Hielscher ultragarso technologijos

Sonochemical poveikis Sol-gelio procesai

Įvadas

Ultrafine nano dydžio dalelės ir sferinės formos dalelės, plonos plėvelės dangos, pluoštai, akytas ir tankus medžiagos, taip pat labai akytas Aerogeliai ir xerogels yra labai potencialūs priedai, skirti kurti ir gaminti aukštos kokybės Medžiagų. Pažangias medžiagas, įskaitant, pvz., keramiką, labai poringas, ultralengvąjį aerogelus ir organinius-neorganinių hibridus, galima sintetinti iš koloidinių suspensijų ar polimerų skystyje per zolių gelio metodą. Medžiaga rodo unikalių savybių, nes susidarančių Sol dalelės svyruoja nanometrų dydžio. Tokiu būdu, zolių-gelio procesas yra nanochemijos dalis.
Toliau, nano dydžio medžiagos sintezė per ultragarsu padeda zolių-gelio maršrutai yra peržiūrimi.

Sol-GEL procesas

Sol-GEL ir susijusių apdorojimas apima šiuos veiksmus:

  1. padaryti Sol arba nusodinančių miltelių, standiklių Sol į pelėsiai arba ant substrato (jei filmai), arba padaryti antrą Sol iš nusodinami milteliai ir jo želatina, arba formuojant miltelių į organizmą ne gelio keliai;
  2. džiovinimo
  3. degimo ir sukepinimo. [Rabinovich 1994]
Zolių-gelio procesai yra drėgni cheminiai maršrutai, skirti metalų oksidų arba hibridinių polimerų geliui gaminti.

1 lentelė: Sol-gelio sintezės etapai ir tolesni procesai

Galios ultragarso skatina sonochemical reakcijas (Spauskite norėdami padidinti!)

Ultragarso stiklo reaktoriaus Sonokinezija

Informacijos užklausa




Atkreipkite dėmesį į mūsų Privatumo politika.


Sol-gelio procesai yra šlapias-cheminis sintezės būdas, skirtas integruoto tinklo (vadinamasis gelis) metalų oksidų arba hibridinių polimerų gamybai. Kaip prekursoriai, dažniausiai neorganinių metalų druskų, tokių kaip metalų chloridai ir organinių metalų junginiai, pavyzdžiui, metalų alkidai yra naudojami. Į Sol – kurį sudaro prekursorių sustabdymas – transformuojasi į gelio pavidalo dvifazę sistemą, kurią sudaro skystosios ir kietos fazės. Cheminės reakcijos, atsirandančios atliekant Sol-gelio procesą, yra hidrolizė, Polifoninis kondensacija ir želatinimas.
Hidrolizės ir Polifoninės kondensacijos metu susidaro koloidinis (Solis), kuris susideda iš tirpiklyje esančio nanodalelių. Esamos Sol fazės transformuojasi į gelį.
Gautas gelis-fazė susidaro iš dalelių, kurios dydis ir formavimas gali labai skirtis nuo atskirų koloidinių dalelių į nepertraukiamas grandinines kaip polimerai. Forma ir dydis priklauso nuo cheminių sąlygų. Nuo pastabų apie SiO2 alcogels gali būti paprastai daroma išvada, kad bazė-katalizuoja Sol rezultatai atskirų rūšių suformuotas agregacijos monomerų grupių, kurios yra labiau kompaktiškas ir labai šakotas. Jie veikia sedimentacijos ir sunkio jėgų.
Rūgščių katalizuoja sols gauti iš labai įsipainiojęs polimero grandines, kuriame labai plona mikrostruktūra ir labai mažas poras, kurios atrodo gana vienoda visoje medžiaga. Atviresnė nuolatinio mažo tankio polimerų tinklo forma turi tam tikrų pranašumų, susijusių su fizinėmis savybių, susidarant didelio našumo stiklo ir stiklo/keramikos komponentų 2 ir 3 dimensijose. [Sakka et al. 1982]
Toliau perdirbimo etapus, iš nugaros dangos ar kritimo danga tampa įmanoma kailis substratus su plonomis plėvelių arba liejimo Sol į pelėsių, suformuoti vadinamąjį šlapias gelis. Po papildomo džiovinimo ir šildymo, bus gauta stora medžiaga.
Tolesniais tolesnio gamybos proceso etapais gautas gelis gali būti toliau perdirbamas. Per kritulių, purškimo pirolizės, arba emulsija metodus, nesukurdama ir vienodas milteliai gali būti suformuota. Arba vadinamieji Aerogeliai, kurie pasižymi aukštu akytumu ir labai mažu tankiu, gali būti sukurti šlapiojo gelio skystosios fazės ekstrakcijos būdu. Todėl paprastai reikalingos superkritinės sąlygos.
Ultragarsu yra įrodyta technika pagerinti zolių-gelio sintezė Nano-medžiagos. (Paspauskite, Norėdami padidinti!)

