजबूत उपकरण
• रैखिक स्केल-अप
• सहेजें और संचालित करने में आसान
• साफ करने के लिए आसान