Ուլտրաձայնային ցրում և դեագլոմերացիա

Պինդ մարմինների հեղուկների մեջ ցրումը և ապաագլոմերացիան ուժային ուլտրաձայնային և զոնդային տիպի sonicators-ի կարևոր կիրառությունն է: Ուլտրաձայնային կավիտացիան առաջացնում է անսովոր բարձր կտրվածք, որը մասնիկների ագլոմերատները բաժանում է մեկ ցրված մասնիկների: Շնորհիվ իր տեղական կենտրոնացված բարձր ճեղքման ուժերի, sonication-ը իդեալական է փորձերի, հետազոտության և մշակման համար, և, իհարկե, արդյունաբերական արտադրության համար միրկոնային և նանո չափերի դիսպերսիաներ արտադրելու համար:

Փոշի հեղուկների մեջ խառնելը սովորական քայլ է տարբեր ապրանքների ձևավորման մեջ, ինչպիսիք են ներկը, թանաքը, կոսմետիկան, ըմպելիքները, հիդրոգելները կամ փայլեցնող միջոցները: Առանձին մասնիկներն իրար են պահում տարբեր ֆիզիկական և քիմիական բնույթի ձգողական ուժերով, ներառյալ վան դեր Վալսի ուժերը և հեղուկի մակերեսային լարվածությունը: Այս ազդեցությունն ավելի ուժեղ է ավելի բարձր մածուցիկությամբ հեղուկների համար, ինչպիսիք են պոլիմերները կամ խեժերը: Ձգող ուժերը պետք է հաղթահարվեն, որպեսզի մասնիկները ապաագլոմերացվեն և ցրվեն հեղուկ միջավայրում: Ստորև կարդացեք, թե ինչու են ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորները լաբորատորիայում և արդյունաբերության մեջ ենթամիկրոն և նանո չափերի մասնիկների ցրման համար լավագույն ցրող սարքավորումը:

Պինդ նյութերի ուլտրաձայնային ցրում հեղուկների մեջ

Ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորների աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է ակուստիկ կավիտացիայի ֆենոմենի վրա։ Հայտնի է, որ ակուստիկ կավիտացիան ստեղծում է ինտենսիվ ֆիզիկական ուժեր, ներառյալ շատ ուժեղ ճեղքման ուժեր: Մեխանիկական սթրեսի կիրառումը բաժանում է մասնիկների ագլոմերատները: Նաև հեղուկը սեղմվում է մասնիկների միջև:
Մինչ փոշիները հեղուկների մեջ ցրելու համար, առևտրային հասանելի են տարբեր տեխնոլոգիաներ, ինչպիսիք են բարձր ճնշման համասեռացուցիչները, խառնիչով ուլունքների աղացները, հարվածող ռեակտիվ աղացները և ռոտոր-ստատոր-խառնիչները: Այնուամենայնիվ, ուլտրաձայնային ցրիչները զգալի առավելություններ ունեն. Ստորև կարդացեք, թե ինչպես է աշխատում ուլտրաձայնային ցրումը և որոնք են ուլտրաձայնային ցրման առավելությունները:

 

 