2 lentelė: ultragarso Sol-gelio sintezės mezoporous TiO2 [Yu et al., Chem. commun. 2003, 2078]

Didelės galios ultragarso

Didelės galios, žemo dažnio ultragarso suteikia didelį potencialą cheminių procesų. Kai intensyvus ultragarso bangos įvedami į skystosios terpės, pakaitomis aukšto slėgio ir žemo slėgio ciklų su tarifais, priklausomai nuo dažnio pasitaiko. Aukšto slėgio ciklai-tai glaudinimas, o žemo dažnio ciklai reiškia terpės apretimą. Žemo slėgio (rarefaction) ciklo metu, didelės galios ultragarso sukuria mažas vakuumo burbuliukai skystyje. Šie vakuumo burbuliukai auga per kelis ciklus.
Todėl ultragarso intensyvumas, skysčių suspaudžia ir driekiasi įvairaus laipsnio. Tai reiškia, kad kavitacija burbuliukai gali veikti dviem būdais. Mažas ultragarso intensyvumas ~ 1-3Wcm-2, išsiplėtimą burbuliukai vibruoja apie kai kurių pusiausvyros dydis daugeliui akustinių ciklų. Šis reiškinys yra vadinamas stabilus išsiplėtimą. Esant dideliam ultragarso intensyvumui (≤ 10Wcm-2) cavitational burbuliukai susidaro per keletą akustinių ciklų, kad spindulys yra bent du kartus jų pradinio dydžio ir žlugimo taške suspaudimo, kai burbulas negali absorbuoti daugiau energijos. Tai vadinama trumpalaikiu arba inertine kavitacija. Per burbulas sprogti, vietoje vadinamųjų karštų taškų pasitaiko, kurios yra ypatingos sąlygos: per sprogimas, vietoje labai aukštos temperatūros (apie 5, 000K) ir slėgis (apie 2, 000atm) yra pasiekiamas. Į vidų sprogimas iš išsiplėtimą burbulas taip pat sukelia skysčių čiurkšlę iki 280m/s greičiu, kuris veikia kaip labai didelės šlyties jėgų. [Suslick 1998/Santos et al. 2009]

"Sono-Ormosil"

Ardymo yra efektyvus įrankis polimerų sintezę. Per Ultragarso išsklaidyti ir deagglomeration, ikonų šlyties jėgų, kurios išsitempti ir pertrauka molekulinių grandinių ne atsitiktinai procesas, rezultatas sumažinti molekulinės masės ir poli-dispersinis. Be to, daugiaetapės sistemos yra labai veiksmingos Skirtingos ir emulsintų, kad būtų pateikti labai smulkūs mišiniai. Tai reiškia, kad ultragarso padidina polimerizacijos greitį, palyginti su įprastu maišant ir rezultatus didesnės molekulinės masės su mažesniu polydispertankis.
Ormosils (organiškai modifikuotas silikatas) gaunami, kai silanas yra pridedamas prie gelio pagrindu pagaminto silicio dioksido zolių gelio proceso metu. Produktas yra molekulinės skalės kompozitas su patobulintų mechaninių savybių. Sono-Ormosils pasižymi didesniu tankiu nei klasikinės geliai, taip pat pagerino šiluminį stabilumą. Todėl paaiškinimas gali būti didesnis polimerizacijos laipsnis. [Rosa-Fox et al. 2002]

Galingas ultragarso jėgų yra gerai žinomas ir patikimas metodas gavyba (Spauskite norėdami padidinti!)

