თერმოელექტრული ნანო-ფხვნილების ულტრაბგერითი დაფქვა

• კვლევამ აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი დაფქვა შეიძლება წარმატებით იქნას გამოყენებული თერმოელექტრული ნანონაწილაკების დასამზადებლად და აქვს ნაწილაკების ზედაპირების მანიპულირების პოტენციალი.
• ულტრაბგერითი დაფქული ნაწილაკები (მაგ. Bi₂თე₃დაფუძნებული შენადნობი) აჩვენა ზომის მნიშვნელოვანი შემცირება და წარმოებული ნანო ნაწილაკები 10 μm-ზე ნაკლები.
• გარდა ამისა, sonication წარმოქმნის მნიშვნელოვან ცვლილებებს ნაწილაკების ზედაპირის მორფოლოგიაში და ამით საშუალებას აძლევს მიკრო და ნანო ნაწილაკების ზედაპირის ფუნქციონირებას.

თერმოელექტრული ნანონაწილაკები

თერმოელექტრული მასალები გარდაქმნის სითბოს ენერგიას ელექტრო ენერგიად Seebeck-ისა და Peltier ეფექტის საფუძველზე. ამგვარად შესაძლებელი ხდება ძნელად გამოსაყენებელი ან თითქმის დაკარგული თერმული ენერგიის ეფექტურად გადაქცევა პროდუქტიულ გამოყენებად. ვინაიდან თერმოელექტრული მასალები შეიძლება შევიდეს ახალ პროგრამებში, როგორიცაა ბიოთერმული ბატარეები, მყარი მდგომარეობის თერმოელექტრული გაგრილება, ოპტოელექტრონული მოწყობილობები, სივრცე და საავტომობილო ენერგიის გამომუშავება, კვლევა და ინდუსტრია ეძებს მარტივ და სწრაფ ტექნიკას ეკოლოგიურად სუფთა, ეკონომიური და მაღალი წარმოებისთვის. ტემპერატურის მდგრადი თერმოელექტრული ნანონაწილაკები. ულტრაბგერითი დაფქვა ასევე ქვემოდან ზევით სინთეზი (სონო-კრისტალიზაცია) არის პერსპექტიული მარშრუტები თერმოელექტრული ნანომასალების სწრაფი მასობრივი წარმოებისკენ.

ულტრაბგერითი milling აღჭურვილობა

ბისმუტის ტელურიდის ნაწილაკების ზომის შემცირებისთვის (Bi₂თე₃), მაგნიუმის სილიციდი (მგ₂Si) და სილიკონის (Si) ფხვნილი, მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი სისტემა UIP1000hdT (1kW, 20kHz) გამოიყენებოდა ღია ჭიქაში. ყველა ცდისთვის ამპლიტუდა დაყენებული იყო 140 μm-ზე. ნიმუშის ჭურჭელი გაცივებულია წყლის აბაზანაში, ტემპერატურა კონტროლდება თერმო-წყვილით. ღია ჭურჭელში გაჟონვის გამო, გაგრილება გამოიყენებოდა, რათა თავიდან აიცილოთ აორთქლება საღეჭი ხსნარები (მაგ., ეთანოლი, ბუტანოლი ან წყალი).

(ა) ექსპერიმენტული დაყენების სქემატური დიაგრამა. ბ) ულტრაბგერითი საღეჭი აპარატი. წყარო: მარკეს-გარსია და სხვ. 2015 წელი.

ულტრაბგერითი დაფქვა მხოლოდ 4 საათის განმავლობაში Bi₂თე₃- შენადნობი უკვე მიღებულია ნანონაწილაკების მნიშვნელოვანი რაოდენობით, ზომით 150-დან 400 ნმ-მდე. გარდა ზომის შემცირებისა ნანო დიაპაზონში, სონიკაციამ ასევე გამოიწვია ზედაპირის მორფოლოგიის ცვლილება. B, c და d ქვემოთ მოცემულ სურათზე SEM გამოსახულებები აჩვენებს, რომ ნაწილაკების მკვეთრი კიდეები ულტრაბგერითი დაფქვის წინ გახდა გლუვი და მრგვალი ულტრაბგერითი დაფქვის შემდეგ.

Bi2Te3-ზე დაფუძნებული შენადნობის ნაწილაკების ზომის განაწილება და SEM გამოსახულებები ულტრაბგერითი დაფქვამდე და მის შემდეგ. ა – ნაწილაკების ზომის განაწილება; ბ – SEM გამოსახულება ულტრაბგერითი დაფქვის წინ; გ – SEM გამოსახულება ულტრაბგერითი დაფქვის შემდეგ 4 საათის განმავლობაში; დ – SEM სურათი ულტრაბგერითი დაფქვის შემდეგ 8 საათის განმავლობაში.
წყარო: მარკეს-გარსია და სხვ. 2015 წელი.

იმის დასადგენად, მიიღწევა თუ არა ნაწილაკების ზომის შემცირება და ზედაპირის მოდიფიკაცია ულტრაბგერითი დაფქვით, მსგავსი ექსპერიმენტები ჩატარდა მაღალი ენერგიის ბურთიანი წისქვილის გამოყენებით. შედეგები ნაჩვენებია ნახ. 3-ში. აშკარაა, რომ 200-800 ნმ ნაწილაკები წარმოიქმნა ბურთის დაფქვით 48 საათის განმავლობაში (12-ჯერ მეტი ვიდრე ულტრაბგერითი დაფქვი). SEM აჩვენებს, რომ Bi-ს მკვეთრი კიდეები₂თე₃- შენადნობის ნაწილაკები დაფქვის შემდეგ არსებითად უცვლელი რჩება. ეს შედეგები მიუთითებს იმაზე, რომ გლუვი კიდეები ულტრაბგერითი დაფქვის უნიკალური მახასიათებლებია. ასევე აღსანიშნავია დროის დაზოგვა ულტრაბგერითი დაფქვით (4 სთ და 48 სთ ბურთით დაფქვით).

