Ultrazvuk velike snage

Velike snage, niske frekvencije ultrazvuka pruža visok potencijal za kemijske procese. Kada intenzivne ultrazvučni valovi se uvode u tekućem mediju, naizmjenično ciklusa visokog tlaka i niskog tlaka s stope ovisno o frekvenciji pojaviti. ciklusa visokog tlaka znači kompresije, dok niske ciklusa frekvencije znači prorijeđivanja medija. U niskotlačni (razrjeđivanje) ciklus, velike snage ultrazvuk stvara male vakuum mjehurića u tekućinu. Ove vakuum mjehurići rasti tijekom nekoliko ciklusa.
U skladu s tim da intenzitet ultrazvuka, tekućina obloge i proteže se u različitim stupnjevima. To znači da kavitacija mjehurići se mogu ponašati na dva načina. Pri niskim ultrazvučnim intenziteta ~ 1-3Wcm^-2, mjehurići kavitacije osciliraju oko neke ravnotežne veličine za mnoge akustične cikluse. Taj fenomen naziva se stabilna kavitacija. Pri visokim ultrazvučnim intenzitetima (≤ 10Wcm^-2) Su cavitational mjehurići formiraju se u roku od nekoliko akustičnih ciklusa u radijusu od najmanje dvostruko njihove početne veličine i propasti na točku kompresije, kada je mjehur ne može apsorbirati više energije. To se naziva prolazni ili inercije kavitacije. Tijekom mjehurića implozije, lokalno tzv žarišta javljaju, koji imaju ekstremne uvjete: Tijekom implozija, lokalno vrlo visokim temperaturama (. Cca 5,000K) i tlakova (. Cca 2,000atm) postignut. Implozija od kavitacije mjehur također rezultira u tekućim mlazove do 280m / s brzine, koji djeluju kao vrlo velike poprečne sile. [Suslick 1998 / Santos et al. 2009]

mezoporozno TiO₂ Ultrazvučna preko sol-gel Synthesis

mezoporozno TiO₂ je widley koristi kao photocatalyst kao i elektronike, tehnologije senzora i sanaciju okoliša. Za optimizirane materijale svojstva, to je cilj proizvesti Tio₂ visoke kristalnosti i velike površine. Ultrazvučni pomogao sol-gel put ima prednost da unutrašnji i vanjski svojstva TiO₂, Kao što su veličina čestice, površina pora, volumen pora promjera, kristaliničnosti kao anataznom, rutil i omjera brookite faze može se utjecati kontroliranjem parametre.
Milani et al. (2011) su pokazali sintezu TiO₂ Anatas nanočestice. Stoga, proces sol-gel je primijenjena na TiCU₄ prethodnik i oba smjera, sa i bez ultrazvuka, uspoređivani. Rezultati pokazuju da ultrazvučni zračenje imaju jednoličan utjecaj na sve komponente rješenje od strane metodom sol-gel i uzrokovati lomljenje labave veze velikih nanometarskih koloida u otopini. Dakle, manji nanočestice su stvorili. Lokalno nastaju visoki tlakovi i temperature razbiti bondiranje dugim polimernih lanaca, kao i slabe veze za vezanje manjih čestica, od kojih se oblikuju veće koloidne mase. Usporedba obje TiO₂ uzorci, u prisutnosti iu odsutnosti ultrazvučnog zračenja, prikazan je u SEM slika ispod (vidi sl. 2).

Pic. 2: SEM slike TiO2 pwder, od pečene na 400 mV ° C za 1 sat i želatinizacije vrijeme 24 h: (a) u prisutnosti i (b) u odsutnosti ultrazvuka. [Milani et al. 2011]

Nadalje, kemijske reakcije mogu dobiti od sonochemical efekata, koji uključuju npr pucanja kemijskih veza, značajna poboljšanja kemijske reaktivnosti molekularne degradacije.