Ultragarso kavitacija skystyje

Mezoporinis TiO2 per ultragarso zolių-gelio sintezė

Mezoporinis TiO2 yra widley naudojamas kaip photocatalyst taip pat elektronikos, jutiklių technologiją ir aplinkos atkūrimas. Optimizuotos medžiagos savybių, ji siekiama gaminti TiO2 su dideliu kristalizacijos ir didelio paviršiaus ploto. Ultragarso padeda zolių-gelio maršrutas turi pranašumą, kad vidinės ir neesminių savybių TiO2, pavyzdžiui, dalelių dydis, paviršiaus plotas, porų tūris, porų skersmuo, kristalinis, taip pat anatase, rutilo ir brookite fazių santykis gali turėti įtakos kontroliuojant parametrus.
Milani et al. (2011) parodė, kad TiO sintezė buvo2 anatazės nanodalelių. Todėl, zolių-gelio procesas buvo taikomas į TiCl4 pirmtakas ir abiem būdais, su ir be ultragarsu, buvo lyginamas. Rezultatai rodo, kad ultragarso švitinimo turi monotoniškas poveikis visiems tirpalo komponentų, pagaminti pagal zolių-gelio metodas ir sukelti prarasti nuorodos didelių nanometrinių koloidų tirpale Breaking. Taigi, mažesni nanodalelės yra sukurta. Vietoje vyksta aukšto spaudimo ir temperatūros pertrauka bondings ilgai polimero grandines, taip pat silpnas nuorodos privalomas mažesnių dalelių, pagal kurį didesnės koloidinių masės susidaro. Palyginus tiek TiO, tiek2 mėginiai, dalyvaujant ir nesant ultragarso apšvitinimo, pateikiami toliau pateiktuose SEM paveikslėliams (žr. 2 pav.).

Ultragarso padeda želatinization proceso metu zolių-gelio sintezė. (Paspauskite, Norėdami padidinti!)

Pic. 2: TiO2 pwder nuotraukos, kalcinuotos ne 400 degC už 1H ir gelatinizacijos laikas 24h: a) esant ir (b) nesant ultragarsu. [Milani et al. 2011]

Be to, cheminės reakcijos gali gauti naudos iš sonochemical poveikį, įskaitant, pvz., cheminių obligacijų lūžimo, žymiai padidinti cheminių reaktyvumas arba molekulinės degradacijos.

Sono-geliai

In sono-catalytically pagalbinio zolių gelio reakcijos, ultragarso yra taikomas pirmtakų. Gautos medžiagos su naujomis savybėmis yra žinomas kaip sonogels. Kadangi nėra papildomo tirpiklio kartu su ultragarso kavitacijasukuriama unikali Sol – gelio reakcijų aplinka, kuri leidžia susidaryti tam tikrų bruožų atsiradusio gelių susidarymui: didelio tankio, smulkios tekstūros, vienalytės struktūros ir pan. Šios savybės nustatyti sonogels evoliucija tolesniam perdirbimui ir galutinę materialinę struktūrą. [Blanco et al. 1999]
Suslick ir kaina (1999) rodo, kad ultragarso apšvitinimas si (OC2H5)4 vandenyje su rūgšties katalizatorius gamina silicio "sonogel". Įprastiniu silicio oksido gelių paruošimu si (OC2H5)4, etanolis dažniausiai naudojamas kartu su tirpikliu, nes si (OC2H5)4 vandens. Tokių tirpiklių naudojimas dažnai kelia problemų, nes jie gali sukelti skilinėjimą džiovinimo žingsnio metu. Ultragarsu suteikia labai efektyvus maišymo taip, kad lakiųjų bendro tirpiklių, tokių kaip etanolis gali būti vengiama. Tai yra silicio sono-gelio rezultatai pasižymi didesniu tankiu nei tradiciškai gaminami geliai. [Suslick et al. 1999, 319f.]
Paprastųjų Aerogeliai susideda iš mažo tankio matrica su dideliais tuščių porų. Į sonogels, priešingai, turi prabangiau poringumas ir poras yra gana sfera formos, su lygaus paviršiaus. Didesnių nei 4 šlaitų kampu regionas atskleidžia svarbius elektroninio tankio svyravimus porų-matricos ribose [Rosa-Fox et al. 1990].
Iš miltelių mėginių paviršiaus vaizdai aiškiai rodo, kad naudojant ultragarso bangas lėmė didesnis homogeniškumas vidutinio dydžio dalelių ir lėmė mažesnių dalelių. Dėl ardymo ultragarsu vidutinis dalelių dydis sumažėja apytiksliai 3 nm. [Milani et al. 2011]
Teigiamas poveikis ultragarsu yra įrodytas įvairiuose tyrimuose. Pvz., ataskaita Neppolian et al. savo darbe svarbą ir privalumus ultragarsu keisti ir tobulinti fotokatalitinės savybės mezoporingas nano dydžio, TiO2 dalelių. [Neppolian et al. 2008]