ნაწილაკების ზომის განაწილება და Mg2Si-ს SEM გამოსახულებები ულტრაბგერითი დაფქვის წინ და შემდეგ. (ა) ნაწილაკების ზომის განაწილება; (ბ) SEM გამოსახულება ულტრაბგერითი დაფქვის წინ; (გ) SEM გამოსახულება ულტრაბგერითი დაფქვის შემდეგ 50% PVP–50% EtOH 2 საათის განმავლობაში.
წყარო: მარკეს-გარსია და სხვ. 2015 წელი.

მარკეს-გარსია და სხვ. (2015) ასკვნიან, რომ ულტრაბგერითი დაფქვით შეიძლება ბი₂თე₃ და Mg₂Si ფხვნილი პატარა ნაწილაკებად გადაიქცევა, რომელთა ზომები მერყეობს 40-დან 400 ნმ-მდე, რაც მიუთითებს ნანონაწილაკების სამრეწველო წარმოების პოტენციურ ტექნიკაზე. მაღალენერგიულ ბურთთან შედარებით, ულტრაბგერითი ფრეზს აქვს ორი უნიკალური მახასიათებელი:

1. 1. ნაწილაკების ზომის უფსკრულის წარმოქმნა, რომელიც გამოყოფს თავდაპირველ ნაწილაკებს ულტრაბგერითი დაფქვით წარმოქმნილი ნაწილაკებისგან; და
2. 2. ულტრაბგერითი დაფქვის შემდეგ შესამჩნევია ზედაპირის მორფოლოგიაში მნიშვნელოვანი ცვლილებები, რაც მიუთითებს ნაწილაკების ზედაპირებზე მანიპულირების შესაძლებლობაზე.

დასკვნა

უფრო მძიმე ნაწილაკების ულტრაბგერითი დაფქვა მოითხოვს ზეწოლის ქვეშ ზეწოლის გამომუშავებას ინტენსიური კავიტაციის შესაქმნელად. გაჟღენთვა ამაღლებული წნევის ქვეშ (ე.წ. მანოსონიზაცია) მკვეთრად ზრდის ნაწილაკების ათვლის ძალებს და სტრესს.
უწყვეტი inline sonication დაყენების საშუალებას იძლევა უფრო მაღალი ნაწილაკების დატვირთვა (პასტის მსგავსი slury), რომელიც აუმჯობესებს დაფქვის შედეგებს, რადგან ულტრაბგერითი ფრეზი დაფუძნებულია ნაწილაკებს შორის შეჯახებაზე.
Sonication დისკრეტული რეცირკულაციის პარამეტრებში საშუალებას იძლევა უზრუნველყოს ყველა ნაწილაკების ერთგვაროვანი დამუშავება და, შესაბამისად, ნაწილაკების ზომის ძალიან ვიწრო განაწილება.

ულტრაბგერითი დაფქვის მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ ტექნოლოგია ადვილად შეიძლება გაიზარდოს დიდი რაოდენობით წარმოებისთვის - კომერციულად ხელმისაწვდომი, მძლავრი სამრეწველო ულტრაბგერითი ქარხანა შეუძლია გაუმკლავდეს 10 მ-მდე რაოდენობას.³/სთ.

ულტრაბგერითი დაფქვის უპირატესობები

• სწრაფი, დროის დაზოგვა
• Ენერგორენტაბელურობა
• განმეორებადი შედეგები
• არ არის საღეჭი მედია (მძივების ან მარგალიტის გარეშე)
• დაბალი საინვესტიციო ღირებულება

მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი

ულტრაბგერითი დაფქვისთვის საჭიროა მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი მოწყობილობა. ინტენსიური კავიტაციური ათვლის ძალების წარმოქმნის მიზნით, გადამწყვეტია მაღალი ამპლიტუდები და წნევა. Hielscher ულტრაბგერითი’ სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორებს შეუძლიათ ძალიან მაღალი ამპლიტუდის მიწოდება. 200 μm-მდე ამპლიტუდის ადვილად გაშვება შესაძლებელია 24/7 მუშაობისას. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია მორგებული ულტრაბგერითი სონოტროდები. Hielscher-ის ზეწოლის ქვეშ მყოფი ნაკადის რეაქტორებთან ერთად, იქმნება ძალიან ინტენსიური კავიტაცია, რათა მოხდეს ინტერმოლეკულური კავშირების გადალახვა და ეფექტური დაფქვის ეფექტის მიღწევა.
Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა იძლევა 24/7 მუშაობის საშუალებას მძიმე მოვალეობასა და მომთხოვნ გარემოში. ციფრული და დისტანციური მართვა, ასევე მონაცემთა ავტომატური ჩაწერა ჩაშენებულ SD ბარათზე უზრუნველყოფს ზუსტ დამუშავებას, რეპროდუცირებად ხარისხს და იძლევა პროცესის სტანდარტიზაციას.

Hielscher მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითების უპირატესობები

• ძალიან მაღალი ამპლიტუდები
• მაღალი წნეხები
• უწყვეტი შიდა პროცესი
• ძლიერი აღჭურვილობა
• ხაზოვანი მასშტაბირება
• შენახვა და მარტივი მუშაობა
• ადვილად გასაწმენდი