Sonofragmentation – Էլեկտրաէներգիայի ուլտրաձայնի ազդեցությունը մասնիկների կոտրման վրա
Sonofragmentation-ը նկարագրում է մասնիկների կոտրումը նանո չափի բեկորների բարձր հզորության ուլտրաձայնի միջոցով: Ի տարբերություն ընդհանուր ուլտրաձայնային deagglomeration եւ ֆրեզերային – որտեղ մասնիկները հիմնականում մանրացվում և բաժանվում են միջմասնիկների բախման միջոցով – , sono-fragementation-ն առանձնանում է մասնիկի և հարվածային ալիքի անմիջական փոխազդեցությամբ։ Բարձր հզորության/ցածր հաճախականության ուլտրաձայնը հեղուկներում առաջացնում է կավիտացիա և, հետևաբար, ինտենսիվ կտրող ուժեր: Կավիտացիոն պղպջակների փլուզման և միջմասնական բախման ծայրահեղ պայմանները մանրացնում են մասնիկները շատ նուրբ չափսերի նյութին:
Նանո մասնիկների ուլտրաձայնային արտադրություն և պատրաստում
Հզոր ուլտրաձայնի ազդեցությունը նանո նյութերի արտադրության համար հայտնի են. & Մանրացնելը, ինչպես նաև բեկորացումը՝ ախտահանման միջոցով, հաճախ բուժման միակ արդյունավետ մեթոդն է նանո մասնիկներ. Սա հատկապես ճիշտ է, երբ խոսքը վերաբերում է շատ նուրբ նանո նյութերին, որոնք ունեն հատուկ գործառույթներ, քանի որ նանո չափերով արտահայտված են մասնիկների եզակի հատկություններ: Հատուկ ֆունկցիոնալությամբ նանո նյութ ստեղծելու համար պետք է ապահովվի հավասարաչափ և հուսալի ձայնային գործընթաց: Hielscher-ը ուլտրաձայնային սարքավորումներ է մատակարարում լաբորատոր մասշտաբից մինչև ամբողջական առևտրային արտադրության չափս:
MultiSonoReactor MSR-4-ը արդյունաբերական ներկառուցված հոմոգենիզատոր է, որը հարմար է մասնիկների և նանոնյութերի մասնատման և աղացման համար:
Sono-Fragmentation կողմից Cavitation
Հեղուկների մեջ հզոր ուլտրաձայնային ուժերի ներդրումը ծայրահեղ պայմաններ է ստեղծում: Երբ ուլտրաձայնը տարածում է հեղուկ միջավայր, ուլտրաձայնային ալիքները հանգեցնում են սեղմման և հազվադեպացման ցիկլերի (բարձր ճնշման և ցածր ճնշման ցիկլեր): Ցածր ճնշման ցիկլերի ժամանակ հեղուկում առաջանում են փոքր վակուումային փուչիկներ։ Սրանք կավիտացիա փուչիկները աճում են մի քանի ցածր ճնշման ցիկլերի ընթացքում, մինչև հասնեն այն չափի, երբ նրանք չեն կարող ավելի շատ էներգիա կլանել: Առավելագույն կլանված էներգիայի և պղպջակների չափի այս վիճակում կավիտացիոն պղպջակը կատաղի փլուզվում է և տեղական ծայրահեղ պայմաններ է ստեղծում: Պայթեցման պատճառով կավիտացիա փուչիկները, շատ բարձր ջերմաստիճանը մոտ. 5000K և ճնշումներ մոտ. Տեղում հասնում են 2000 ատմ: Պայթյունը հանգեցնում է մինչև 280 մ/վ (≈1000 կմ/ժ) արագության հեղուկ շիթերի: Sono-fragmentation-ը նկարագրում է այս ինտենսիվ ուժերի օգտագործումը մասնիկներն ավելի փոքր չափերի մասնատելու համար ենթամիկրոն և նանո տիրույթում: Զարգացող ձայնային ազդեցությամբ մասնիկների ձևը անկյունայինից վերածվում է գնդաձևի, ինչը մասնիկները դարձնում է ավելի արժեքավոր: Sonofragmentation-ի արդյունքներն արտահայտվում են որպես մասնատման արագություն, որը նկարագրվում է որպես ներածված էներգիայի, ձայնային ձայնագրման ծավալի և ագլոմերատների չափի ֆունկցիա:
