Hielscher 초음파 기술

Sonofragmentation - 입자 파손에 대한 전력 초음파의 영향

Sonofragmentation은 고출력 초음파에 의해 나노 크기의 조각으로 입자가 파손되는 것을 설명합니다. 일반적인 초음파 대변형 및 밀링과는 대조적으로 – 입자가 주로 분쇄되고 입자 간 충돌로 분리되는 곳 – , 소노 -fragementation입자와 충격파 사이의 직접적인 상호 작용에 의해 구별된다. 고출력/저주파 초음파는 캐비테이션을 생성하여 액체에 강렬한 전단력을 생성합니다. 캐비테이션 버블붕괴와 충돌의 극한 조건은 입자를 매우 미세한 크기의 물질로 분쇄합니다.

나노 입자의 초음파 생산 및 준비

나노 재료의 생산을위한 전력 초음파의 효과는 잘 알려져 있습니다 : 분산, 대강 변제 및 밀링 & 초음파 처리에 의한 분쇄뿐만 아니라 단편화는 종종 치료할 수 있는 유일한 효과적인 방법입니다. 나노 입자. 이는 나노 크기의 독특한 입자 특성과 같이 특별한 재미를 가진 매우 미세한 나노 물질에 관해서 특히 사실이다. 특정 기능을 갖춘 나노 소재를 만들려면 균일하고 신뢰할 수있는 초음파 처리가 보장되어야합니다. Hielscher는 실험실 규모에서 전체 상업 생산 크기에 초음파 장비를 공급합니다.

캐비테이션에 의한 소노 조각화

액체에 강력한 초음파를 입력하면 극한의 조건이 생성됩니다. 초음파가 액체 매체를 전파하면 초음파가 압축 및 희귀 사이클 (고압 및 저압 사이클)을 번갈아 가며 발생합니다. 저압 사이클 동안 액체에서 작은 진공 기포가 발생합니다. 이러한 캐비테이션 기포는 더 많은 에너지를 흡수할 수 없을 때 크기를 달성할 때까지 여러 저압 사이클에 걸쳐 자랍니다. 최대 흡수 에너지와 기포 크기의이 상태에서, 캐비테이션 버블격렬하게 붕괴하고 로컬 극단적 인 조건을 만듭니다. 의 파열로 인해 캐비테이션 기포, 약 5000K의 매우 높은 온도와 약 2000atm의 압력에 도달합니다. 파열로 인해 최대 280m/s(1000km/h) 속도의 액체 제트가 발생합니다. Sono-fragmentation은 서브 미론 및 나노 범위에서 더 작은 치수로 입자를 단편화하는 이러한 강렬한 힘의 사용을 설명합니다. 초음파 처리가 진행됨에 따라 입자 모양이 각도에서 구형으로 바뀌어 입자가 더 가치가 있습니다. 초음파 조각화의 결과는 전력 입력, 초음파 처리 된 볼륨 및 응집체의 크기로 감소되는 단편화 속도로 표현됩니다.
Kusters et al. (1994)는 에너지 소비와 관련하여 응집체의 초음파 보조 단편화를 조사했습니다. 연구원의 결과는 "초음파 분산 기술이 기존의 연삭 기술만큼 효율적일 수 있음을 나타냅니다. 초음파 분산의 산업 관행 (예 : 더 큰 프로브, 현탁액의 지속적인 처리량)은 이러한 결과를 다소 변경할 수 있지만, 특정 에너지 소비가이 comminutron을 선택하는 이유는 아닐 것으로 예상됩니다. 기술보다는 오히려 매우 미세한 (서브 미크로네) 입자를 생산하는 능력." [쿠스터스 외. 1994] 특히 같은 침식 분말에 대 한 규토 또는 지르코니아, 단위 분말 질량당 요구되는 특정 에너지는 기존의 연삭 방법보다 초음파 분쇄에 의해 더 낮은 것으로 나타났다. 초음파는 밀링 및 연삭뿐만 아니라 고체를 연마하여 입자에 영향을 미칩니다. 따라서, 입자의 높은 구도를 달성 할 수있다.