Ուլտրաձայնային կավիտացիայի և ցրման աշխատանքային սկզբունքը

Sonication-ի ժամանակ բարձր հաճախականությամբ ձայնային ալիքները հեղուկ միջավայրում ստեղծում են սեղմման և հազվագյուտ փոփոխվող տարածքներ: Երբ ձայնային ալիքներն անցնում են միջավայրի միջով, նրանք ստեղծում են պղպջակներ, որոնք արագորեն ընդարձակվում են, իսկ հետո դաժանորեն փլուզվում: Այս գործընթացը կոչվում է ակուստիկ կավիտացիա: Փուչիկների փլուզումից առաջանում են բարձր ճնշման հարվածային ալիքներ, միկրոժայթքներ և կտրող ուժեր, որոնք կարող են ավելի մեծ մասնիկներ բաժանել և ագլոմերանալ ավելի փոքր մասնիկների: Ուլտրաձայնային ցրման գործընթացներում ցրման մեջ իրենք իրենց մասնիկները գործում են որպես ֆրեզերային միջավայր: Ուլտրաձայնային կավիտացիայի ճեղքումի ուժերով արագացված մասնիկները բախվում են միմյանց և փշրվում փոքրիկ բեկորների: Քանի որ ուլտրաձայնային եղանակով մշակված դիսպերսիային չեն ավելացվում ուլունքներ կամ մարգարիտներ, ֆրեզերային միջավայրի ժամանակատար և աշխատատար առանձնացումն ու մաքրումը, ինչպես նաև աղտոտումը լիովին խուսափել է:
Սա այնքան արդյունավետ է դարձնում sonication-ը ցրելու և ապաագլոմերացնելու մասնիկները, նույնիսկ նրանք, որոնք դժվար է քայքայել այլ մեթոդներով: Սա հանգեցնում է մասնիկների ավելի միասնական բաշխման, ինչը հանգեցնում է արտադրանքի որակի և կատարողականի բարելավմանը:
Բացի այդ, sonication-ը կարող է հեշտությամբ կարգավորել, ցրել և սինթեզել նանոնյութեր, ինչպիսիք են նանոսֆերաները, նանոբյուրեղները, նանոթերթերը, նանաթելերը, նանոլարերը, միջուկի կեղևի մասնիկները և այլ բարդ կառուցվածքներ:
Ավելին, sonication-ը կարող է իրականացվել համեմատաբար կարճ ժամանակում, ինչը մեծ առավելություն է ցրման այլ մեթոդների նկատմամբ:

Ուլտրաձայնային ցրիչների առավելությունները այլընտրանքային խառնուրդի տեխնոլոգիաների նկատմամբ

Ուլտրաձայնային ցրիչները առաջարկում են մի քանի առավելություններ այլընտրանքային խառնուրդի տեխնոլոգիաների նկատմամբ, ինչպիսիք են բարձր ճնշման համասեռացուցիչները, բշտիկների ֆրեզերը կամ ռոտոր-ստատոր խառնելը: Ամենաակնառու առավելություններից մի քանիսը ներառում են.

• Բարելավված մասնիկների չափի կրճատում. Ուլտրաձայնային ցրիչները կարող են արդյունավետորեն նվազեցնել մասնիկների չափերը մինչև նանոմետրային տիրույթ, ինչը հնարավոր չէ խառնելու շատ այլ տեխնոլոգիաների դեպքում: Սա նրանց դարձնում է իդեալական այն ծրագրերի համար, որտեղ մանր մասնիկների չափը կարևոր է:
• Ավելի արագ խառնում. Ուլտրաձայնային ցրիչները կարող են ավելի արագ խառնել և ցրել նյութերը, քան շատ այլ տեխնոլոգիաներ, ինչը խնայում է ժամանակը և բարձրացնում արտադրողականությունը:
• Ոչ աղտոտվածություն. Ուլտրաձայնային ցրիչները չեն պահանջում ֆրեզերային կրիչների օգտագործում, ինչպիսիք են ուլունքները կամ մարգարիտները, որոնք աղտոտում են ցրումը քայքայումով:
• Ավելի լավ արտադրանքի որակ. Ուլտրաձայնային ցրիչները կարող են արտադրել ավելի միատեսակ խառնուրդներ և կասեցումներ, ինչը հանգեցնում է արտադրանքի ավելի լավ որակի և հետևողականության: Հատկապես հոսքի ռեժիմում դիսպերսիոն ցեխն անցնում է ուլտրաձայնային կավիտացիայի գոտին խիստ վերահսկվող եղանակով` ապահովելով շատ միասնական բուժում:
• Ավելի ցածր էներգիայի սպառում. Ուլտրաձայնային ցրիչները սովորաբար պահանջում են ավելի քիչ էներգիա, քան մյուս տեխնոլոգիաները, ինչը նվազեցնում է շահագործման ծախսերը:
• Բազմակողմանիություն: Ուլտրաձայնային ցրիչները կարող են օգտագործվել կիրառությունների լայն շրջանակի համար, ներառյալ համասեռացումը, էմուլսացումը, ցրումը և ապաագլոմերացումը: Նրանք կարող են նաև մշակել տարբեր նյութեր, ներառյալ հղկող նյութեր, մանրաթելեր, քայքայիչ հեղուկներ և նույնիսկ գազեր:

