Ուլտրաձայնային դիսպերսում և դեագլոմերացում
Հեղուկներում պինդ նյութերի դիսպերսումն ու դեագլոմերացումը հզոր ուլտրաձայնի և զոնդային ուլտրաձայնային սարքերի կարևոր կիրառություններից են։ Ուլտրաձայնային կավիտացիան առաջացնում է արտակարգ բարձր սահքային ազդեցություն, որը մասնիկների ագլոմերատները տրոհում է առանձին դիսպերսված մասնիկների։ Տեղայնորեն կենտրոնացած մեծ սահքային ուժերի շնորհիվ ուլտրաձայնային մշակումը իդեալական է միկրոնային և նանոմետրային չափերի մասնիկներով դիսպերսիաներ ստանալու համար՝ փորձերի, հետազոտությունների ու մշակումների և, իհարկե, արդյունաբերական արտադրության նպատակով։
Փոշիները հեղուկների մեջ խառնելը տարբեր արտադրանքների, օրինակ՝ ներկերի, թանաքների, կոսմետիկ միջոցների, ըմպելիքների, հիդրոգելերի կամ փայլեցնող միջավայրերի պատրաստման սովորական փուլ է։ Առանձին մասնիկները միմյանց հետ պահվում են տարբեր ֆիզիկական և քիմիական բնույթի ձգողության ուժերով, այդ թվում՝ վան դեր Վաալսի ուժերով և հեղուկի մակերևութային լարվածությամբ։ Այս ազդեցությունն ավելի ուժեղ է բարձր մածուցիկություն ունեցող հեղուկների, օրինակ՝ պոլիմերների կամ խեժերի դեպքում։ Մասնիկները դեագլոմերացնելու և հեղուկ միջավայրերում դիսպերսելու համար անհրաժեշտ է հաղթահարել ձգողության ուժերը։ Ստորև կարդացեք, թե ինչու են ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորները գերազանց դիսպերսող սարքավորումներ լաբորատոր և արդյունաբերական պայմաններում ենթամիկրոնային և նանոմետրային չափերի մասնիկների դիսպերսման համար։
UP400St ուլտրաձայնային սարք ՝ նանոմասնիկների դիսպերսիաների խմբաքանակային պատրաստման համար։
Հեղուկներում պինդ նյութերի ուլտրաձայնային դիսպերսում
Ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորների աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է ակուստիկ կավիտացիայի երևույթի վրա։ Հայտնի է, որ ակուստիկ կավիտացիան առաջացնում է ինտենսիվ ֆիզիկական ուժեր, այդ թվում՝ շատ մեծ սահքային ուժեր։ Մեխանիկական լարման կիրառումը քայքայում է մասնիկների ագլոմերատները։ Բացի այդ, հեղուկը ճնշման տակ ներթափանցում է մասնիկների միջև։
Հեղուկներում փոշիների դիսպերսման համար առևտրային շուկայում առկա են տարբեր տեխնոլոգիաներ, ինչպիսիք են բարձր ճնշման հոմոգենիզատորները, խառնիչով գնդիկավոր աղացները, բախվող շիթերով աղացները և ռոտոր–ստատորային խառնիչները։ Այնուամենայնիվ, ուլտրաձայնային դիսպերսատորներն ունեն զգալի առավելություններ։ Ստորև կարդացեք, թե ինչպես է գործում ուլտրաձայնային դիսպերսումը և որոնք են դրա առավելությունները։
Ուլտրաձայնային կավիտացիայի և դիսպերսման աշխատանքի սկզբունքը