나노 물질의 결정화를위한 소노 단편화

"입자 간 충돌이 초음파로 조사 된 분자 결정의 슬러리에서 발생한다는 것은 의심의 여지가 없지만, 단편화의 지배적 인 원천은 아닙니다. 분자 결정과 는 달리, 금속 입자는 충격파에 의해 직접 손상되지 않으며 더 강렬한 (그러나 훨씬 드문) 입자 간 충돌에 의해서만 영향을 받을 수 있습니다. 금속 분말과 아스피린 슬러리의 초음파 처리에 대한 지배적 인 메커니즘의 변화는 가단 성 금속 입자와 부서지기 쉬운 분자 결정의 특성의 차이를 강조합니다." [자이거/서슬릭 2011, 14532]

아세틸살리실산 입자의 초음파 단편화

아스피린 입자의 소노 조각화 [Zeiger / Suslick 2011]

Gopi et al. (2008) sonofragmentation을 사용하여 마이크로 미터 크기의 피드 (예를 들어, 70-80 μm)에서 고순도 아루미나 세라믹 입자 (주로 100 nm 범위)의 제조를 조사했습니다. 그(것)들은 sono 단편화 결과로 알루미나 세라믹 입자의 색깔 그리고 모양에 있는 중요한 변경을 관찰했습니다. 미크로N, 서브 미론 및 나노 크기의 입자는 고출력 초음파 처리로 쉽게 얻을 수 있습니다. 입자의 구형성은 음향 장에서의 유지 시간이 증가함에 따라 증가했습니다.

계면 활성제의 분산

효과적인 초음파 입자 파손으로 인해, 계면활성제의 사용은 수득된 서브 미론 및 나노 크기의 입자의 탈증을 방지하는 데 필수적이다. 입자 크기가 작을수록 표면적의 apect 비율이 높아지며, 계면활성제로 덮여서 현탁액을 유지하고 입자의 응고 (응집)를 피해야합니다. 초음파의 장점은 분산 효과에 낳는다 : 동시에 분쇄 및 단편화에, 초음파는 나노 입자의 응집이 완전히 (거의) 계면 활성제로 연삭 입자 조각을 분산 피할.

산업 생산

뛰어난 기능을 표현하는 고품질 나노 소재로 시장에 서비스를 제공하려면 신뢰할 수있는 가공 장비가 필요합니다. 클러스터화 할 수있는 단위 당 최대 16kW의 초음파 는 사실상 무제한 볼륨 스트림을 처리 할 수 있습니다. 초음파 공정의 완전한 선형 확장성으로 인해 초음파 응용 분야는 실험실에서 위험없이 테스트되고 벤치 탑 스케일에 최적화 된 다음 생산 라인에 문제없이 구현 될 수 있습니다. 초음파 평형은 큰 공간을 필요로하지 않기 때문에 기존 공정 스트림으로 개조 할 수도 있습니다. 작동이 쉽고 원격 제어를 통해 모니터링하고 실행할 수 있지만 초음파 시스템의 유지 보수는 거의 무시 될 수 있습니다.

문학 / 참고 문헌

  • Ambedkar, B. (2012) : De-Ashing 및 De-Sulfurization을위한 초음파 석탄 세척 : 실험 조사 및 기계 론적 모델링. Springer, 2012.
  • 에더, 라파엘 제이 피; 슈랭크, 시몬; 베센하르트, 막시밀리안 O.; 로베그, 에바; 그루버-울플러, 하이드런; Khinast, 요하네스 G. (2012) : 아세틸살리실산 (ASA)의 지속적인 소결정화 : 결정 크기의 제어. 크리스탈 성장 & 디자인 12/10, 2012. 4733-4738.
  • 고피, K. R.; 나가라얀, R. (2008) : 나노 조각화를 사용하여 나노 알루미나 세라믹 입자 제조의 발전. 2008년 7월 5일 나노기술 IEEE 거래. 532-537.
  • 쿠스터스, 칼; 프라시니스, 소티리스 E.; 토마스, 스티븐 지; 스미스, 더글러스 M. (1994) : 초음파 단편화에 대한 에너지 크기 감소 법. 분말 기술 80, 1994. 253-263.
  • 자이거, 브래드 더블유; 수슬릭, 케네스 S. (2011) 분자 결정의 소노 라기. 미국 화학 협회의 저널. 2011년.

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Ultrasonic processing: Cavitational "hot spot" (확대하려면 클릭하십시오!)

초음파 sonotrode 액체로 음파를 전송합니다. 소노로드의 표면 아래 안개는 캐비테이션 핫스팟 영역.