Գործընթացի այս առավելությունների, ինչպես նաև հուսալիության և պարզ շահագործման շնորհիվ, ուլտրաձայնային ցրիչները գերազանցում են այլընտրանքային խառնուրդի տեխնոլոգիաներին՝ դրանք դարձնելով հանրաճանաչ ընտրություն բազմաթիվ արդյունաբերական ծրագրերի համար:

Ուլտրաձայնային ցրում և դեագլոմերացիա ցանկացած մասշտաբով

Hielscher-ն առաջարկում է ուլտրաձայնային սարքեր ցանկացած ծավալի ցրման և ապաագլոմերացիայի համար խմբաքանակային կամ ներդիրային մշակման համար: Ուլտրաձայնային լաբորատոր սարքերը օգտագործվում են 1,5 մլ-ից մինչև մոտ. 2լ. Արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերը օգտագործվում են գործընթացի մշակման և արտադրության մեջ 0,5-ից մինչև մոտ 2000 լ խմբաքանակների կամ ժամում 0,1 լ-ից մինչև 20 մ³ հոսքի արագության համար:

Hielscher Ultrasonics արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ՝ դրանով իսկ հուսալիորեն ցրելով և ֆրեզերային մասնիկները նանո մասշտաբի: Մինչև 200 մկմ ամպլիտուդները հեշտությամբ կարող են շարունակաբար աշխատել 24/7 աշխատանքի ընթացքում: Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար մատչելի են հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ:

Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.

Ուլտրաձայնային ցրման առավելությունները. Հեշտ է մեծացնել

Ի տարբերություն այլ ցրման տեխնոլոգիաներից, ուլտրաձայնային ախտորոշումը հեշտությամբ կարող է մեծացվել լաբորատորիայից մինչև արտադրական չափս: Լաբորատոր թեստերը թույլ կտան ճշգրիտ ընտրել անհրաժեշտ սարքավորումների չափերը: Երբ օգտագործվում է վերջնական մասշտաբով, գործընթացի արդյունքները նույնական են լաբորատոր արդյունքների հետ:

Ուլտրաձայնային սարքեր՝ ամուր և հեշտ մաքրվող

Ուլտրաձայնային հզորությունը փոխանցվում է հեղուկի մեջ sonotrode-ի միջոցով: Սա սովորաբար պտտվող սիմետրիկ մաս է, որը մշակվում է օդանավի որակյալ տիտանից: Սա նաև միակ շարժվող/թրթռացող թրջված հատվածն է: Այն միակ մասն է, որը ենթակա է մաշվածության և այն հեշտությամբ կարելի է փոխարինել րոպեների ընթացքում: Տատանում-անջատող ֆլանզները թույլ են տալիս տեղադրել սոնոտրոդը բաց կամ փակ ճնշվող բեռնարկղերի կամ ցանկացած կողմնորոշման հոսքի բջիջների մեջ: Առանցքակալներ չեն պահանջվում: Բոլոր մյուս խոնավ մասերը հիմնականում պատրաստված են չժանգոտվող պողպատից: Հոսքային բջիջների ռեակտորներն ունեն պարզ երկրաչափություն և կարող են հեշտությամբ ապամոնտաժվել և մաքրվել, օրինակ՝ լվանալով և ջնջելով: Չկան փոքր բացվածքներ կամ թաքնված անկյուններ:

Ուլտրաձայնային մաքրող միջոցը տեղում է

Ուլտրաձայնը հայտնի է իր մաքրող կիրառություններով, ինչպիսիք են մակերեսները, մասերի մաքրումը: Ծրագրերի ցրման համար օգտագործվող ուլտրաձայնային ինտենսիվությունը շատ ավելի բարձր է, քան սովորական ուլտրաձայնային մաքրման համար: Երբ խոսքը վերաբերում է ուլտրաձայնային սարքի թրջված մասերի մաքրմանը, ուլտրաձայնային հզորությունը կարող է օգտագործվել լվացման և ողողման ժամանակ մաքրելու համար, քանի որ ուլտրաձայնային / ակուստիկ կավիտացիան հեռացնում է մասնիկները և հեղուկ մնացորդները sonotrode-ից և հոսքի բջջային պատերից:

---

---

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.