Hielscher 초음파 기술

열전기 나노 분말의 초음파 밀링

  • 연구에 따르면 초음파 밀링은 열전 나노 입자의 제조에 성공적으로 사용될 수 있으며 입자의 표면을 조작 할 수있는 잠재력을 가지고 있습니다.
  • 초음파 밀링 입자(예: Bi)2Te-계합금)은 10μm 미만의 나노입자의 크기 감소 및 제조된 입자를 나타내었다.
  • 또한 초음파 처리는 입자의 표면 형태에 상당한 변화를 일으키고 마이크로 입자 및 나노 입자의 표면을 기능화할 수 있게 합니다.

 

열전 나노 입자

열전 재료는 Seebeck 및 Peltier 효과를 기반으로 열 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 따라서 거의 사용이 불가능하거나 거의 손실된 열 에너지를 생산적인 응용 분야로 효과적으로 전환할 수 있게 됩니다. 열전 재료는 생체 열 배터리, 고체 열전 냉각, 광전자 장치, 공간 및 자동차 발전과 같은 새로운 응용 분야에 포함될 수 있기 때문에 연구 및 산업은 허구와 신속한 연구를 찾고 있습니다. 환경 친화적이고 경제적이며 고온이 안정적인 열전 나노 입자를 생산하는 기술. 초음파 밀링 뿐만 아니라 상향식 합성 (소노 - 결정화)는 열전 나노 물질의 빠른 대량 생산에 유망한 경로를 제공합니다.

초음파 밀링 장비

비스무트 텔루라이드의 입자 크기 감소(Bi2Te), 마그네슘 실리세이드(Mg)2Si) 및 실리콘 (Si) 분말, 고강도 초음파 시스템 UIP1000hdT (1kW, 20kHz)를 개방 비커 셋업에 사용하였다. 모든 시험의 진폭은 140μm로 설정되었다. 샘플 용기는 수조에서 냉각되고 온도는 열 결합에 의해 제어됩니다. 개방 용기의 초음파 처리로 인해 냉각은 밀링 용액 (예를 들어, 에탄올, 부탄올 또는 물)의 증발을 방지하기 위해 사용되었다.

초음파 밀링은 열전 재료를 나노 입자로 줄이는 데 성공적으로 사용됩니다.

(a) 실험 설정의 회로도. (b) 초음파 밀링 장치. 출처: 마르케스 가르시아 외. 2015.

UIP2000hdT - 나노 입자의 산업 밀링을위한 2000W 고성능 초음파.

가압성 유동셀 반응기 UIP2000hdT

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우리의 주의 개인 정보 정책.


Bi 의 4시간용 초음파 밀링2Te- 합금은 이미 150 ~ 400 nm 사이의 크기의 상당한 양의 나노 입자를 산출했다. 나노 범위에 대한 크기 감소 외에도 초음파 처리는 표면 형태학의 변화를 초래했습니다. B, c 및 d 아래 그림의 SEM 이미지는 초음파 밀링 전에 입자의 날카로운 가장자리가 초음파 밀링 후 부드럽고 둥글게되었다는 것을 보여줍니다.

Bi2Te3 기반 합금 나노 입자의 초음파 밀링.

초음파 밀링 전후의 Bi2Te3 기반 합금의 입자 크기 분포 및 SEM 이미지. a. – 입자 크기 분포; B – 초음파 밀링 전에 SEM 이미지; C – 4 시간 동안 초음파 밀링 후 SEM 이미지; D – 8 시간 동안 초음파 밀링 후 SEM 이미지.
출처: 마르케스 가르시아 외. 2015.

입자 크기 감소 및 표면 변형이 초음파 밀링에 의해 유일하게 달성되는지 여부를 결정하기 위해 고에너지 볼 밀을 사용하여 유사한 실험을 수행했습니다. 결과는 도 3에 도시되어 있다. 200-800 nm 입자가 48 시간 (초음파 밀링보다 12 배 더 긴) 볼 밀링에 의해 생성된 것이 분명합니다. SEM은 Bi의 날카로운 모서리가2Te- 합금 입자는 밀링 후 본질적으로 변경되지 않습니다. 이러한 결과는 매끄러운 가장자리가 초음파 밀링의 독특한 특성임을 나타냅니다. 초음파 밀링 (4 시간 대 48 h 볼 밀링)에 의한 시간 절약도 주목할 만합니다.

Mg2Si의 초음파 밀링.

초음파 밀링 전후의 Mg2Si의 입자 크기 분포 및 SEM 이미지. (a) 입자 크기 분포; (b) 초음파 밀링 전에 SEM 이미지; (c) 2 시간 동안 50 % PVP - 50 % EtOH에서 초음파 밀링 후 SEM 이미지.
출처: 마르케스 가르시아 외. 2015.

