Sonofragmentéierung - D'Effekt vun der Kraaft Ultrasound op Partikel Breakage

D'Sonofragmentatioun beschreift de Bruch vun Partikeln an nano-séiss Fragmenter duerch héich Ultrasound. Am Géigesaz zu der gemeinsamer Ultraschalldeagglomeratioun a Fräsen – wou Partikelen haaptsächlech gemengt ginn an ofgetrennt sinn duerch Interpartikulatiounskollisioun – , Sono-Fragementatioun gëtt ënnerscheet vun der direkter Interaktioun tëscht der Partikel a Schlagwelle. Héich Power / Low Frequency Ultrasound erstellt Kavitation a gëtt doduerch méi staark Kräften an Liquiden. Déi extremer Zustands vun Kavitatiounskappel a Kraaft a mëschte Kollisioun gräifen Partikel op ganz fein Gréisst Material.

Ultraschallerféierung a Virbereedung vun Nanopartikele

D'Effekter vum Kraaft-Ultraschall fir d'Nano-Materialien sinn bekannt: Dispersioun, Deagglomeratioun a Fräsen & Vermeiden wéi och Fragmentatioun duerch Opléisung sinn oft d'eenzeg effektiv Method fir ze behandelen Nano-Deelchen. Dëst ass besonnesch richteg, wann et zu ganz feine Nano-Materialien mat bestemmte Fonktionnalitéit wéi mat Nano-Gréisst ass. Fir Nano Material mat spezifesche Funktionalitéiten ze erstellen, muss ee souguer e zouverléissege Sonication Prozess séchergestallt ginn. Hielscher liefert Ultraschall-Ausrüstung vun de Labberwaasser bis hin zu komplette kommerzielle Produktiounsgréisst.

Sono-Fragmentéierung duerch Kavitationen

D'Input vu staarker Ultraschallkräfte bei Flëssegkeeten huet extremen Konditiounen erstallt. Wann den Ultraschall e flëssege Medium propagéiert, ginn d'Ultraschallwellen alternativ Kompressiounen a Réierungszyklen (High Pressure a Low Pressure Cycles). Während den nidderegen Drëck Zyklen entstinn kleng kleng Vakueblumen an der Liquiditéit. Dës Kavitation Blosen wuessen iwwer méi niddregt Drëck Zyklen, bis si eng Gréisst erreechen wann se net méi Energie absorbéieren. An dësem Zoustand vun engem maximal absorbéierte Energie- a Bläschen ännert d'Kavitbléiquilitéit hëlt a schafft lokal extrem Bedéngungen. Wéinst der Zomm vun der Kavitation Blasen, ganz héich Temperaturen vun ca. 5000K an Drëck vun ca. 2000atm sinn lokal erreecht ginn. D'Implosioun féiert fléissend Düsen bis zu 280m / s (≈1000 km / h) Geschwindegkeet. D'Sono-Fragmentatioun beschreift d'Verwäertung vun dësen intensiv Kräften, Deel Partikel op kleng Dimensiounen am Submikron a Nano-Bereich ze bréngen. Mat enger progressiver Oplangung gewënnt d'Partikeldéif vun der Wénkeleg bis zur Kugel, déi d'Partikel méi wäertvoll mécht. D'Resultater vun der Sonofragmentéierung ginn ausgedréckt als Ausschnëtt vun der Broutung, déi als Funktioun vun der Inputseffizienz, dem sonicéierten Volume an der Gréisst vun de Agglomeraten.
Kusters et al. (1994) huet d'Ultrasonically assistéiert Fragmentéierung vun Agglomeraten par rapport zu hirem Energieverbrauch ënnersicht. D'Resultater vun de Fuerscher "weisen datt d'Ultrasonic Dispersiounstechnik sou effizient ka sinn wéi konventionell Schleifentechniken. D'industriell Praxis vun der Ultraschalldispersioun (z. B. méi grouss Sondagen, kontinuéierleche Duerchgäng vun der Suspensioun) kënnen dës Resultater e bësse änneren, awer iwwerall ass et erwaart datt de spezifeschen Energieverbrauch net de Grond fir d'Auswiel vun dëser Comminutron Technik ass, awer éischter seng Fäegkeet fir produzéiere extrem fein (submicron) Partikelen. “[Kusters et al. 1994] Besonnesch fir erodéiert Pulver wéi Silikatsubstrat oder Zirkonium, déi spezifesch Energie, déi pro Masseverbrauch Pulvermass néideg war, fonnt gouf, méi duerch Ultraschall Schleifen manner wéi déi vun konventionell Miermethoden. Ultrasonikatioun befaasst d'Partikelen net nëmme vu Fräsen a Schleifen, mä och duerch d'Poliung vun den Feststoffer. Duerfir kann et eng héich Kugel vun den Partikel kënnen erreecht ginn.

