Sonofragmentācija raksturo daļiņu lūzumu vērā Nano izmēra fragmentos ar lieljaudas ultraskaņu. Atšķirībā no kopējā ultraskaņas Deagglomeration un malšanas – kur daļiņas galvenokārt tiek sasmalcītas un atdalītas ar starpdaļiņu sadursmēm – , Sono-fragemtācijas izceļas ar tiešu mijiedarbību starp daļiņu un šoka vilnis. Lieljaudas/zemas frekvences ultraskaņa rada kavitāciju un līdz ar to intensīvu bīdes spēkus šķidrumos. Ekstremālos apstākļos KAVITĀCIJAS burbulis sabrukumu un interīpaši sadursmes sasmalcina daļiņas ar ļoti smalku izmēru materiālu.

Ultraskaņas ražošana un sagatavošana Nano daļiņas

Jauda ultraskaņa, lai ražotu Nano materiālus, ir labi zināmi: Izkliedināšana, Deagglomeration un frēzēšana & Slīpēšana, kā arī ar ultraskaņu sadrumstalotība, bieži vien ir vienīgā efektīvā metode nanodaļiņas. Tas jo īpaši sakāms, kad runa ir ļoti smalkas Nano materiālus ar especial funcionalities kā ar nano izmēra unikāls daļiņu īpašības ir izteiktas. Lai izveidotu nano materiālu ar specifiskām funkcionalitātēm, jānodrošina vienmērība un uzticams ultraskaņas apstrādes process. Hielscher piegādā ultraskaņas iekārtas no laboratorijas skalas uz pilnu komerciālo ražošanas apjomu.

Sono-sadrumstalotība ar kavitāciju

Spēcīgu ultraskaņas spēku ievade šķidrumos rada ārkārtīgus apstākļus. Kad ultraskaņa izplatās šķidrā barotnē, ultraskaņas viļņi rada mainīgu saspiešanu un retināšana ciklus (augstspiediena un zema spiediena cikliem). Zema spiediena ciklu laikā šķidrumā rodas mazi putekļsūcēji burbuļi. Šīs kavitācija burbuļi aug vairākos zema spiediena ciklos, līdz tie sasniedz lielumu, ja tie nespēj absorbēt vairāk enerģijas. Šajā stāvoklī maksimālās absorbētās enerģijas un burbuļu lieluma, kavitāciju burbulis sabrukumu vardarbīgi un rada vietēji ekstremāli apstākļi. Sakarā ar kavitācija burbuļi, ļoti augsta temperatūra ir aptuveni 5000K un spiediens aptuveni 2000atm tiek sasniegts lokāli. Sabrukums rezultāti šķidrā strūklu līdz 280M/s (≈ 1000km/h) ātrumu. Sono-fragmentācija apraksta izmantot šos intensīvo spēku fragmentu daļiņas uz mazākiem izmēriem sub-mikronu un nano diapazonā. Ar progresē ultraskaņu, daļiņu forma kļūst no leņķa līdz sfēriskai, kas padara daļiņas vērtīgākas. Sonofragmentācijas rezultātus izsaka kā sadrumstalotības koeficientu, kas ir atdevēts kā jaudas ievades, apstrādāt ultraskaņu tilpuma un aglomerātu lieluma funkcija.
Kusters et al. (1994) pētīja aglomerātu ultrasoniski atbalstīto fragmentāciju saistībā ar tās enerģijas patēriņu. Pētnieku rezultāti liecina, ka ultraskaņas dispersijas paņēmiens var būt tikpat efektīvs kā parastās slīpēšanas metodes. Ultraskaņas dispersijas rūpnieciskā prakse (piemēram, lielāki zondes, nepārtraukta caurlaides spēja) var izmainīt šos rezultātus nedaudz, bet pārāk viss ir sagaidāms, ka specifiskais enerģijas patēriņš nav iemesls, kāpēc šis comminutron tehniku, bet drīzāk tās spēju ražot ļoti smalkas (submicron) daļiņas. " [Kusters et al. 1994] Īpaši, lai graujot pulveri, piemēram, silīcija dioksīds vai cirkoniju, ir konstatēts, ka konkrētā enerģija, kas nepieciešama uz pulvera vienības masas, ir zemāka, veicot ultraskaņas slīpēšanu nekā tradicionālajām slīpēšanas metodēm. Ultrasonication ietekmē daļiņas ne tikai malšanas un slīpēšanas, bet arī pulējot cietvielas. Tādējādi var panākt daļiņu augstu sfēriskumu.

