超音波沈殿法
バックグラウンド
近年の中では、ナノ粒子は、そのようなコーティング、ポリマー、インク、医薬品やエレクトロニクスなど、多くの分野で重要性を増し。ナノ材料の使用に影響を与える重要な要因の1つは、ナノ材料のコストです。したがって、大量でナノ材料を製造するためのコスト効率の高い方法が必要とされます。処理している間、のような 乳化 及び粉砕処理されています トップダウンプロセス沈殿は、液体からナノサイズ粒子の合成のためのボトムアッププロセスです。降水量が含まれます。
- 少なくとも二つの液体の混合
- 過飽和
- 核
- 粒子成長
- 凝集
（典型的には低固形分濃度によって、または安定化剤によって回避）
混合
混合は沈殿の必須ステップであり、大部分の沈殿プロセスのように化学反応の速度は非常に速い。一般に、撹拌槽反応器（バッチ式または連続式）、静的またはローター - ステーターミキサーが沈殿反応に使用されています。プロセス容積内の混合パワーおよびエネルギーの不均質な分布は、合成されたナノ粒子の品質を制限する。この欠点は、反応器容積が増加するにつれて増加する。高度なミキシング技術と影響力のあるパラメータに対する優れたコントロールにより、パーティクルが小さくなり、粒子の均一性が向上します。
衝突ジェット、マイクロチャンネルミキサー、又はテイラー・クエット反応器の使用用途は、混合強度及び均一性を向上させます。これは、短い混合時間につながります。しかし、これらの方法は、それをスケールアップされる可能性を制限されています。
超音波は、スケールアップの制限なしに、より高い剪断及び攪拌エネルギーを提供する高度な混合技術です。また、このような独立電源入力、反応器設計、滞留時間は、粒子、または反応物の濃度として支配するパラメータを制御することができません。超音波キャビテーションは激しいマイクロ混合を誘導し、局所的に高い電力を消費します。
マグネタイトナノ粒子の沈殿
沈殿に超音波の適用は、で実証されました ICVT（TUクラウス） によって Banertら。 （2006年） マグネタイトナノ粒子。 、沈殿剤：鉄溶液、2フィード：Banert（右画像、飼料1が最適化ソノ化学反応器を使用しました 拡大するにはクリックしてください！）マグネタイトナノ粒子を生成します “鉄のモル比を有する鉄の水溶液を共沈（III）六水和物と硫酸鉄（II）七水和物により3+/鉄2+ = 2：1。流体力学的事前混合及びマクロ混合が重要であり、超音波マイクロ混合に寄与するように、反応器の幾何学的形状と送り管の位置は、処理結果を支配する重要な因子です。自分の仕事には、 Banertら。 異なる原子炉の設計を比較しました。リアクタチャンバの改良された設計は、5倍に必要な特定のエネルギーを低減することができます。
鉄溶液をそれぞれ濃水酸化アンモニウム及び水酸化ナトリウムで沈殿させます。任意のpH勾配を回避するために、沈殿剤を過剰に圧送されなければなりません。マグネタイトの粒径分布は、光子相関分光法（PCSを用いて測定されています マルバーンナノサイザーZS、マルバーン社）。”
超音波処理せずに、45nmの平均粒径の粒子は、単独で流体力学的に混合することによって製造しました。超音波混合が10nmの及び以下に、得られた粒子サイズを減少させました。以下の図は、Feの粒径分布を示しています3ザ・4 連続超音波沈殿反応で生成した粒子（Banertら、2004）。
次のグラフィック（Banertら、2006）は、特定のエネルギー入力の関数としての粒子サイズを示します。
“図は、3人の主要な体制に分けることができます。約1000キロジュール/キログラム以下にFe 3 O 4 混合は、流体力学的効果によって制御されます。粒子の大きさは約40〜50ナノメートルになります。 1000年の上キロジュール/超音波混合の効果が見えるようになるkgです。粒子サイズは10nmで以下に減少します。特定の電力入力のさらなる増加に伴って粒径が大きさの同じ順序のままです。混合は、均質な核形成を可能にするのに十分に高速です。”
文献
Banert、T.、ホルスト、C.、クンツ、U.、Peuker、U. A. （2004）、Ultraschalldurchflußreaktorにおける連続沈澱2004 GVC年次総会で発表された鉄（II、III）酸化物、ICVT、TU-クラウス、ポスターの例。
Banert、T.、ブレンナー、G.、Peuker、U. A. （2006）、連続ソノ化学沈殿反応、PROCの動作パラメータ。 5. WCPT、オーランドフロリダ。、23 - 27。 2006年4月。