Ուլտրաձայնային մշակման ընթացքում բարձր հաճախականության ձայնային ալիքները հեղուկ միջավայրում ստեղծում են սեղմման և նոսրացման հերթագայող գոտիներ։ Միջավայրով անցնելիս ձայնային ալիքներն առաջացնում են պղպջակներ, որոնք արագ ընդարձակվում են, ապա ուժգնորեն փլուզվում։ Այս գործընթացը կոչվում է ակուստիկ կավիտացիա։ Պղպջակների փլուզումն առաջացնում է բարձր ճնշման հարվածային ալիքներ, միկրոշիթեր և սահքային ուժեր, որոնք կարող են ավելի խոշոր մասնիկներն ու ագլոմերատները տրոհել ավելի փոքր մասնիկների։ Ուլտրաձայնային դիսպերսման գործընթացներում դիսպերսիայում գտնվող մասնիկներն իրենք են ծառայում որպես աղացող միջավայր։ Ուլտրաձայնային կավիտացիայի սահքային ուժերի ազդեցությամբ արագանալով՝ մասնիկները բախվում են միմյանց և տրոհվում մանր բեկորների։ Քանի որ ուլտրաձայնով մշակվող դիսպերսիային գնդիկներ կամ ուլունքներ չեն ավելացվում, լիովին բացառվում են աղացող միջավայրի ժամանակատար և աշխատատար առանձնացումն ու մաքրումը, ինչպես նաև աղտոտումը։
Սա ուլտրաձայնային մշակումն այնքան արդյունավետ է դարձնում մասնիկների դիսպերսման և դեագլոմերացման համար, նույնիսկ այն մասնիկների դեպքում, որոնք դժվար է տրոհել այլ մեթոդներով։ Արդյունքում մասնիկներն ավելի հավասարաչափ են բաշխվում, ինչը բարելավում է արտադրանքի որակն ու գործառնական հատկությունները։
Բացի այդ, ուլտրաձայնային մշակմամբ կարելի է հեշտությամբ մշակել, դիսպերսել և սինթեզել այնպիսի նանոնյութեր, ինչպիսիք են նանոգնդերը, նանոբյուրեղները, նանոթերթերը, նանոմանրաթելերը, նանոլարերը, միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով մասնիկները և այլ բարդ կառուցվածքներ։
Ավելին, ուլտրաձայնային մշակումը կարող է իրականացվել համեմատաբար կարճ ժամանակահատվածում, ինչը դիսպերսման այլ մեթոդների նկատմամբ էական առավելություն է։
Ուլտրաձայնային դիսպերսատորների առավելությունները խառնման այլընտրանքային տեխնոլոգիաների նկատմամբ
Ուլտրաձայնային դիսպերսատորներն ունեն մի շարք առավելություններ խառնման այլընտրանքային տեխնոլոգիաների նկատմամբ, ինչպիսիք են բարձր ճնշման հոմոգենիզատորները, գնդիկավոր աղացներով մանրացումը կամ ռոտոր–ստատորային խառնումը։ Առավել ակնառու առավելություններից են՝
- Մասնիկների չափերի առավել արդյունավետ փոքրացում: Ուլտրաձայնային դիսպերսատորները կարող են արդյունավետորեն նվազեցնել մասնիկների չափերը մինչև նանոմետրային տիրույթ, ինչը հնարավոր չէ խառնման բազմաթիվ այլ տեխնոլոգիաներով։ Սա դրանք իդեալական է դարձնում այն կիրառությունների համար, որտեղ մասնիկների փոքր չափը վճռորոշ է։
- Ավելի արագ խառնում. Ուլտրաձայնային դիսպերսատորները կարող են նյութերը խառնել և դիսպերսել ավելի արագ, քան բազմաթիվ այլ տեխնոլոգիաներ՝ խնայելով ժամանակը և բարձրացնելով արտադրողականությունը։
- Աղտոտման բացակայություն. Ուլտրաձայնային դիսպերսատորները չեն պահանջում աղացող մարմինների, օրինակ՝ գնդիկների կամ ուլունքների օգտագործում, որոնք մաշման հետևանքով աղտոտում են դիսպերսիան։
- Արտադրանքի ավելի բարձր որակ. Ուլտրաձայնային դիսպերսատորները կարող են ստանալ ավելի համասեռ խառնուրդներ և կախույթներ՝ ապահովելով արտադրանքի ավելի բարձր որակ և հատկությունների կայունություն։ Հատկապես հոսքային ռեժիմում դիսպերսիոն կախույթն անցնում է ուլտրաձայնային կավիտացիայի գոտիով խիստ վերահսկվող ձևով՝ ապահովելով շատ համաչափ մշակում։
