Ultrasonic Milling vun Thermoelektresch Nano-Powders

• D'Fuerschung huet gewisen datt d'Ultraschallfräsen erfollegräich benotzt kënne fir d'Fabrikatioun vun thermoelektreschen Nanopartikelen an huet d'Potenzial fir d'Surface vun de Partikelen ze manipuléieren.
• Ultraschall gemuelte Partikelen (zB Bi₂Te₃-baséiert Legierung) huet eng bedeitend Gréisstreduktioun gewisen a fabrizéiert Nanopartikele mat manner wéi 10µm.
• Ausserdeem produzéiert d'Sonicatioun bedeitend Verännerungen vun der Uewerflächemorphologie vun de Partikelen an erméiglecht doduerch d'Uewerfläch vu Mikro- an Nano-Partikel ze funktionnéieren.

thermoelektresch Nanopartikel

Thermoelektresch Materialien konvertéieren Hëtztenergie an elektresch Energie baséiert op Seebeck a Peltier Effekt. Doduerch gëtt et méiglech, kaum benotzbar oder bal verluer thermesch Energie effektiv an produktiv Uwendungen ëmzewandelen. Zënter thermoelektresch Materialien an neien Uwendungen wéi biothermesch Batterien, Solid-State thermoelektresch Ofkillung, optoelektronesch Geräter, Weltraum an Autosenergieproduktioun abegraff kënne ginn, sicht d'Fuerschung an d'Industrie no liicht a séier Techniken fir ëmweltfrëndlech, ekonomesch an héich ze produzéieren. Temperaturstabil thermoelektresch Nanopartikel. ultrasonic milling sou wéi d'Synthese vun ënnen erop (Sono-Kristalliséierung) si verspriechen Weeër fir déi séier Masseproduktioun vun thermoelektreschen Nanomaterialien.

Ultrasonic Milling Ausrüstung

Fir d'Partikelgréisst Reduktioun vu Bismut Tellurid (Bi₂Te₃), Magnesiumsilizid (Mg₂Si) a Silizium (Si) Pulver, den Héichintensitéit Ultraschallsystem UIP1000hdT (1kW, 20kHz) gouf an engem oppene Becher-Setup benotzt. Fir all Tester ass d'Amplitude op 140 µm gesat. D'Probebehälter gëtt an engem Waasserbad ofgekillt, d'Temperatur gëtt duerch Thermo-Koppel kontrolléiert. Wéinst der Sonikatioun an engem oppene Behälter gouf d'Ofkillung benotzt fir d'Verdampfung vun de Millingléisungen (zB Ethanol, Butanol oder Waasser) ze verhënneren.

(a) Schematesch Diagramm vum experimentellen Opbau. (b) Ultrasonic milling Apparat. Quelle: Marquez-Garcia et al. 2015.

Ultrasonic Fräsen fir nëmmen 4h Bi₂Te₃-Legierung huet schonn eng substantiell Quantitéit un Nanopartikel mat Gréissten tëscht 150 an 400 nm erginn. Nieft der Gréisst Reduktioun op d'Nano-Gamme, huet d'Sonicatioun och zu enger Verännerung vun der Uewerflächemorphologie gefouert. D'SEM-Biller an der Figur hei drënner b, c, an d weisen datt déi scharf Kante vun de Partikelen virum Ultraschallfräsen glat a ronn ginn no Ultraschallfräsen.

Partikelgréisst Verdeelung an SEM Biller vu Bi2Te3-baséiert Legierung virun an no Ultraschallfräsen. a – Partikelgréisst Verdeelung; b – SEM Bild virun Ultraschall milling; c – SEM Bild no Ultraschallfräsen fir 4 h; d – SEM Bild no Ultraschallfräsen fir 8 h.
Quelle: Marquez-Garcia et al. 2015.

Fir festzestellen, ob d'Partikelgréisstreduktioun an d'Uewerflächemodifikatioun eenzegaarteg duerch Ultraschallfräsen erreecht ginn, goufen ähnlech Experimenter mat enger héijer Energie Kugelmillen duerchgefouert. D'Resultater ginn an der Fig. 3. Et ass offensichtlech datt 200-800 nm Partikelen duerch Kugelfräsen fir 48 h produzéiert goufen (12 Mol méi laang wéi Ultraschallfräsen). SEM weist datt déi schaarf Kante vum Bi₂Te₃-Legierungspartikel bleiwen wesentlech onverännert nom Fräsen. Dës Resultater weisen datt déi glat Kanten eenzegaarteg Charakteristiken vun der Ultraschallfräsen sinn. Zäitspuerend duerch Ultraschallfräsen (4 h vs 48 h Kugelfräsen) sinn och bemierkenswäert.