Sono-sadrumstalotība attiecībā uz nanomateriālu kristalizāciju

"Lai gan ir maz šaubu, ka starpdaļiņu sadursmēm do rodas gļotās molekulāro kristāli apstarots ar ultraskaņu, tie nav dominējošā avots sadrumstalotību. Pretstatā molekulārajiem kristāliem, metāla daļiņas nav bojātas ar triecienu viļņiem tieši un var ietekmēt tikai ar intensīvāku (bet daudz retāk) starpdaļiņu sadursmēm. Dominējošie mehānismi pāreja uz ultraskaņu metāla pulveri, salīdzinot ar aspirīna lameles izceļ atšķirības īpašības formējamo metālisko daļiņu un IrDA molekulāro kristālu. [Zeiger/Suslick 2011, 14532]

Ar aspirītu daļiņu sonofragmentācija [Zeiger/Suslick 2011]

Gopi et al. (2008) pētīja augstas tīrības pakāpes alumīnija oksīda (galvenokārt sub-100 nm diapazonu) ražošanu no mikrometra lieluma padeves (piemēram, 70-80 μm), izmantojot sonofragmentation. Viņi novēroja ievērojamas izmaiņas krāsu un formu alumīnija keramikas daļiņas, kā rezultātā Sono-fragmentācija. Daļiņas mikronu, submikronu un nano izmēra diapazonā var viegli iegūt ar lieljaudas ultraskaņas apstrādi. Daļiņu sfēriskums palielinājās, palielinot aiztures laiku akustikas jomā.

Izkliede virsmaktīvās vielas

Pateicoties efektīvam ultraskaņas daļiņu pārrāvumam, ir svarīgi izmantot virsmaktīvās vielas, lai izvairītos no submikronu un nanodaļiņu iegūtās daļiņas Deagglomeration. Jo mazāks daļiņu izmērs, jo lielāks virsmas laukuma attiecinājums, kas jāpārklāj ar virsmaktīvo vielu, lai tie paliktu suspensijā un izvairītos no daļiņu "koagualācijas" (aglomerācija). Ultrasonication paredz izkliedēt efekts: vienlaikus slīpēšanas un fragmentācijas, ultraskaņa izkliedē Dzirnavu daļiņu fragmenti ar virsmaktīvo vielu tā, ka aglomerācija Nano daļiņas ir (gandrīz) pilnīgi Izvairīties.

Rūpnieciskā ražošana

Lai apkalpotu tirgu ar augstas kvalitātes nano materiālu, kas izsaka ārkārtējas funkcionalitātes, ir nepieciešama uzticama apstrādes iekārta. Ultrasonicators ar līdz 16kW uz vienību, kas ir klasterizējamas ļauj Fort viņš apstrādi praktiski neierobežotu tilpums plūsmām. Ultraskaņas procesu pilnīgas lineāras mērogošanas dēļ ultraskaņas lietojumi var būt bez riska pārbaudīti laboratorijā, optimizēti stenda virsotnē un pēc tam ieviesti bez problēmām ražošanas līnijā. Kā ultraskaņas equiment neprasa lielu telpu, to var pat modernizē esošās procesu plūsmām. Darbība ir vienkārša, un to var uzraudzīt un vadīt, izmantojot tālvadības pults, kamēr uzturēšana ultraskaņas sistēma ir gandrīz nolaidīgs.

Daļiņu izmēra sadalījums un SEM attēli Bi2Te3 sakausējuma, pirms un pēc ultraskaņas malšanas. A – Daļiņu izmēra sadalījums; B – SEM attēlu pirms ultraskaņas malšanas; C – SEM attēlu pēc ultraskaņas malšanas 4 h; D – SEM attēlu pēc ultraskaņas malšanas 8 h.
avots: Marquez-Garcia et al. 2015.

Literatūra/atsauces