Ultrasound dengan Kekuatan Besar

Kekuatan ultrasonik yang besar, dengan frekuensi yang render menawarkan potensial yang besar untuk proses kimia. Saat gelombak ultrasonik marambat ke dalam cairan, tekanan tinggi secara bergantian dan siklus bertekanan rendah yang terjadi tergantung pada tingiam frekuensi. Siklus tekanan tinggi berarti kompresi, sementara siklus frekuensi rendah berarti pecahan medium. Selama siklus tekanan rendah (rarefaction), ultrasound daya tinggi menciptakan gelembung vakum kecil dalam cairan. Gelembung vakum ini tumbuh selama beberapa siklus.
dengandemikian, intensitas ultrasound, kompres cairan dan peregangan sampai tingkat yang bervariasi. Ini berarti Kavitasi ultrasonik dapat berperilaku dalam dua cara. Di intensitas ultrasonik yang rendah ~ 1-3Wcm^-2, gelembung kavitasi berosilasi tentang beberapa ukuran keseimbangan untuk banyak siklus akustik. Fenomena ini disebut kavitasi stabil. Pada intensitas tinggi ultrasonik (≤10Wcm^-2) Gelembung kavitasi terbentuk dalam beberapa siklus akustik hingga radius setidaknya dua kali ukuran awalnya dan runtuh pada titik kompresi saat gelembung tidak dapat menyerap lebih banyak energi. Ini disebut kavitasi transien atau inersia. Selama ledakan gelembung, lokal disebut hot spot terjadi, yang memiliki kondisi ekstrim: Selama ledakan, suhu lokal sangat tinggi (sekitar 5.000K) dan tekanan mencapai (sekitar 2.000 ton). Ledakan gelembung kavitasi juga menghasilkan jet cair hingga kecepatan 280 m / s, yang bertindak sebagai gaya geser sangat tinggi. [Suslick 1998 / Santos dkk. 2009]

Mesoporous TiO₂ Via ultrasonik Sol-Gel sintesis

Mesoporous TiO₂ banyak digunakan digunakan sebagai fotokatalis dan juga elektronik, teknologi sensor dan remediasi lingkungan. Untuk mengoptimalkan bahan properti, ditujukan untuk menghasilkan TiO₂ dengan kristalinitas tinggi dan besar luas permukaan. Ultrasonikasi membantu Route sol-gel dents keuntungan bahwa sifat intrinsik dan ekstrinsik TiO₂, seperti ukuran partikel, luas permukaan, pori-volume, pori-diameter, kristalinitas serta rasio fase anatase, rutil dan brookite dapat dipengaruhi dengan mengendalikan parameter.
Milani et al. (2011) telah mendemonstrasikan sintesis TiO₂ Anatase partikel nano. Oleh karena itu, proses sol-gel adalah diterapkan pada TiCl₄ precursor dan kedua cara, dengan dan tanpa ultrasonication, telah dibandingkan.   Hasilnya menunjukkan bahwa iradiasi ultrasonik memiliki efek monoton pada semua komponen larutan yang dibuat dengan metode sol-gel dan menyebabkan terputusnya ikatan longgar koloid nanometrik besar dalam larutan. Dengan demikian, nanopartikel lebih kecil tercipta. Tekanan dan suhu tinggi yang terjadi secara lokal mematahkan ikatan dalam rantai polimer panjang serta ikatan lemah yang mengikat partikel yang lebih kecil, di mana massa koloid yang lebih besar terbentuk. Perbandingan kedua sample TiO₂ , keberadaan dan ketiadaan ultrasonik iradiasi, ditunjukkan dalam gambar SEM di bawah (Lihat Pic. 2).

Pic. 2: SEM images of TiO2 pwder, calcinated at 400 degC for 1h and gelatinization time of 24h: (a) in the presence of and (b) in the absence of ultrasound. [Milani et al. 2011] Read more: https://www.hielscher.com/id/sonochemical-effects-on-sol-gel-processes.htm?tpedit=1#43718

Selain itu, keuntungan dari efek sonochemical dalam reaksi kimia, meliputi Kerusakan ikatan kimia, peningkatan signifikan dari reaktivitas kimia atau degradasi molekul.