Partikel-Gréisst Verdeelung an SEM Biller vun Mg2Si virun an no Ultraschall milling. (a) Partikelgréisst Verdeelung; (b) SEM Bild virun Ultraschall milling; (c) SEM Bild no Ultraschallfräsen an 50% PVP-50% EtOH fir 2 h.
Quelle: Marquez-Garcia et al. 2015.

Marquez-Garcia et al. (2015) schléissen datt d'Ultraschallfräsen Bi degradéiere kann₂Te₃ an Mg₂Si-Pulver a méi kleng Partikelen, d'Gréisst vun deenen tëscht 40 an 400 nm variéieren, wat eng potenziell Technik fir industriell Produktioun vun Nanopartikel suggeréiert. Am Verglach mat héijer Energie Kugelfräsen, huet Ultraschallfräsen zwee eenzegaarteg Charakteristiken:

1. 1. d'Optriede vun enger Partikelgréisst Spalt, déi d'Originalpartikelen vun deenen, déi duerch Ultraschallfräsen produzéiert ginn, trennen; an
2. 2. substantiell Verännerungen an der Uewerflächemorphologie sinn no Ultraschallfräsen evident, wat d'Méiglechkeet weist fir d'Surface vun de Partikelen ze manipuléieren.

Conclusioun

Ultrasonic Milling vu méi haart Partikelen erfuerdert Sonikatioun ënner Drock fir intensiv Kavitatioun ze generéieren. Sonication ënner erhöhten Drock (sougenannte Manosonication) erhéicht d'Schéierkraaft a Stress op d'Partikel drastesch.
Eng kontinuéierlech Inline-Sonication-Setup erlaabt eng méi héich Partikelbelaaschtung (paste-ähnlech Schlamm), wat d'Fräsresultater verbessert well d'Ultraschallfräsen op Inter-Partikelkollisioun baséiert.
Sonication an engem diskret recirculation Setup erlaabt eng homogen Behandlung vun all Partikel ze garantéieren an dofir eng ganz schmuel Partikelgréisst Verdeelung.

E grousse Virdeel vun Ultrasonic Fräsen ass datt d'Technologie liicht opgebaut ka ginn fir d'Produktioun vu grousse Quantitéiten - kommerziell verfügbar, mächteg industriell Ultrasonic Fräsen kann Betrag bis zu 10m handhaben³/h.

Virdeeler vun Ultrasonic Milling

• Schnell, Zäitspuerend
• Energiespuerend
• reproducible Resultater
• Keng Fräsmedien (keng Perlen oder Pärelen)
• Niddereg Investitiounskäschte

Héich Performance Ultraschaller

Ultrasonic Fräsen erfuerdert héich Kraaft Ultraschallausrüstung. Fir intensiv kavitational Schéierkräften ze generéieren, sinn héich Amplituden an Drock entscheedend. Hielscher Ultrasonics’ industriell Ultraschallprozessoren kënne ganz héich Amplituden liwweren. Amplituden vu bis zu 200µm kënne ganz einfach kontinuéierlech a 24/7 Operatioun lafen. Fir nach méi héich Amplituden sinn personaliséiert Ultraschall Sonotroden verfügbar. A Kombinatioun mat Hielscher's pressurizable Flowreaktoren gëtt ganz intensiv Kavitatioun erstallt, sou datt intermolekulär Bindungen iwwerwonne kënne ginn an effizient Milling Effekter erreecht ginn.
D'Robustitéit vun der Hielscher Ultraschallausrüstung erlaabt 24/7 Operatioun bei schwéierer Pflicht an an usprochsvollen Ëmfeld. Digital an Fernsteierung souwéi automatesch Dateopnam op eng agebauter SD Kaart suerge fir präzis Veraarbechtung, reproduzéierbar Qualitéit an erlaben d'Prozessstandardiséierung.

Virdeeler vun Hielscher High Performance Ultrasonicators

• ganz héich Amplituden
• héich Drock
• Kontinuéierlech Inline Prozess
• robust Ausrüstung
• Linearer Skala-up
• späicheren an einfach ze bedreiwen
• Einfach ze botzen