- Էներգիայի ավելի ցածր սպառում. Ուլտրաձայնային դիսպերսատորները սովորաբար ավելի քիչ էներգիա են պահանջում, քան այլ տեխնոլոգիաները, ինչը նվազեցնում է շահագործման ծախսերը։
- Բազմակողմանիություն. Ուլտրաձայնային դիսպերսատորները կարող են օգտագործվել կիրառությունների լայն շրջանակում՝ ներառյալ հոմոգենացումը, էմուլգացումը, դիսպերսումը և դեագլոմերացումը։ Դրանք կարող են մշակել նաև տարբեր նյութեր՝ ներառյալ հղկող նյութեր, մանրաթելեր, քայքայիչ հեղուկներ և նույնիսկ գազեր։
Գործընթացի այս առավելությունների, ինչպես նաև հուսալիության և պարզ շահագործման շնորհիվ ուլտրաձայնային դիսպերսատորները գերազանցում են խառնման այլընտրանքային տեխնոլոգիաներին՝ դառնալով տարածված ընտրություն բազմաթիվ արդյունաբերական կիրառությունների համար։
UIP1000hdT (1000 վատտ) ուլտրաձայնային սարք , որը լաքերում դիսպերսում է նանոլցանյութեր
Պիրոգեն սիլիցիումի երկօքսիդի ուլտրաձայնային դիսպերսումը ջրում. մինչև ուլտրաձայնային մշակումը սիլիցիումի երկօքսիդի ագլոմերացված մասնիկների չափը գերազանցում է 200 միկրոնը (D50)։ Պիրոգեն սիլիցիումի երկօքսիդի ուլտրաձայնային դիսպերսումից հետո մասնիկների մեծ մասի չափը նվազել է մինչև 200 նանոմետրից պակաս։
Ուլտրաձայնային դիսպերսում և դեագլոմերացում ցանկացած մասշտաբով
Hielscher-ն առաջարկում է ուլտրաձայնային սարքեր՝ ցանկացած ծավալի դիսպերսման և դեագլոմերացման համար՝ խմբաքանակային կամ հոսքագծային մշակմամբ։ Ուլտրաձայնային լաբորատոր սարքերն օգտագործվում են 1,5mL-ից մինչև մոտավորապես 2L ծավալների համար։ Արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերն օգտագործվում են գործընթացների մշակման և արտադրության մեջ՝ 0,5-ից մինչև մոտավորապես 2000L ծավալով խմբաքանակների կամ ժամում 0,1L-ից մինչև 20m³ ծավալային հոսքի համար։
Hielscher Ultrasonics-ի արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ՝ այդպիսով հուսալիորեն դիսպերսելով և մանրացնելով մասնիկները մինչև նանոմասշտաբ։ Մինչև 200µm ամպլիտուդներով կարելի է հեշտությամբ անընդհատ աշխատել 24/7 ռեժիմով։ Ավելի բարձր ամպլիտուդների համար հասանելի են պատվերով պատրաստվող ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ։
MultiSonoReactor արդյունաբերական հզոր ուլտրաձայնային համակարգ՝ արդյունաբերական հոսքագծային դիսպերսման համար. Բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային սարքերը հուսալի և բարձր արդյունավետությամբ հոսքագծային խառնման համակարգեր են՝ նանոդիսպերսիաների արտադրության համար։
| Խմբաքանակի ծավալ | Ծավալային հոսք | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 0,5-ից մինչև 1,5mL | n.a. | VialTweeter | 1-ից մինչև 500mL | 10-ից մինչև 200mL/min | UP100H |
| 10-ից մինչև 2000mL | 20-ից մինչև 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-ից մինչև 20L | 0,2-ից մինչև 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-ից մինչև 100L | 2-ից մինչև 10L/min | UIP4000hdT |