Kusters et al. (1994) ուսումնասիրել է ագլոմերատների ուլտրաձայնային օգնությամբ մասնատվածությունը՝ կապված դրա էներգիայի սպառման հետ: Հետազոտողների արդյունքները «ցույց են տալիս, որ ուլտրաձայնային ցրման տեխնիկան կարող է նույնքան արդյունավետ լինել, որքան սովորական մանրացման տեխնիկան: Ուլտրաձայնային ցրման արդյունաբերական պրակտիկան (օրինակ՝ ավելի մեծ զոնդեր, կասեցման շարունակական թողունակություն) կարող է որոշակիորեն փոխել այս արդյունքները, բայց ընդհանուր առմամբ ակնկալվում է, որ էներգիայի հատուկ սպառումը չէ պատճառը այս կոմինուտրոնային տեխնիկայի ընտրության համար, այլ դրա կարողությունը՝ արտադրում են չափազանց նուրբ (ենթամիկրոն) մասնիկներ» [Kusters et al. 1994] Հատկապես քայքայող փոշիների համար, ինչպիսիք են Սիլիցիում կամ ցիրկոնիում, փոշի զանգվածի համար պահանջվող հատուկ էներգիան ավելի ցածր է եղել ուլտրաձայնային հղկման արդյունքում, քան սովորական հղկման մեթոդները: Ultrasonication-ը ազդում է մասնիկների վրա ոչ միայն աղալով և մանրացնելով, այլև պինդ նյութերը փայլեցնելով: Դրանով կարելի է հասնել մասնիկների բարձր գնդաձևության։
Sono-fragmentation for the Crystallization of Nanomaterials
«Չնայած կասկած չկա, որ միջմասնիկների բախումները տեղի են ունենում ուլտրաձայնով ճառագայթված մոլեկուլային բյուրեղների խառնուրդներում, դրանք մասնատման գերիշխող աղբյուրը չեն: Ի տարբերություն մոլեկուլային բյուրեղների, մետաղական մասնիկները ուղղակիորեն չեն վնասվում հարվածային ալիքներից և կարող են ազդել միայն ավելի ինտենսիվ (բայց շատ ավելի հազվադեպ) միջմասնիկների բախումներից: Մետաղական փոշիների և ասպիրինի լուծույթների նկատմամբ գերիշխող մեխանիզմների փոփոխությունը ընդգծում է ճկուն մետաղական մասնիկների և փխրուն մոլեկուլային բյուրեղների հատկությունների տարբերությունները»: [Zeiger/ Suslick 2011, 14532]
Ասպիրինի մասնիկների սոնոբեկորացում [Zeiger/ Suslick 2011]
Գոպի և այլք։ (2008) ուսումնասիրել է բարձր մաքրության ենթամիկրոմետրային ալյումինե կերամիկական մասնիկների արտադրությունը (հիմնականում մինչև 100 նմ միջակայքում) միկրոմետրի չափի կերերից (օրինակ՝ 70-80 մկմ)՝ օգտագործելով սոնոֆրագմենտացիա: Նրանք նկատեցին ալյումինե կերամիկական մասնիկների գույնի և ձևի զգալի փոփոխություն՝ սոնո-բեկորման արդյունքում: Միկրոն, ենթամիկրոն և նանո չափերի մասնիկները հեշտությամբ կարելի է ձեռք բերել բարձր հզորության ձայնագրման միջոցով: Մասնիկների գնդաձևությունը մեծանում էր ակուստիկ դաշտում պահպանման ժամանակի ավելացման հետ:
Դիսպերսիա մակերեսային ակտիվ նյութում
Ուլտրաձայնային մասնիկների արդյունավետ ճեղքման շնորհիվ մակերեսային ակտիվ նյութերի օգտագործումը էական նշանակություն ունի՝ ստացված ենթամիկրոնային և նանո չափերի մասնիկների ապաագլոմերացումը կանխելու համար: Որքան փոքր է մասնիկների չափը, այնքան բարձր է մակերևույթի մակերեսի հարաբերակցությունը, որը պետք է ծածկվի մակերևութային ակտիվ նյութով, որպեսզի դրանք կասեցվեն և խուսափեն մասնիկների կոագուլյացիայից (ագլոմերացիա): Ultrasonication-ի առավելությունը կայանում է նրանում, որ ցրման էֆեկտը. Մանրացման և մասնատման հետ մեկտեղ, ուլտրաձայները ցրում են մանրացված մասնիկների բեկորները մակերևութային ակտիվ նյութի հետ այնպես, որ նանո մասնիկների հաճախակի ագլոմերացումը (գրեթե) ամբողջությամբ խուսափել է:
Ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորները արդյունավետ և հուսալի են ջրի կամ լուծիչների մեջ նանոմասնիկների ցրման համար: Նկարը ցույց է տալիս լաբորատոր ուլտրաձայնային սարք UP100H.