마르케스 가르시아 외 (2015) 초음파 밀링이 Bi를 저하 시킬 수 있다는 결론을 내렸습니다.2Te 및 Mg2Si 분말은 40에서 400 nm범위의 작은 입자로 들어가나노 입자의 산업 생산을위한 잠재적 인 기술을 제안합니다. 고에너지 볼 밀링과 비교하여 초음파 밀링은 두 가지 고유한 특성을 가지고 있습니다.

  1. 1. 초음파 밀링에 의해 생성 된 것과 원래의 입자를 분리하는 입자 크기의 갭의 발생; 및
  2. 2. 표면 형태에 상당한 변화는 입자의 표면을 조작 할 수있는 가능성을 나타내는 초음파 밀링 후 명백하다.

결론

더 단단한 입자의 초음파 밀링은 강렬한 캐비테이션을 생성하기 위해 압력하에서 초음파 처리가 필요합니다. 높은 압력하에서 초음파 처리 (소위 마노 소닉화)는 입자에 전단력과 응력을 크게 증가시킵니다.
연속 인라인 초음파 처리 설정은 더 높은 입자 하중 (페이스트 와 같은 슬러리)을 허용하여 초음파 밀링이 입자 간 충돌을 기반으로하기 때문에 밀링 결과를 향상시킵니다.
이산 재순환 설정에서 초음파 처리는 모든 입자의 균일 한 처리를 보장하고 따라서 매우 좁은 입자 크기 분포를 보장 할 수 있습니다.

초음파 밀링의 주요 장점은 대량 생산을 위해 기술을 쉽게 확장 할 수 있다는 것입니다 - 상업적으로 이용 가능한 강력한 산업용 초음파 밀링은 최대 10m의 양을 처리 할 수 있습니다./h.

초음파 밀링의 장점

  • 신속하고 시간 절약
  • 에너지 절약
  • 재현 가능한 결과
  • 밀링 용지 없음(구슬이나 진주 없음)
  • 낮은 투자 비용

고성능 초음파

초음파 밀링은 고출력 초음파 장비가 필요합니다. 강렬한 캐비테이션 전단력을 생성하기 위해서는 높은 진폭과 압력이 중요합니다. 히엘셔 초음파’ 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭은 24/7 작동시 쉽게 연속작동할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해, 주문을 받아서 만들어진 초음파 sonotrodes를 유효합니다. Hielscher의 가압식 유량 반응기와 함께 매우 강렬한 캐비테이션이 생성되어 분자 간 접합을 극복하고 효율적인 밀링 효과를 얻을 수 있습니다.
Hielscher의 초음파 장비의 견고성은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 허용합니다. 디지털 및 원격 제어뿐만 아니라 내장 된 SD 카드에 자동 데이터 기록은 정확한 처리, 재현 가능한 품질을 보장하고 공정 표준화를 허용합니다.

Hielscher 고성능 초음파 의 장점

  • 매우 높은 진폭
  • 고압
  • 연속 인라인 프로세스
  • 견고한 장비
  • 선형 스케일 업
  • 저장하고 작동하기 쉬운
  • 세척이 용이함

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Hielscher 초음파는 초음파 응용 제품을위한 고성능 초음파 를 제조합니다.

실험실에서 파일럿 및 산업 규모에 고전력 초음파 프로세서.

문학 / 참고 문헌

  • 마르케스 가르시아 L., 리 W., 봄프리 J.J., 자비스 D.J., 최소 G. (2015) : 초음파 밀링에 의해 열전 재료의 나노 입자의 제조. 전자 재료 의 저널 2015.


알만한 가치가있는 사실

열전 효과

열전 재료는 열전 효과를 강하고 편리하고 사용 가능한 형태로 보여주는 것이 특징입니다. 열전 효과는 온도 차이로 인해 전기 전위가 생성되거나 전기 전위가 온도 차이를 생성하는 현상을 말합니다. 이러한 현상은 Seebeck 효과로 알려져 있으며, 위치는 온도가 전류로 변환되는 것을 설명하고, 펠티에 효과는 전류를 온도로 변환하고, 톰슨 효과는 도체 가열/냉각을 설명합니다. 모든 재료는 제로 열전 효과가 없지만 대부분의 재료에서는 너무 작아서 유용하지 않습니다. 그러나, 충분히 강한 열전 효과뿐만 아니라 이를 적용하기 위해 다른 필요한 특성을 보여주는 저비용 재료는 발전 및 냉장 과 같은 응용 분야에서 사용될 수 있습니다. 현재 비스무트 텔루라이드(Bi2Te)는 열전 효과에 널리 사용됩니다.