Echografie met hoog vermogen

High-power, lage frequentie ultrasound biedt een groot potentieel voor de chemische processen. Bij intensieve ultrasone golven worden in een vloeibaar medium, afwisselend hoge druk en lage druk cycli, met tarieven afhankelijk van de frequentie optreden. Hoge druk cycli betekenen compressie, terwijl laagfrequente cycli betekenen verdunning van het medium. Tijdens de lage druk (verdunning) cyclus hoog vermogen ultrasone creëert kleine vacuüm belletjes in de vloeistof. Deze vacuüm belletjes groeien over meerdere cycli.
Dienovereenkomstig de ultrasone intensiteit vloeistof comprimeert en strekt zich in verschillende mate. Dit betekent dat de cavitatie belletjes kunnen zich op twee manieren. Bij lage ultrasone intensiteit van ~ 1-3Wcm^-2, de cavitatiebellen oscilleren ongeveer een evenwichtsgrootte voor vele akoestische cycli. Dit fenomeen wordt stabiele cavitatie genoemd. Bij hoge ultrasone intensiteiten (≤10Wcm^-2) De cavitatie bellen worden gevormd binnen enkele akoestische cycli met een straal van ten minste tweemaal hun aanvankelijke grootte en samenvouwen op een punt van compressie wanneer de bubble energie niet kan opnemen. Dit wordt aangeduid als voorbijgaand of inertie cavitatie. Tijdens zeepbel implosie, lokaal zogenaamde hot spots optreden, die extreme omstandigheden zijn voorzien van: Tijdens de implosie, lokaal zeer hoge temperaturen (. Ca. 5000 K) en drukken (. Ca. 2,000atm) worden bereikt. De implosie van het cavitatiebel resulteert ook in vloeibare stralen tot 280m / s snelheid, die afschuifkrachten zeer hoog optreden. [Suslick 1998 / Santos et al. 2009]

Mesoporeuze TiO₂ via ultrasone Sol-Gel Synthesis

Mesoporeuze TiO₂ widley wordt gebruikt als fotokatalysator en elektronica, sensoren en herstel van het milieu. Voor optimale materiaaleigenschappen, is het de bedoeling TiO produceren₂ met een hoge kristalliniteit en groot oppervlak. De ultrasone-geassisteerde sol-gel route heeft het voordeel dat de intrinsieke en extrinsieke eigenschappen van TiO₂, Zoals de deeltjesgrootte, specifiek oppervlak, poriënvolume, poriëndiameter, kristalliniteit en anataas, rutiel en brookiet fasenverhoudingen kan worden beïnvloed door regeling van de parameters.
Milani et al. (2011) hebben de synthese van TiO aangetoond₂ anatase nanodeeltjes. Daarom werd de sol-gel-werkwijze toegepast op het TiCl₄ voorloper en beide manieren, met en zonder ultrasone trillingen, zijn vergeleken. De resultaten tonen aan dat ultrasone straling een monotoon effect op alle componenten van de oplossing door de sol-gel werkwijze en veroorzaakt het breken van losse schalmen van grote nanometrische colloïden in oplossing. Aldus worden kleinere nanodeeltjes gemaakt. De plaatselijk optredende hoge drukken en temperaturen breken de verlijmingen lange polymeerketens en de zwakke schakels bindende kleinere deeltjes, waardoor grotere colloïdale massa's worden gevormd. De vergelijking van beide TiO₂ monsters, in aanwezigheid en in afwezigheid van ultrasone bestraling wordt getoond in de SEM beelden hieronder (zie afb. 2).

Pic. 2: SEM afbeeldingen van TiO2 pwder, gecalcineerd bij 400 ° C gedurende 1 uur en gelatineren tijdstip van 24 uur: (a) in aanwezigheid van en (b) bij afwezigheid van ultrageluid. [Milani et al. 2011]

Bovendien kunnen chemische reacties profiteren sonochemische effecten, die bijvoorbeeld omvatten het breken van chemische bindingen, significante versterking van chemische reactiviteit of moleculaire afbraak.