Sono-Gelovi

U sono-katalitički potpomognute reakcije sol-gel, ultrazvuk primjenjuje na prekursore. Nastale materijali s novim karakteristikama su poznati kao sonogels. Zbog odsutnosti dodatnog otapala, u kombinaciji sa ultrazvukom kavitacija, Jedinstven okruženje za reakcije sol-gel je stvorio, koji omogućava formiranje posebnih značajki dobivenih gelovi: visoke gustoće, fine teksture, homogene strukture i sl Ta svojstva određuju evoluciju sonogels na daljnju obradu i konačne strukture materijala , [Blanco et al. 1999]
Suslick i cijena (1999) pokazuju da je ultrazvučno zračenje Si (OC₂H₅)₄ u vodi s kiselim katalizatorom daje silicij „sonogel”. U uobičajenom pripravi silika gelovi s Si (OC₂H₅)₄, Etanol je uobičajeno suotapalo zbog ne-topljivosti Si (OC₂H₅)₄ u vodi. Uporaba takvih otapala je često problematično jer može doći do pucanja tijekom postupka sušenja. Ultrasonikacije pruža vrlo učinkovito miješanje, tako da hlapljivi ko-otapala kao što je etanol se može izbjeći. To rezultira silika-gel sono karakteriziran veće gustoće od konvencionalno proizvedenih gelova. [Suslick et al. 1999 319f.]
Konvencionalni aerogelovi sastoji od matrice niske gustoće s velikim praznim porama. U sonogels, s druge strane, imaju finije poroznosti i pore su prilično kugla oblika, glatke površine. Padinama veća od 4 kuta u visokom području otkriti važne promjene elektronske gustoće na granicama od pora matriksa [Rosa-Fox et al. 1990].
Slike površini praškastim uzorcima jasno pokazuju da koriste ultrazvučni valovi rezultiralo većom homogenosti u prosječnoj veličini čestica i rezultiralo manjim česticama. Zbog ultrazvučne obrade, prosječna veličina čestica smanjuje za cca. 3 nm. [Milani et al. 2011]
Pozitivni učinci ultrazvuka dokazano u raznim istraživanjima. Primjerice, izvješće Neppolian et al. u radu važnost i prednosti ultrazvukom u modifikaciji i poboljšanju svojstava Fotokatalitički mezoporoznih nano-veličine čestica TiO2. [Neppolian et al. 2008]

Nanocoating putem ultrazvučnog reakcije sol-gel

Nanokoating znači pokrovni materijal s nano-skaliranim slojem ili pokrivenost nano-veličine entiteta. Time se dobivaju kapsulirane ili jezgrene ljuske strukture. Takvi nano-kompoziti imaju fizička i kemijska svojstva visokih performansi zbog kombiniranih specifičnih svojstava i / ili strukturnih efekata komponenti.
Na primjer, pokazat će se postupak oblaganja čestica indij-oksida (ITO). ITO čestice su obložene silicijem u procesu u dva koraka, kao što je prikazano u studiji Chen (2009). U prvom kemijskom koraku, prašak indij-kositar-oksida podvrgnut je tretmanu aminosilana. Drugi korak je silika premazivanje pod ultrazvukom. Da bismo dali specifičan primjer soniciranja i njegovih učinaka, procesni korak prezentiran u Chenovoj studiji, sažeto je dolje:
Tipičan postupak za ovaj korak je sljedeći: 10 g GPTS je pomiješano polagano s 20 g vode zakiseljenog klorovodičnom kiselinom (HCl) (pH = 1,5). Zatim se u smjesu doda 4 g gore navedenog praha tretiranog s aminosilanom, koji se nalazi u staklenoj posudi od 100 ml. Boca je zatim stavljena pod sonuator za kontinuirano ultrazvučno zračenje s izlaznom snagom od 60 W ili više.
Reakcija se sol-gel pokrenut je nakon približno 2-3min ultrazvučne zračenje, na kojem je u obliku bijele pjene generiran, zbog oslobađanja alkohola nakon opsežnog hidrolizom GLYMO (3- (2,3-epoksipropoksi) propyltrimethoxysilane). Sonication primijenjen je tijekom 20 minuta, nakon čega se otopina miješa još nekoliko sati. Kada je proces bio završen, čestice su prikupljeni centrifugiranjem i ponovno se ispere s vodom, zatim suši bilo za karakterizaciju ili čuvaju dispergiranog u vodi ili organskim otapalima. [Chen 2009, p.217]