Sonofragmentation opisuje lom čestica u nano-veličine fragmenata pomoću ultrazvuka velike snage. Za razliku od zajedničkog ultrazvučnom raspršivanje i glodanje – gdje čestice uglavnom brušene odvojeni sudara između čestica – , Sono-fragementation odlikuje izravnom interakcijom između čestice i udarnog vala. Visoka snaga / niske frekvencije ultrazvuka stvara šupljinu, a time i intenzivne posmične sile u tekućinama. Ekstremni uvjeti cavitational mjehurić kolaps i međučestičnog sudara mljevenje čestica na vrlo fine veličina materijala.

Ultrazvučno Proizvodnja i pripreme nano čestica

Učinci snage ultrazvuka za proizvodnju nano materijala su poznati: raspršivanje, deaglomeraciju i glodanje & Brušenje i fragmentacija ultrazvukom u često jedini učinkovit način za liječenje čestica nano, To je osobito istinito kada je riječ o vrlo fine nano materijali s posebnim funcionalities što sa nano veličine jedinstvene karakteristike čestica izraženi. Za stvaranje nano materijala sa specifičnim funkcionalnostima, mora se osigurati još i pouzdan postupak ultrazvukom. Hielscher opskrbljuju ultrazvučni opreme iz laboratorija skali do pune komercijalne veličine proizvodnje.

Sono-Fragmentacija pomoću kavitacije

Ulaz moćnih ultrazvučnih sila u tekućinama stvara ekstremne uvjete. Kada ultrazvuk propagira tekući medij, ultrazvučni valovi se dovesti u naizmjeničnim kompresije i razrjeđivanje ciklusa (visok tlak i niski tlak ciklusa). Tijekom ciklusa niskim tlakom, mala vakuum mjehurići nastaju u tekućini. To kavitacija mjehurići rasti tijekom nekoliko ciklusa niskog tlaka sve dok ne postigne veličinu kad se ne može apsorbirati više energije. U tom stanju maksimalno apsorbira energiju i veličinu mjehurića, kavitaciju mjehurić kolaps nasilno i stvara lokalno ekstremne uvjete. Zbog urušavanja od kavitacija mjehurići, vrlo visoke temperature od cca. 5000K i tlakovi od cca. 2000mt su dostigli lokalno. Implozija rezultira tekućim mlaznicama brzine do 280 m / s (≈1000 km / h). Sono-fragmentacija opisuje upotrebu tih intenzivnih sila za fragmentiranje čestica na manje dimenzije u podmikronu i nano području. S napredovanjem ultrazvukom, oblik čestica okreće se od kutnog do sferičnog, što čestice čini vrijednijim. Rezultati fragmenata izfragmenta izraženi su kao brzina fragmentacije koja je opisana kao funkcija unosa snage, soniciranog volumena i veličine aglomerata.
Kusters et Al. (1994) istraživao je ultrazvučno potpomognutu fragmentaciju aglomerata u odnosu na njegovu potrošnju energije. Rezultati istraživača "ukazuju da je ultrazvučni disperzija tehnika može biti kao učinkovit kao konvencionalne mljevenje tehnike. Industrijska praksa ultrazvučne disperzije (npr veće sonde, kontinuirana propusnost suspenzije) može promijeniti ove rezultate nešto, ali više-sve se očekuje da specifična potrošnja energije nije razlog za odabir ovog komminutron tehnika, ali umjesto njegove sposobnosti za proizvodnju vrlo fine (submicron) čestica. " [Kusters et Al. 1994] Posebno za erektiranje praha kao što su silika ili cirkonij, specifična energija potrebna po jedinici masa praha je utvrđeno da je manja za ultrazvučnu brušenjem od one konvencionalne metode mljevenja. Ultrazvuka utječe čestice ne samo glodanje i brušenje, ali i poliranje krute tvari. Pri tome, visoka zaobljenosti čestica se može postići.

Sono-fragmentacija za kristalizaciju nanomaterijala

„Iako nema sumnje da međučestično sudara ne pojavljuju u gustim molekularnih kristala ozračeni s ultrazvuka, oni nisu dominantni izvor fragmentacije. Za razliku od molekularnih kristala, metalne čestice nisu oštećeni udarnih valova izravno i može utjecati samo intenzivniji (ali mnogo rjeđe) međučestično sudara. Pomak u dominantnim mehanizama sonication metalnog praha u odnosu na aspirin suspenzija ističe razlike u svojstvima kovan čestica metalnih i rastresita molekularnih kristala. „[Zeigerom / Suslick 2011, 14.532]

Sonofragmentation čestica aspirin [Zeigerom / Suslick 2011]

Gopi et Al. (2008) istraživalo je proizvodnju keramičkih čestica visoke čistoće submicrometar (pretežno u rasponu sub-100 nm) od hrane za životinje veličine mikrometetera (npr., 70-80 μm) koristeći Oni su primijetili značajnu promjenu u boji i oblik Aluminijevi keramičkih čestica kao rezultat sono-fragmentacije. Čestice u mikron, submicron i raspon nano veličine može se lako dobiti pomoću visoke snage sonication. Sferičnost čestica povećala se s povećanjem vremena zadržavanja u akustičnom polju.

Disperzija u surfaktant

S obzirom na učinkovito ultrazvučni lom čestica, upotreba surfaktanata je neophodno kako bi se spriječilo razbijanje nakupina u sub-mikronskim i nano-veličine čestica dobivene. Što je manja veličina čestica, veća je apect omjer površine, koji mora biti pokriven s tenzida ih držati u suspenziji i kako bi se izbjeglo čestice coagualation (naselja). Prednost leži u ultrazvukom raspršujući učinak: Paralelno mljevenja i usitnjavanja, ultrazvuk se dispergira usitnjenog fragmente čestica s surfaktanta kako aglomeracija često je nano čestice se (skoro) potpuno izbjeći.

Industrijska proizvodnja

Kako bi služili tržištu s visokokvalitetnim nano materijalom koji izražava izvanredne funkcionalnosti, potrebna je pouzdana oprema za obradu. Ultrasonicators s do 16kW po jedinici koji su klasterizable omogućuju da se obradi prilično neograničen volumen potoci. Zbog potpuno linearne skalabilnosti ultrazvučnih procesa, ultrazvučna primjena može biti bez rizika testirana u laboratoriju, optimizirana u klasi na vrhu ljestvice, a zatim implementirana bez problema u proizvodnu liniju. Budući da ultrazvučni uređaj ne zahtijeva veliki prostor, može se čak ugraditi u postojeće procesne tokove. Operacija je jednostavna i može se nadzirati i pokrenuti daljinskim upravljačem, a održavanje ultrazvučnog sustava gotovo je zanemarivo.

Distribucija veličine čestica i SEM slike Bi2Te3-based legure prije i nakon ultrazvučnog glodanja. A – Distribucija veličine čestica; B – SEM slika prije ultrazvučnog glodanja; C – SEM slika nakon ultrazvučnog glodanje za 4 h; D – SEM slika nakon ultrazvučnog glodanje za 8 h.
Izvor: Marquez-Garcia et Al. 2015.

Književnost / Reference