Daļiņas, piemēram, nanodaļiņas, var radīt no apakšas uz augšu šķidrumos, nogulsnējot. Šajā procesā pārsātināts maisījums sāk veidot cietas daļiņas no ļoti koncentrēta materiāla, kas augs un beidzot nogulsnēsies. Lai kontrolētu daļiņu/kristālu izmēru un morfoloģiju, būtiska ir nokrišņu ietekmējošo faktoru kontrole.

Nokrišņu procesa fons

Pēdējo gadu laikā nanodaļiņas ieguva nozīmi daudzās jomās, piemēram, pārklājumos, polimēros, iespiedkrāsās, farmācijā vai elektronikā. Viens no svarīgiem faktoriem, kas ietekmē nanomateriālu izmantošanu, ir nanomateriālu izmaksas. Tāpēc ir nepieciešami rentabli veidi, kā ražot nanomateriālus vairumā daudzumu. Kaut arī procesi, piemēram, emulgācija un sajaukšanas apstrāde ir procesi no augšas uz lejunokrišņi ir augšupējais process, kas paredzēts šķidrumu sintēzei ar nano izmēra daļiņām. Nokrišņi ietver:

• Vismaz divu šķidrumu sajaukšana
• Pārsātinājumu
• nukleācijas
• Daļiņu augšana
• Aglomerācija (parasti no tās izvairīties ar zemu cieto koncentrāciju vai stabilizējošiem aģentiem)

Nokrišņi Sajaukšana

Sajaukšana ir būtisks solis izgulsnēšanā, tāpat kā vairumam nokrišņu procesu, ķīmiskās reakcijas ātrums ir ļoti augsts. Parasti ir maisītāji, maisa reaktori (sērijveidā vai nepārtraukti), statiskā vai rotora-statoru jaucējkreri izmanto izgulsnēšanai. Sajaukšanas jaudas un enerģijas neviendabīga sadale procesa tilpuma robežās ierobežo sintezēto nanodaļiņu kvalitāti. Šis trūkums palielinās līdz ar reaktora tilpumu. Uzlabota sajaukšanas tehnoloģija un laba kontrole pār ietekmējošiem parametriem rada mazākas daļiņas un labāku daļiņu viendabīgumu.

Par neaizskarot sprauslas, mikro kanālu maisītāji, vai izmantot Taylor-Couette reaktorā izmantošana uzlabotu sajaukšanas intensitāti un homogenitāti. Tas noved pie īsāks sajaukšana reizes. Tomēr šīs metodes ir ierobežotas tā potenciāls tikt mērogots.

Ultrasonication ir uzlabotas sajaukšanas tehnoloģija, kas nodrošina augstāku bīdes un maisot enerģiju bez mēroga ierobežojumi. Tas arī ļauj kontrolēt regulējošos parametrus, tādus kā ieejas jauda, reaktora konstrukcija, uzturēšanās laiks, daļiņa vai reaģējošā koncentrācija. Ultraskaņas kavitācija inducē intensīvu mikro sajaukšanos un izkliedē augstu jaudu lokāli.

Magnetīts nanodaļiņu nokrišņi

Ultrasonication piemērošana nokrišņiem tika pierādīta ICVT (TU Clausthal) (2006) par magnetīts nanodaļiņām. Banert izmanto optimizēta Sono-Chemical reaktors (labais attēls, barība 1: dzelzs šķīdums, barība 2: nokrišņu aģents, Uzklikšķiniet, lai iegūtu lielāku skatu!), lai radītu magnetīts nanodaļiņas “, vienlaikus izgulsnējot dzelzs (III) hlorīda heksahidrāta un dzelzs (II) sulfāta heptahidrātu ar molārā koeficientu FE^{no 3 līdz}/FE un^{no 2 līdz} = 2:1. Tā kā hidrodinamiskā pre-sajaukšana un makro sajaukšana ir svarīga un veicina ultraskaņas mikro sajaukšanu, reaktora ģeometrija un padeves cauruļu novietojums ir svarīgi faktori, kas ietekmē procesa rezultātu. Savā darbā Banert et al. salīdzinājumā ar dažādiem reaktoru projektiem. Uzlabotais reaktora kameras dizains var samazināt nepieciešamo specifisko enerģiju par koeficientu pieci.

Dzelzs šķīdumu nogulsnē attiecīgi ar koncentrētu amonija hidroksīdu un nātrija hidroksīdu. Lai izvairītos no pH gradientu, nogulsnes ir jāsūknē, pārsniedzot. Daļiņu izmēru sadalījums magnetīts ir mērīts, izmantojot fotonu korelācijas spektroskopiju (PC, Malvern NanoSizer ZS, Malvern Inc)”

Bez ultrasonikācijas daļiņu vidējais daļiņu izmērs 45nm tika ražoti, izmantojot tikai hidrodinamisko sajaukšanu. Ultraskaņas sajaukšana samazina iegūto daļiņu izmēru līdz 10 nm un mazāk. Attēlā redzams daļiņu izmēra sadalījums FE₃O₄ daļiņas, kas rodas nepārtrauktā ultraskaņas nokrišņu reakcijā (Banert et al., 2004)

Nākamā grafika (Banert et al., 2006) daļiņu izmēru norāda kā specifisku enerģijas ievades funkciju.

“Shēmu var iedalīt trijos galvenajos režīmos. Zem aptuveni 1000 kJ/kg_Fe3O4 sajaukšanu kontrolē ar hidrodinamisko efektu. Daļiņu izmērs ir aptuveni 40-50 nm. Virs 1000 kJ/kg ultraskaņas sajaukšanas efekts kļūst redzams. Daļiņu izmērs samazinās zem 10 nm. Turpmāk palielinot īpatnējo ieejas jaudu, daļiņu izmērs paliek tādā pašā lieluma secībā. Nokrišņu sajaukšanas process ir pietiekami ātrs, lai varētu homogēna nukleācija.”

Literatūra

Banert, T., Horst, C., Kunz, U., Peuker, U. A. (2004), kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen-(II, III) oxid, ICVT, TU-Clausthal, plakāts prezentēts GVC ikgadējā sanāksmē 2004.

Banert, T., Brenner, G., Peuker, U. A. (2006), darbības parametri nepārtrauktam Sono-ķīmiskajam izgulsnēšanas reaktoram proc. 5. WCPT, Orlando FL., 23,0-27. 2006. aprīlis.