արդյունաբերական արտադրություն
Շուկային սպասարկելու համար բարձրորակ նանո նյութով, որն արտահայտում է արտասովոր ֆունկցիոնալություն, պահանջվում է հուսալի մշակման սարքավորում: Մեկ միավորի համար մինչև 16 կՎտ հզորությամբ ուլտրաձայնային սարքերը, որոնք կլաստերիզացվում են, թույլ են տալիս մշակել գրեթե անսահմանափակ ծավալի հոսքեր: Ուլտրաձայնային պրոցեսների լիովին գծային մասշտաբայնության շնորհիվ ուլտրաձայնային հավելվածները կարող են առանց ռիսկի փորձարկվել լաբորատորիայում, օպտիմիզացվել նստարանային մասշտաբով և այնուհետև առանց խնդիրների ներդրվել արտադրական գծում: Քանի որ ուլտրաձայնային սարքավորումը մեծ տարածություն չի պահանջում, այն կարող է նույնիսկ վերազինվել առկա գործընթացների հոսքերի մեջ: Գործողությունը հեշտ է և կարող է վերահսկվել և աշխատել հեռակառավարման միջոցով, մինչդեռ ուլտրաձայնային համակարգի սպասարկումը գրեթե անտեսված է:
Bi2Te3-ի վրա հիմնված խառնուրդի մասնիկների չափի բաշխումը և SEM պատկերները ուլտրաձայնային ֆրեզումից առաջ և հետո: ա – Մասնիկների չափի բաշխում; բ – SEM պատկերը ուլտրաձայնային ֆրեզումից առաջ; գ – SEM պատկերը ուլտրաձայնային ֆրեզումից հետո 4 ժամ; դ – SEM պատկեր 8 ժամ ուլտրաձայնային ֆրեզումից հետո:
Աղբյուր՝ Marquez-Garcia et al. 2015թ.
Կապ մեզ հետ: / Հարցրեք մեզ:
Գրականություն / Հղումներ
- Ambedkar, B. (2012): Ultrasonic Coal-Wash for De-Ashing and De-Sulfurization: Experimental Investigation and Mechanistic Modeling. Springer, 2012.
- Eder, Rafael J. P.; Schrank, Simone; Besenhard, Maximilian O.; Roblegg, Eva; Gruber-Woelfler, Heidrun; Khinast, Johannes G. (2012): Continuous Sonocrystallization of Acetylsalicylic Acid (ASA): Control of Crystal Size. Crystal Growth & Design 12/10, 2012. 4733-4738.
- Gopi, K. R.; Nagarajan, R. (2008): Advances in Nanoalumina Ceramic Particle Fabrication Using Sonofragmentation. IEEE Transactions on Nanotechnology 7/5, 2008. 532-537.
- Kusters, Karl; Pratsinis, Sotiris E.; Thoma, Steven G.; Smith, Douglas M. (1994): Energy-size reduction laws for ultrasonic fragmentation. Powder Technology 80, 1994. 253-263.
- Zeiger, Brad W.; Suslick, Kenneth S. (2011): Sonofragementation of Molecular Crystals. Journal of the American Chemical Society. 2011.
Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարք UIP2000hdT (2 կՎտ, 20 կՀց) մասնիկների արդյունավետ խառնման, համասեռացման, նանո-ցրման և սոնոբեկորացման համար:
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբով կիրառական կիրառությունների խառնուրդի, ցրման, էմուլսացման և արդյունահանման համար:
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափս.