Hielscher Ultrasonics
Saremo lieti di discutere il vostro processo.
Chiamateci: +49 3328 437-420
Inviateci una mail: info@hielscher.com

Macinazione a ultrasuoni di nano-polveri termoelettriche

  • La ricerca ha dimostrato che la fresatura a ultrasuoni può essere utilizzata con successo per la fabbricazione di nanoparticelle termoelettriche e ha il potenziale per manipolare le superfici delle particelle.
  • Particelle macinate ad ultrasuoni (ad es. Bi2Te3-a base di leghe) ha mostrato una significativa riduzione delle dimensioni e ha prodotto nano-particelle con dimensioni inferiori a 10 µm.
  • Inoltre, la sonicazione produce cambiamenti significativi della morfologia superficiale delle particelle e consente di funzionalizzare la superficie di micro e nano particelle.

nanoparticelle termoelettriche

I materiali termoelettrici convertono l'energia termica in energia elettrica grazie all'effetto Seebeck e Peltier. In questo modo è possibile trasformare efficacemente l'energia termica difficilmente utilizzabile o quasi persa in applicazioni produttive. Poiché i materiali termoelettrici possono essere utilizzati in nuove applicazioni come le batterie biotermiche, il raffreddamento termoelettrico a stato solido, i dispositivi optoelettronici, lo spazio e la generazione di energia automobilistica, la ricerca e l'industria sono alla ricerca di tecniche facili e rapide per produrre nanoparticelle termoelettriche rispettose dell'ambiente, economiche e stabili alle alte temperature. fresatura a ultrasuoni così come la sintesi dal basso verso l'alto (sono-cristallizzazione) sono le vie promettenti per una rapida produzione di massa di nanomateriali termoelettrici.

Apparecchiature di fresatura a ultrasuoni

Per la riduzione delle dimensioni delle particelle di tellururo di bismuto (Bi2Te3), siliciuro di magnesio (Mg2Si) e polvere di silicio (Si), il sistema ad ultrasuoni ad alta intensità UIP1000hdT (1kW, 20kHz) in un becher aperto. Per tutte le prove l'ampiezza è stata impostata a 140µm. Il recipiente del campione è raffreddato in un bagno d'acqua, la cui temperatura è controllata da una termocoppia. A causa della sonicazione in un recipiente aperto, il raffreddamento è stato utilizzato per evitare l'evaporazione delle soluzioni di macinazione (ad esempio, etanolo, butanolo o acqua).

La fresatura a ultrasuoni viene utilizzata con successo per ridurre i materiali termoelettrici in nano-particelle.

(a) Schema del setup sperimentale. (b) Apparecchiatura di fresatura a ultrasuoni. fonte: Marquez-Garcia et al. 2015.

UIP2000hdT - un ultrasuonatore da 2000W ad alte prestazioni per la macinazione industriale di nano particelle.

UIP2000hdT con reattore a cella a flusso pressurizzabile

Richiesta informazioni







Fresatura a ultrasuoni per sole 4 ore di Bi2Te3-La lega ha già prodotto una quantità sostanziale di nanoparticelle con dimensioni comprese tra 150 e 400 nm. Oltre alla riduzione delle dimensioni all'intervallo nanometrico, la sonicazione ha portato anche a un cambiamento della morfologia superficiale. Le immagini SEM nelle figure b, c e d mostrano che i bordi taglienti delle particelle prima della fresatura a ultrasuoni sono diventati lisci e rotondi dopo la fresatura a ultrasuoni.

Fresatura a ultrasuoni di nanoparticelle di lega a base di Bi2Te3.

Distribuzione granulometrica e immagini SEM della lega a base di Bi2Te3 prima e dopo la macinazione a ultrasuoni. a – Distribuzione granulometrica; b – Immagine SEM prima della fresatura ad ultrasuoni; c – Immagine SEM dopo la macinazione ad ultrasuoni per 4 ore; d – Immagine SEM dopo la macinazione a ultrasuoni per 8 ore.
fonte: Marquez-Garcia et al. 2015.

Per determinare se la riduzione delle dimensioni delle particelle e la modifica della superficie sono ottenute in modo unico dalla macinazione a ultrasuoni, sono stati condotti esperimenti simili utilizzando un mulino a sfere ad alta energia. I risultati sono riportati nella Fig. 3. È evidente che le particelle di 200-800 nm sono state prodotte dalla macinazione a sfere per 48 ore (12 volte più a lungo della macinazione a ultrasuoni). Il SEM mostra che i bordi taglienti delle particelle di Bi2Te3-Le particelle di lega rimangono sostanzialmente invariate dopo la fresatura. Questi risultati indicano che i bordi lisci sono caratteristiche uniche della macinazione a ultrasuoni. Anche il risparmio di tempo ottenuto con la macinazione a ultrasuoni (4 ore contro 48 ore di macinazione a sfere) è notevole.

Fresatura a ultrasuoni di Mg2Si.

Distribuzione granulometrica e immagini SEM di Mg2Si prima e dopo la macinazione a ultrasuoni. (a) Distribuzione granulometrica; (b) immagine SEM prima della macinazione a ultrasuoni; (c) immagine SEM dopo la macinazione a ultrasuoni in 50% PVP-50% EtOH per 2 h.
fonte: Marquez-Garcia et al. 2015.

Marquez-Garcia et al. (2015) concludono che la fresatura a ultrasuoni può degradare il Bi2Te3 e Mg2Si in particelle più piccole, le cui dimensioni variano da 40 a 400 nm, suggerendo una tecnica potenziale per la produzione industriale di nanoparticelle. Rispetto alla macinazione a sfere ad alta energia, la macinazione a ultrasuoni presenta due caratteristiche uniche:

  1. 1. la presenza di un gap granulometrico che separa le particelle originali da quelle prodotte dalla macinazione a ultrasuoni; e
  2. 2. dopo la fresatura a ultrasuoni si notano cambiamenti sostanziali nella morfologia superficiale, il che indica la possibilità di manipolare le superfici delle particelle.

Conclusione

La fresatura a ultrasuoni di particelle più dure richiede la sonicazione sotto pressione per generare un'intensa cavitazione. La sonicazione a pressione elevata (la cosiddetta manosonicazione) aumenta drasticamente le forze di taglio e le sollecitazioni sulle particelle.
Una configurazione di sonicazione in linea continua consente un carico di particelle più elevato (impasto simile a una pasta), che migliora i risultati della macinazione, poiché la macinazione a ultrasuoni si basa sulla collisione tra le particelle.
La sonicazione in una configurazione a ricircolo discreto consente di garantire un trattamento omogeneo di tutte le particelle e quindi una distribuzione granulometrica molto ristretta.

Uno dei principali vantaggi della fresatura a ultrasuoni è che la tecnologia può essere facilmente scalata per la produzione di grandi quantità: la potente fresatura industriale a ultrasuoni disponibile in commercio può gestire quantità fino a 10m3/h.

Vantaggi della fresatura a ultrasuoni

  • Rapidità e risparmio di tempo
  • Risparmio energetico
  • risultati riproducibili
  • Nessun mezzo di macinazione (niente perle o perline)
  • Basso costo di investimento

Ultrasuonatori ad alte prestazioni

La fresatura a ultrasuoni richiede apparecchiature a ultrasuoni di elevata potenza. Per generare intense forze di taglio cavitazionali, sono fondamentali ampiezze e pressioni elevate. Hielscher Ultrasonics’ I processori industriali a ultrasuoni possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuo, 24 ore su 24 e 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. In combinazione con i reattori a flusso pressurizzato di Hielscher, si crea una cavitazione molto intensa che consente di superare i legami intermolecolari e di ottenere efficienti effetti di macinazione.
La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili. Il controllo digitale e remoto, nonché la registrazione automatica dei dati su una scheda SD integrata, assicurano una lavorazione precisa, una qualità riproducibile e consentono la standardizzazione del processo.

Vantaggi degli Ultrasuonatori Hielscher ad alte prestazioni

  • ampiezze molto elevate
  • alte pressioni
  • processo continuo in linea
  • attrezzatura robusta
  • Scalabilità lineare
  • risparmiare e facile da usare
  • Facile da pulire

Contattateci! / Chiedi a noi!

Richiedi maggiori informazioni

Utilizzate il modulo sottostante per richiedere ulteriori informazioni sull'omogeneizzazione a ultrasuoni. Saremo lieti di offrirvi un sistema a ultrasuoni che soddisfi le vostre esigenze.









Si prega di notare il nostro Informativa sulla privacy.




Hielscher Ultrasonics produce ultrasuonatori ad alte prestazioni per le applicazioni di chimica del suono.

Processori a ultrasuoni ad alta potenza, dal laboratorio alla scala pilota e industriale.

Letteratura/riferimenti

  • Marquez-Garcia L., Li W., Bomphrey J.J., Jarvis D.J., Min G. (2015): Preparazione di nanoparticelle di materiali termoelettrici mediante fresatura a ultrasuoni. Journal of Electronic Materials 2015.


Particolarità / Cose da sapere

Effetto termoelettrico

I materiali termoelettrici sono caratterizzati dal fatto di mostrare l'effetto termoelettrico in una forma forte o conveniente, utilizzabile. L'effetto termoelettrico si riferisce ai fenomeni per cui una differenza di temperatura crea un potenziale elettrico o un potenziale elettrico crea una differenza di temperatura. Questi fenomeni sono noti come effetto Seebeck, che descrive la conversione della temperatura in corrente, effetto Peltier, che descrive la conversione della corrente in temperatura, ed effetto Thomson, che descrive il riscaldamento/raffreddamento del conduttore. Tutti i materiali hanno un effetto termoelettrico non nullo, ma nella maggior parte dei materiali è troppo piccolo per essere utile. Tuttavia, i materiali a basso costo che mostrano un effetto termoelettrico sufficientemente forte e altre proprietà necessarie per renderli applicabili, possono essere utilizzati in applicazioni come la generazione di energia e la refrigerazione. Attualmente, il tellururo di bismuto (Bi2Te3) è ampiamente utilizzato per il suo effetto termoelettrico

Saremo lieti di discutere il vostro processo.

Mettiamoci in contatto.