Sono-Gels

In Sono-katalytisch geassisteerde sol-gel reactie, wordt ultrageluid aangebracht op de voorlopers. De resulterende materialen met nieuwe eigenschappen zijn bekend als sonogels. Vanwege de afwezigheid van additioneel oplosmiddel in combinatie met de ultrasone cavitatieEen unieke omgeving voor sol-gel-reactie ontstaat, waardoor de vorming van bijzonderheden in de verkregen gels hoge dichtheid, fijne structuur homogene structuur etc. Deze eigenschappen bepalen de evolutie van sonogels voor verdere verwerking en uiteindelijke materiaalstructuur . [Blanco et al. 1999]
Suslick en Price (1999) laten zien dat de ultrasone bestraling van Si (OC₂H₅)₄ in water met een zure katalysator produceert een silica “sonogel”. Bij conventionele bereiding van silicagels uit Si (OC₂H₅)₄Ethanol is een veelgebruikte hulpoplosmiddel gevolg van de niet-oplosbaarheid van Si (OC₂H₅)₄ in water. Het gebruik van dergelijke oplosmiddelen vaak problematisch omdat zij scheuren gedurende de droogstap kan veroorzaken. Ultrasone trillingen verschaft een zeer efficiënte menging zodat vluchtige hulpoplosmiddelen, zoals ethanol kunnen worden vermeden. Dit resulteert in een silica-gel Sono gekenmerkt door een hogere dichtheid dan conventioneel geproduceerde gels. [Suslick et al. 1999 319f.]
Gebruikelijke aerogels uit een lage dichtheid matrix met grote lege poriën. De sonogels daarentegen hebben fijnere porositeit en de poriën zijn vrij bol-vormig, met een glad oppervlak. Hellingen van meer dan 4 in de hoge hoekgebied kunnen belangrijke elektronendichtheid schommelingen van de porie-matrix grenzen [Rosa-Fox et al. 1990].
De beelden van het oppervlak van de poedermonsters blijkt duidelijk dat het gebruik van ultrasone golven geleid tot een grotere homogeniteit van de gemiddelde grootte van de deeltjes en resulteerde in kleinere deeltjes. Vanwege sonicatie, de gemiddelde deeltjesgrootte afneemt ca. 3 nm. [Milani et al. 2011]
De positieve effecten van ultrageluid zijn bewezen in diverse onderzoeken. Bijv melden Neppolian et al. in hun werk het belang en voordelen van ultrasone trillingen in de modificatie en verbetering van de fotokatalytische eigenschappen van mesoporeuze nano-afmetingen TiO2 deeltjes. [Neppolian et al. 2008]

Nanocoating via ultrasone sol-gelreactie

Nanocoating betekent bedekking van materiaal met een laag op nanoschaal of de dekking van een entiteit van nanogrootte. Daardoor worden ingekapselde of kern-schilstructuren verkregen. Dergelijke nanocomposieten hebben fysische en chemische eigenschappen met hoge prestaties vanwege gecombineerde specifieke kenmerken en / of structurerende effecten van de componenten.
Bij wijze van voorbeeld zal de bekledingsprocedure van indiumtinoxide (ITO) -deeltjes worden gedemonstreerd. ITO-deeltjes worden gecoat met silica in een tweestapsproces, zoals getoond in een studie van Chen (2009). In de eerste chemische stap ondergaat het indiumtinoxidepoeder een aminosilaan oppervlaktebehandeling. De tweede stap is de silicabekleding onder ultrasone trillingen. Om een ​​specifiek voorbeeld van sonicatie en de effecten ervan te geven, wordt de processtap die in de studie van Chen wordt gepresenteerd hieronder samengevat:
Een typisch proces voor deze stap is als volgt: 10 g GPTS werd langzaam gemengd met 20 g water aangezuurd met zoutzuur (HCl) (pH = 1,5). 4 g van het hiervoor genoemde met aminosilaan behandelde poeder werd vervolgens aan het mengsel toegevoegd, dat zich in een glazen fles van 100 ml bevond. De fles werd vervolgens onder de sonde van de sonicator geplaatst voor continue ultrageluidbestraling met een uitgangsvermogen van 60 W of meer.
Sol-gel reactie werd geïnitieerd na ongeveer 2-3 min bestraling met ultrageluid, waarna wit schuim werd gegenereerd door het vrijkomen van alcohol na uitgebreide hydrolyse van GLYMO (3- (2,3-epoxypropoxy) propyltrimethoxysilaan). De sonicatie werd gedurende 20 min, waarna de oplossing werd gedurende enkele uren. Zodra het proces klaar was, werden deeltjes verzameld door centrifugeren en werden keer met water en vervolgens gedroogd karakterisering gehouden of gedispergeerd in water of organische oplosmiddelen gewassen. [Chen 2009, p.217]