Nanocoating per ultragarso zolių-gelio reakcija

Nanocoating priemonės, apimančios medžiagą su nano-masteliais sluoksniu arba nano dydžio objekto aprėptį. Taip apsuotos arba šerdies konstrukcijos yra gaunamos. Tokios Nanomedžiagos pasižymi fizinėmis ir cheminėmis aukštos kokybės savybėmis dėl kombinuotų specifinių savybių ir (arba) sudedamųjų dalių struktūros poveikio.
Pavyzdarily, dengimo procedūra indžio alavo oksido (ITO) dalelės bus įrodyta. ITO dalelės yra padengtos kvarcu dviejų etapų procese, kaip parodyta Chen tyrime (2009). Pirmuoju cheminiu žingsniu indžio alavo oksido milteliai yra gydomi aminosilanu. Antrasis žingsnis yra silicio danga pagal ultragarsu. Norėdami pateikti konkretų pavyzdį ardymo ir jo poveikį, procesas žingsnis pateiktas Chen tyrimas, yra apibendrinti žemiau:
Tipiškas šio žingsnio procesas yra toks: 10g GPTS lėtai sumaišomas su 20g vandens, parūgštinto vandenilio chlorido rūgštimi (HCl) (pH = 1,5). 4G minėtų aminosilane gydytų miltelių buvo įtraukta į mišinį, esančius 100ml stiklo butelis. Po to butelis buvo dedamas po zondu, kad būtų nuolat ultragarsu švitinama 60 w ar didesnė išėjimo galia.
Zolių-gelio reakcija buvo pradėta po maždaug 2-3min ultragarso švitinimo, nuo kurio buvo sugeneruota baltos putos, dėl alkoholio išleidimo į plačią GLYMO hidrolizę (3-(2-3-Epoksipropoxy) propiltrimetoksisilanas). Ardymo buvo taikomas 20min, po kurio sprendimas buvo maišomas keletą valandų. Kai procesas buvo baigtas, dalelės buvo surinkta centrifugavimo ir buvo nuplauti pakartotinai su vandeniu, tada arba džiovinti apibūdinimo arba laikomi disperguoti vandenyje arba organiniuose tirpikliuose. [Chen 2009, p. 217]

Išvada

Ultragarso taikymas zolių-gelių procesams padeda geriau maišyti ir daleles deagglomeration. Tai lemia mažesnių dalelių dydis, sferinės, mažo matmenų dalelių formos ir sustiprinto morfologija. Vadinamieji sono-geliai pasižymi jų tankiu ir bauda, homogeniška struktūra. Šios savybės yra sukurtos dėl vengimo naudoti tirpiklius per Sol formavimas, bet taip pat, ir daugiausia, dėl pradinės kryžminio susijusios būklės reiculation sukeltas ultragarsu. Po džiovinimo proceso, todėl sonogels pateikti kietųjų dalelių struktūrą, skirtingai nei jų kolegos gauti netaikant ultragarso, kurie yra siūlinių. [Esquivias et al. 2004]
Buvo įrodyta, kad intensyvaus ultragarso naudojimas leidžia unikalių medžiagų iš zolių-gelio procesų siuvimo. Tai daro didelės galios ultragarso galingas įrankis chemijos ir medžiagų mokslinių tyrimų ir plėtros.

Susisiekite su mumis / paklauskite daugiau informacijos

Kreipkitės į mus apie savo perdirbimo reikalavimus. Mes rekomenduojame tinkamiausius diegimo ir perdirbimo parametrus savo projektą.





Atkreipkite dėmesį, kad mūsų Privatumo politika.


UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

1kW ultragarso recirkuliacijos setup su siurbliu ir laikymo bakas leidžia sudėtingų perdirbimo

Literatūra / Literatūra

  • Blanco, E.; Esquivias, L.; Litrán, R.; Pinero, M.; Ramírez-del-saulės, M.; Rosa_Fox, N. de La (1999): Sonogels ir išvestinė medžiagos. S. Organometal. Chem. 13, 1999. p. 399-418.
  • , Q.; Boothroyd, C.; McIntosh Soutar, A.; Zeng, X. T. (2010): Sol-GEL nanocoating komercinių TiO2 nanomiltelių, naudojant ultragarso. J. Sol-GEL Sci. Technol. 53, 2010. p. 115-120.
  • Chen, Q. (2009): silicio danga nanodalelių pagal sonogel procesą. SIMTech 10/4, 2009. p. 216-220.
  • Esquivias, L.; Rosa-Fox, N. de La; Bejarano, M.; Mosquera, M. J. (2004): struktūra hibridinių koloidinių polimero Xerogels. Langmuir 20/2004. p. 3416-3423.
  • Karami, A. (2010): TiO2 nano miltelių sintezė iš Sol-gelio metodas ir jo naudojimas kaip Photocatalyst. J. Iranas. Chem. Soc. 7, 2010. p. 154-160.
  • Li, X.; Chen, L.; Li, B.; Li. L. (2005): paruošimas cirkonis Nanopudros ultragarso srityje Sol-GEL metodu. Trans Tech Pub. 2005.
  • Neppolian, B.; Wang, Q.; Jungo, H.; Choi, H. (2008): ultragarso pagalba Sol-gelio paruošimo būdas TiO2 nano dalelių: apibūdinimas, savybės ir 4-chlorfenolio pašalinimo taikymo. Ultrason. Z. 15, 2008. p. 649-658.
  • Pjeras, A. C.; Rigacci, A. (2011): SiO2 Aerogeliai. In: M.A. Aegerter et al. (EDS.): Aerogels vadovas, avansai Sol-gelio išvestinės medžiagos ir technologijos. Springer Science + verslas: Niujorkas, 2011. p. 21-45.
  • Rabinovich, E. M. (1994): Sol-GEL perdirbimas – bendrieji principai. Į: L. C. Klein (Ed.) Sol-gelio optika: perdirbimas ir taikymas. Kluwer akademiniai leidėjai: Boston, 1994. p. 1-37.
  • Rosa-Fox, N. de La; Pinero, M.; Esquivias, L. (2002): organinių-neorganinių hibridinių medžiagų iš Sonogels. 2002.
  • Rosa-Fox, N. de La; Esquivias, L. (1990): struktūriniai tyrimai silicio dioksidas sonogels. J. ne Cryst. Kietosios medžiagos 121, 1990. p. 211-215.
  • Sakka, S.; Kamya, K. (1982): Sol-gelio perėjimas: formavimas stiklo pluošto & Plonos plėvelės. J. nekristalinės kietosios medžiagos 38, 1982. p. 31.
  • Santos, H. M.; Lodeiro, C.; Martínez, J.-L. (2009): Ultragarso galia. Į: J.-L. Martínez (Ed.): ultragarso chemija: analitinės paraiškos. Wiley-VCH: Weinheim, 2009. p. 1-16.
  • Shahruz, N.; Hossain, M. M. (2011): iš TiO2 Fotokatalyst nanodalelių paruošimas naudojant Sol-GEL metodą. Pasaulio Appl. Sci. J. 12, 2011. p. 1981-1986.
  • Suslick, K. S.; Kaina, G. J. (1999): ultragarso medžiagų chemijos taikymo. Kasmet. Red Mater ". Sci. 29, 1999. p. 295-326.
  • Suslick, K. S. (1998): sonochemistry. Į: Kirk-Othmer enciklopedija cheminės technologijos, Vol. 26, 4Th. ED, J. Wiley & Sūnūs: Niujorkas, 1998. p. 517-541.
  • Verma, L. Y.; Singh, M. P.; Singh, R. K. (2012): poveikis ultragarso švitinimo dėl paruošimo ir savybės Ionogels. J. Nanomat. 2012.
  • Zhang, L.-Z.; , J.; Yu, J. C. (2002): tiesioginė sonochemical paruošimas labai fotaktyvieji mezoporous titano dioksidas su dviakristine sistema. 201st susitikimas elektrochemijos draugijos, 2002.
  • https://www.hielscher.com/sonochem