Sono-Fragmentéierung fir d'Kristalliséierung vun Nanomaterials

"Obwuel et e klengen Zweifelsfall ass, datt d'Partikelenkollisiounen an de Stompel vun molekulare Kristalle bestrooft ginn, déi mat Ultraschall bestrahlt ginn, si sinn net déi dominante Quell vun der Fragmentéierung. Am Géigesaz zu molekulare Kristallen, Metallpartikelen sinn net direkt duerch Schockwellen beschiedegt a kënnen nëmme vu de méi intensiv (awer vill rarer) Interpartikel Kollisionen betrëfft. D'Verännerung vun dominante Mechanismen fir d'Uebstung vu Metallpulver géint d'Aspirin-Schlämme weist d'Ënnerscheeder an den Eegeschafte vu muerbarer metallescher Partikel a frëndlechen molekularen Kristallen. "[Zeiger / Suslick 2011, 14532]

Gopi et al. (2008) huet d'Fabrikatioun vun héijer Rengheet submicrometer Aluminiumoxid Keramikpartikelen (haaptsächlech an enger Sub-100 nm Gamme) aus mikrometergréisst Fieder (z. B. 70-80 μm) mat Sonofragmentéierung ënnersicht. Si observéiert eng bedeitend Ännerung an der Faarf an der Form vun Aluminiumoxid Keramikpartikelen als Resultat vun der Sono-Fragmentatioun. Partikelen a Micron, submicron an Nano-Gréisst kënnen einfach duerch héich Kraaft Sonikatioun kritt ginn. D’Sphärizitéit vun de Partikelen ass mat der Erhéijung vun der Retentiounszäit am akustesche Feld eropgaang.

Dispersioun am Surfactant

Wéinst dem effektiven Ultraschall-Partikel-Bresche, ass d'Benotze vun Surfactanten essentiel fir deagglomeréiere vun der Sub-Mikroune an den nano-gréisst Partikel ze kréien. De méi kleng ass d'Partikelgréisst, wat d'méi héicht de Surface Verhältniss vun der Uewerfläch, déi mat Tensid iwwerdeckt ass, fir se an d'Suspension ze halen an d'Koagualatioun vun der Partikel ze vermeiden (Agglomeratioun). De Virdeel vun der Ultraschung läit an der dispergéierter Effekt: Gleichzäiteg zum Schleifen a Fragmentéierung hunn d'Ultraschelen d'Schleierpartikel-Fragmente mat dem Surfactant dispergéiert, sou datt d'Agglomeratioun oft heen Nano-Partikelen (bal) komplett vermeide war.

Industrial Production

Fir de Maart mat qualitativem Nano-Material ze dinn, deen aussergewéinlech Fuerderungen ausgedréckt ass, ass ze verléieren déi zouverlässeg Veraarbechtung Ausrüstung. Ultraschaller mat bis zu 16 KW pro Eenheet, déi clusterisabele goufen, erlaabt et eng Veraarbechtung vu praktesch onbegrenzten Volumenstroum. Wéinst der ganz linear Skala vun Ultraschallveraarbechter kann d'Ultraschallapplikatioune risikofrei getest ginn am Labo, optimal an der Bankebalanz an dann ouni Probleemer an der Produktioun ze realiséieren. Well den Ultraschall-Equiment keng grouss Plaatz brauch, kann et souguer an bestehender Prozessstrooss nach erofgeholl ginn. D'Operatioun ass einfach a kann iwwerwaart kontrolléiert ginn a lafen. Während Maintenance vun engem Ultraschallsystem ka praktesch vernoléissbar sinn.

Literatur / nëmmen

• Ambedkar, B. (2012): Ultraschall Kuelewaass fir De-Ashing a De-Sulfurization: Experimentaler Untersuchung a Mechanesch Modeling. Springer, 2012.
• Eder, Rafael JP; Schrank, Simone; Besenhard, Maximilian O .; Roblegg, Eva; Gruber-Woelfler, Heidrun; Khinast, Johannes G. (2012): Kontinuier Sono-Kristalliséierung vun Acetylsalicylsäure (ASA): Kontroll vun der Kristallgréisst. Crystal Growth & Design 12/10, 2012. 4733-4738.
• Gopi, KR; Nagarajan, R. (2008): Fortschrëtter an der Nanoalumina Keramik Partikel Fabricatioun Mat Sonofragmentatioun. IEEE Transaktiounen op Nanotechnologie 7/5, 2008. 532-537.
• Kusters, Karl; Pratsinis, Sotiris E .; Thoma, Steven G .; Smith, Douglas M. (1994): Energieredurabesser Gesetzer fir Ultraschung Fragmentéierung. Powder Technology 80, 1994. 253-263.
• Zeiger, Brad W.; Suslick, de Kenneth S. (2011): Sonofragementatioun vu Molekülkristallen. Journal heen oft eng amerikanesch chemesch Gesellschaft. 2011.

---