• Kutatások kimutatták, hogy az ultrahangos marás sikeresen használható termoelektromos nanorészecskék gyártásához, és képes manipulálni a részecskék felületét.
• Ultrahangos hántolt részecskék (pl. bi₂Te₃-alapú ötvözet) jelentős méretcsökkentést és 10 μm-nél kisebb mennyiségű Nano-részecskéket mutatott.
• Továbbá a szonikáció jelentős változásokat eredményez a részecskék felületi morfológiája szempontjából, és lehetővé teszi a mikro-és nano-részecskék felületének funkcionalizságát.

Termoelektromos Nanorészecskei

Termoelektromos anyagok átalakítani hőenergiát elektromos energia alapján Seebeck és Peltier hatása. Ezáltal lehetővé válik, hogy az alig használható vagy majdnem elveszett hőenergia hatékonyan produktív alkalmazásokba kerüljön. Mivel a termoelektromos anyagokat lehet venni az új alkalmazások, mint például a biotermikus akkumulátorok, szilárd állapotú termoelektromos hűtés, Optoelektronikus eszközök, a tér, és az autóipari villamosenergia-termelés, a kutatás és az ipar keresi facile és gyors technológiák környezetbarát, gazdaságos és magas hőmérsékletű termoelektromos nanorészecskei előállítására. Ultrahangos marás valamint alulról felfelé történő szintézis (Sono-kristályosítás), hogy ígéretes utakat a gyors tömegtermelés termoelektromos nanoanyagok.

Ultrahangos marógépek

A bizmut-tellurid (BI₂Te₃), magnézium-szilidát (mg₂Si) és a szilícium (SI) por, a nagy intenzitású ultrahangos rendszer UIP1000hdT (1kW, 20kHz) egy nyitott főzőpohárban került felhasználásra. Minden próba amplitúdójú 140 μm volt. A mintatedényt vízfürdõbe hűtik, a hőmérsékletet a Thermo-párok ellenőrzik. A nyitott edényben történő szonikáció miatt a marási oldatok párolgásának megelőzésére hűtést (pl. etanol, butanol vagy víz) használtak.

a a kísérleti beállítás sematikus ábrája. (b) ultrahangos maró berendezés. Forrás: Marquez-Garcia és szerzőtársai 2015.

Ultrahangos marás csak 4 óra bi₂Te₃-az ötvözet már a 150 és 400 nm közötti nagyságú nanorészecskét is jelentős mennyiségben engedett. A nano-tartomány méretének csökkentése mellett a szonikáció felületi morfológiára is változást eredményezett. Az ábrán látható, b, c és d alatti kép, hogy az ultrahangos marás előtt a részecskék éles szélei simává és körbe kerülnek az ultrahangos marás után.

Az ultrahangos marás előtt és után Bi2Te3 alapú ötvözetből készült részecske-méretű disztribúció és SEM-kép. A – Részecske-méret eloszlás; B – SEM kép ultrahangos marás előtt; C – SEM kép ultrahangos marógép után 4 óra; D – SEM képe ultrahangos marás után 8 óra.
Forrás: Marquez-Garcia és szerzőtársai 2015.

Ahhoz, hogy megállapíthatjuk, hogy a részecskeméret csökkentése és a felület módosítása egyedülállóan megvalósítható-e ultrahangos marásával, hasonló kísérleteket végeztek egy nagy energiájú Golyósmalom segítségével. Az eredményeket az ábra 3. Úgy tűnik, hogy a 200 – 800 nm-es részecskéket golyós marás 48 h (12-szer hosszabb, mint az ultrahangos marás) készítette. SEM mutatja, hogy az éles széleit a bi₂Te₃-Az ötvözött részecskék a marás után lényegében változatlanok maradnak. Ezek az eredmények azt jelzik, hogy a sima élek az ultrahangos marás egyedi jellemzői. Az ultrahangos marógép időtakarékossági (4 óra vs 48 h golyós marás) figyelemreméltó.

Mg2Si részecskeméret-eloszlás és SEM kép az ultrahangos marás előtt és után. (a) részecske-méret eloszlás; (b) SEM kép ultrahangos marás előtt; c SEM képe ultrahangos marás után 50% PVP – 50% EtOH 2 óra.
Forrás: Marquez-Garcia és szerzőtársai 2015.

Marquez-Garcia és szerzőtársai (2015) arra következtetnek, hogy az ultrahangos marás ronthat bi₂Te₃ és mg₂Si por kisebb részecskéket, amelyek mérete a 40-400 nm, ami arra utal, lehetséges technika ipari termelés nanorészecskéket. A nagyenergiájú golyós marószerszámokkal összehasonlítva az ultrahangos marószerszámnak két egyedi jellemzője van:

1. 1. egy részecske méretű rés előfordulása, amely az ultrahangos marás által termelt eredeti részecskéket választja el; És
2. 2. a felületi morfológiában bekövetkezett lényeges változások az ultrahangos marás után nyilvánvalóak, jelezve a részecskék felületének manipulálására való lehetőséget.

Következtetés

A keményebb részecskék ultrahangos őrlése nagyfokú kavitációt igényel, nyomás alatt. Szonáció mellett emelkedett nyomás (ún. manosonication) növeli a nyíró erők és a stressz, hogy a részecskék drasztikusan.
A folyamatosan beágyazott szonikáció lehetővé teszi a nagyobb részecske terhelést (paszta-szerű hígtrágya), amely javítja az őrlési eredményeket, mivel ultrahangos marás alapul Inter-részecske ütközés.
Egy diszkrét recirkulációs beállítás lehetővé teszi, hogy biztosítsa az összes részecske homogén kezelését, és ezért nagyon keskeny részecskeméret-eloszlás.

Az ultrahangos marás egyik legnagyobb előnye, hogy a technológiát könnyen fel lehet méretezni a nagy mennyiségek előállítása érdekében – kereskedelmi forgalomban kapható, erős ipari ultrahangos marás, képes kezelni az összegeket 10M-ig³/h.

Az ultrahangos marás előnyei

• Gyors, időtakarékos
• energiatakarékos
• reprodukálható eredményeket
• Nincs maró média (gyöngyök nélkül vagy gyöngyökkel)
• Alacsony beruházási költség

Nagy teljesítményű Ultrasonicators

Az ultrahangos marás nagy teljesítményű ultrahangos berendezéseket igényel. Annak érdekében, hogy az intenzív a kavitáció nyíró erők, nagy amplitúdókkal és a nyomás döntő fontosságú. Hielscher Ultrasonics’ az ipari ultrahangos feldolgozók nagyon magas amplitúdót képesek megvalósítani. Az akár 200 μm-es amplitúdóhelyek könnyen, 24/7 működhetnek folyamatosan. Még nagyobb amplitúdókkal, testreszabott ultrahangos sonotrodok állnak rendelkezésre. A Hielscher nagynyomású áramlású reaktorokkal kombinálva nagyon intenzív kavitáció jön létre, hogy az intermolekuláris bondings leküzdhető legyen, és hatékony maró hatás érhető el.
A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága lehetővé teszi a 24/7 működést nagy teherbírású és igényes környezetekben is. Digitális és távirányító, valamint automatikus adatrögzítő-ra egy beépített SD-kártya biztosítja a pontos feldolgozást, reprodukálható minőségű és lehetővé teszi a folyamat szabványosítás.

Elősegít-ból Hielscher magas előadás ultrahang-

• nagyon magas amplitúdóhelyek
• nagy nyomásnak
• folytonos szövegközi folyamat
• robusztus gépek
• lineáris skálázás
• megtakarítani és könnyen üzemeltetni
• Könnyen tisztítható