Sonofragmentationは、高出力超音波によるナノサイズの断片への粒子の破損を記述する。一般的な超音波解凝集やフライスとは対照的に、 – 粒子は主に粉砕し、粒子間の衝突によって分離されます – 、ソノfragementationは、粒子と衝撃波の間の直接的な相互作用によって区別されます。ハイパワー/低周波数の超音波は、液体中のキャビテーション、それによって激しいせん断力を作成します。キャビテーションバブル崩壊とinterparticular衝突の極端な条件は、粒子に非常に細かいサイズの材料を挽きます。

超音波生産とナノ粒子の調製

ナノ材料の製造のためのパワー超音波の影響はよく知られている：分散、解凝集及びフライス & 研削と同様に超音波処理による断片化は、多くの場合、治療のための唯一の有効な方法であります ナノ粒子。それは、ナノサイズのユニークな粒子特性が発現されると同様に特別funcionalitiesと、非常に微細なナノ材料になると、これは特にそうです。特定の機能を有するナノ材料を作成するには、偶数と信頼性の高い超音波処理プロセスが保証されなければなりません。ヒールシャーは、完全な商業生産サイズに実験室規模から超音波機器を提供しています。

キャビテーションによってソノフラグメンテーション

液体への強力な超音波力の入力は、極端な条件を作成します。超音波は液体媒体を伝播するとき、超音波は、圧縮と希薄サイクル（高圧と低圧サイクル）を交互につながります。低圧サイクルの間に、小さな真空気泡が液体中に生じます。これら キャビテーション 彼らはより多くのエネルギーを吸収することはできませんサイズを達成するまで、気泡がいくつかの低圧力サイクルにわたって成長します。最大のこの状態で激しくエネルギーと気泡サイズ、キャビテーション気泡の崩壊を吸収し、局部的に極端な条件を作成します。の爆縮のために キャビテーション 気泡、約20℃の非常に高い温度。約5000Kの圧力および約5〜 2000年にはローカルに到達する。爆縮の結果、最大280m / s（約1000km / h）の速度の液体ジェットが得られる。ソノ断片化は、サブミクロンおよびナノ範囲のより小さい寸法に粒子を断片化するために、これらの強い力の使用を記載する。進行する超音波処理により、粒子の形状は角から球に変わり、粒子をより価値のあるものにします。ソノフラグメント化の結果は、投入量、超音波処理された体積および凝集体のサイズの関数として記述された断片化速度として表される。
Kusters et al. (1994) は、エネルギー消費量に関連して凝集体の超音波支援断片化を調査した。研究者の結果は、「超音波分散技術は、従来の粉砕技術と同じくらい効率的であることを示しています。超音波分散の産業慣行(例えば、より大きなプローブ、懸濁液の連続的なスループット)は、これらの結果を幾分変えるかもしれませんが、過剰に特定のエネルギー消費がこのコミュニトロンの選択の理由ではないと予想されます。技術ではなく、むしろ非常に微細な(サブミクロン)粒子を生成する能力。[クスターズら 1994]特に、このような浸食粉末用 シリカ 又はジルコニア、ユニット粉末質量あたりに必要な特定のエネルギーは、従来の粉砕方法と比べて、超音波粉砕により低いことが見出されました。超音波は、粉砕及び粉砕することによってだけでなく、固体を研磨することによってだけでなく、粒子に影響を与えます。これにより、粒子の高い球形度を達成することができます。

ナノ材料の結晶化のためのソノフラグメンテーション

粒子間の衝突は、超音波を照射した分子結晶のスラリー中に発生したことはほとんど疑いがあるが」、彼らは断片化の主な原因ではありません。分子結晶とは対照的に、金属粒子を直接衝撃波によって損傷されないだけより強い（しかしまれはるか）粒子間の衝突によって影響を受けることができます。アスピリンスラリー対金属粉末の超音波処理のための支配的な機構のシフトが可鍛性金属粒子と脆い分子結晶の特性の違いを強調する。「[Zeiger / Suslick 2011 14532]

アスピリン粒子のSonofragmentation [2011 / Suslick Zeiger]

Gopi et al. (2008) (2008) は、ソノフラグメント化を用いてマイクロメートルサイズの飼料(例えば、70〜80μm)からの高純度サブマイクロメートルアルミナセラミック粒子(主にサブ100nmの範囲)の製造を調査した。彼らは、ソノ断片化の結果として、アルミナセラミック粒子の色と形状に有意な変化を観察した。ミクロン、サブミクロン、ナノサイズの粒子は、高出力超音波処理により容易に得ることができます。粒子の球状は、音響分野での保持時間の増加に伴って増加した。

界面活性剤で分散

効果的な超音波粒子の破損に、界面活性剤の使用は、得られたサブミクロンおよびナノサイズ粒子の解凝集を防止するために不可欠です。より小さな粒径、懸濁液中にそれらを維持し、粒子のcoagualation（凝集）を回避するために、界面活性剤で被覆されなければならない表面積の高いapect比。超音波の利点は、分散効果を産む：その凝集がOFT彼が（ほぼ）完全に回避される粒子がnanoに同時に粉砕および断片化、超音波は、界面活性剤と研磨粒子フラグメントを分散させました。

鉱工業生産

異常な機能を表現する高品質のナノ材料で市場にサービスを提供するには、信頼性の高い処理装置が必要です。クラスタ化可能なユニット当たり最大16kWの超音波装置は、事実上無制限のボリュームストリームの処理を可能にします。超音波プロセスの完全なリニアなスケーラビリティのために、超音波アプリケーションは実験室でリスクフリーでテストすることができ、ベンチトップスケールで最適化され、問題なく生産ラインに導入されます。超音波装置は大きなスペースを必要としないので、既存のプロセスストリームに後付けすることさえ可能である。操作は簡単で、遠隔操作で監視して実行できますが、超音波システムのメンテナンスはほとんど無視できます。

超音波フライス加工の前後にBi2Te3ベースの合金の粒度分布とSEM画像。A – 粒子サイズ分布;B – 超音波フライス加工の前にSEM画像;C – 4時間の超音波フライス加工後のSEM画像;D – 8時間の超音波粉砕後のSEM画像。
出典:マルケス・ガルシアら 2015.

文献 / 参考文献