Sono-gel

Dalam Sono-catalytically membantu reaksi sol-gel, dimana ultrasound diterapkan pada prekursor. Bahan yang dihasilkan dengan karakteristik baru dikenal dengan nama sonogels. Karena tidak adanya pelarut tambahan yang dikombinasikan dengan ultrasonik Kavitasi, dimana lingkungan unik untuk reaksi sol-gel dibuat, yang memungkinkan terbentuknya fitur tertentu pada gel yang akan dihasilkan: kerapatan yang tinggi, tekstur yang halus, struktur homogen dll. Sifat-sifat ini menentukan evolusi sonogels pada pemrosesan lebih lanjut dan struktur bahan akhir. . [Blanco dkk. 1999]
Suslick dan Price (1999) menunjukkan bahwa iradiasi ultrasonik dari Si (OC₂H₅)₄ dalam air dengan katalis asam memproduksi silika "sonogel". Dalam persiapan konvensional gel silika dari Si (OC₂H₅)₄, etanol adalah co-solvent yang umum digunakan karena kelarutan non-Si (OC ₂H₅)₄ dalam air. Penggunaan pelarut tersebut sering bermasalah karena dapat menyebabkan retak selama tahap pengeringan. Ultrasonikasi menyediakan pencampuran yang sangat efisien sehingga co-solvent mudah yang menguap seperti etanol dapat dihindari. Hal ini menghasilkan silika sono-gel yang ditandai dengan kerapatan yang lebih tinggi daripada gel yang diproduksi secara konvensional. [Suslick et al. 1999, 319f.]
Aerogel konvensional terdiri dari matriks dengan kepadatan rendah dengan pori-pori kosong yang besar. The sonogels, sebaliknya, memiliki porositas yang lebih baik dan pori-pori cukup berbentuk bola, dengan permukaan yang halus. Lekuk yang lebih besar dari 4 di daerah sudut tinggi yang menunjukkan fluktuasi kerapatan elektronik penting pada batas matriks pori [Rosa-Fox et al. 1990].
Gambar dari permukaan sampel bubuk menunjukkan dengan jelas bahwa dengan menggunakan gelombang ultrasonik akan mengakibatkan keseragaman yang lebih besar dalam ukuran rata-rata partikel dan mengakibatkan partikel yang lebih kecil. Karena sonikasi, maka ukuran rata-rata partikel menurun Kira-kira. 3 nm. [Milani et al. 2011]
Efek positif ultrasound terbukti dalam berbagai penelitian. Misalnya, laporkan Neppolian et al. Dalam pekerjaan mereka pentingnya dan keuntungan dari ultrasonikasi dalam modifikasi dan peningkatan sifat fotokatalitik partikel TiO2 berukuran nano mesopori.[Neppolian et al. 2008]

Nanocoating via reaksi sol-gel ultrasonik

Nanocoating berarti menutupi material dengan lapisan nano atau cakupan entitas berukuran nano. Dengan demikian struktur encapsulated atau inti-shell diperoleh. Komposit nano semacam itu memiliki sifat kinerja fisik dan kimia yang tinggi karena karakteristik spesifik dan / atau penataan efek komponen yang dikombinasikan.
Sebagai contoh, prosedur pelapisan dari partikel timah oksida indium (ITO) akan demonstrasikan. Partikel ITO dilapisi dengan silika dalam proses dua langkah, seperti yang ditunjukkan dalam studi Chen (2009). Pada tahap kimia pertama, bubuk timah oksida indium mengalami pengolahan dasar melalui aminosilan. Langkah kedua adalah lapisan silika dilakukan dibawah ultrasonikasi. Untuk memberikan contoh spesifik dari sonikasi dan pengaruhnya, langkah proses yang dibuat dalam penelitian Chen, diringkas sebagai berikut di bawah ini:
Tipikal proses untuk langkah ini adalah sebagai berikut: GPG 10g dicampur perlahan dengan 20g air yang diasamkan dengan asam hidroklorida (HCl) (pH = 1,5). 4g bubuk dari pengolahan aminosilane tersebut kemudian ditambahkan ke dalam campuran, yang terkandung dalam botol kaca 100ml. Botol itu kemudian ditempatkan di bawah probe sonikator untuk irradiasi ultrasound yang kontinu dengan daya keluaran 60W atau lebih.
Reaksi sol-gel dimulai setelah kira-kira irradiasi ultrasound 2-3 menit, dimana busa putih dihasilkan, karena pelepasan alkohol pada hidrolisis ekstensif propiltrimetoksisilan GLYMO (3- 3,2-Epoxypropoxy). Sonikasi diaplikasikan selama 20 menit, setelah itu larutan diaduk selama beberapa jam lagi. Setelah proses selesai, partikel dikumpulkan dengan sentrifugasi dan dicuci berulang kali dengan air kemudian dikeringkan untuk dikarakterisasi atau disimpan dalam air atau pelarut organik. [Chen 2009, p.217]