| 15-ից մինչև 150L | 3-ից մինչև 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10-ից մինչև 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | ավելի մեծ | սարքերի խումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
UIP1000hdT (1000 վատտ) ուլտրաձայնային սարք , որը լաքերում դիսպերսում է նանոլցանյութեր
Ուլտրաձայնային դիսպերսման առավելությունները. մասշտաբի հեշտ մեծացում
Ի տարբերություն դիսպերսման այլ տեխնոլոգիաների՝ ուլտրաձայնային մշակման մասշտաբը կարելի է հեշտությամբ մեծացնել լաբորատորից մինչև արտադրական։ Լաբորատոր փորձարկումները թույլ կտան ճշգրիտ ընտրել սարքավորման պահանջվող չափը։ Վերջնական մասշտաբով կիրառելիս գործընթացի արդյունքները նույնական են լաբորատոր արդյունքներին։
Ուլտրաձայնային սարքեր. ամուր և հեշտ մաքրվող
Ուլտրաձայնային հզորությունը հեղուկին է փոխանցվում սոնոտրոդի միջոցով։ Սա սովորաբար պտտման համաչափություն ունեցող դետալ է, որը մեխանիկական մշակմամբ պատրաստվում է ավիացիոն որակի հոծ տիտանից։ Այն նաև հեղուկի հետ շփվող միակ շարժվող / տատանվող դետալն է։ Դա մաշման ենթակա միակ դետալն է, և այն կարելի է հեշտությամբ փոխարինել մի քանի րոպեում։ Տատանումները մեկուսացնող կցաշուրթերը թույլ են տալիս սոնոտրոդը ցանկացած դիրքով տեղադրել բաց կամ փակ՝ ճնշման տակ աշխատելու համար նախատեսված տարաների կամ հոսքային բջիջների մեջ։ Առանցքակալներ անհրաժեշտ չեն։ Հեղուկի հետ շփվող մյուս բոլոր դետալները սովորաբար պատրաստվում են չժանգոտվող պողպատից։ Հոսքային բջիջներով ռեակտորներն ունեն պարզ երկրաչափական կառուցվածք և հեշտությամբ ապամոնտաժվում ու մաքրվում են, օրինակ՝ հեղուկի հոսքով լվացմամբ և ներսից սրբելով։ Փոքր անցքեր կամ թաքնված անկյուններ չկան։
Ուլտրաձայնային մաքրում՝ առանց ապամոնտաժման
Ուլտրաձայնը լայնորեն հայտնի է մաքրման մեջ իր կիրառություններով, օրինակ՝ մակերևույթների և դետալների մաքրմամբ։ Դիսպերսման համար օգտագործվող ուլտրաձայնի ինտենսիվությունը շատ ավելի բարձր է, քան սովորական ուլտրաձայնային մաքրման դեպքում։ Ուլտրաձայնային սարքի՝ հեղուկի հետ շփվող դետալները մաքրելիս ուլտրաձայնային հզորությունը կարող է օգտագործվել հեղուկի հոսքով լվացման և ողողման ընթացքում մաքրմանը նպաստելու համար, քանի որ ուլտրաձայնային / ակուստիկ կավիտացիան սոնոտրոդից և հոսքային բջջի պատերից հեռացնում է մասնիկներն ու հեղուկի մնացորդները։
Գրականություն / Հղումներ
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.
- László Vanyorek, Dávid Kiss, Ádám Prekob, Béla Fiser, Attila Potyka, Géza Németh, László Kuzsela, Dirk Drees, Attila Trohák, Béla Viskolcz (2019): Application of nitrogen doped bamboo-like carbon nanotube for development of electrically conductive lubricants. Journal of Materials Research and Technology, Volume 8, Issue 3, 2019. 3244-3250.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
Ուլտրաձայնային հոմոգենիզատոր UIP6000hdT ՝ մեծ ծավալների արդյունաբերական ներհոսքային մշակման համար։
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափերը։