Hielscher Echografietechniek

Sonofragmentation - The Effect of Power Ultrasound op Particle Breakage

Sonofragmentation beschrijft het breken van deeltjes in nanogrootte fragmenten door hoog vermogen ultrageluid. In tegenstelling tot de gemeenschappelijke ultrasonische deagglomeratie en frezen – waarbij deeltjes in hoofdzaak worden vermalen en gescheiden door inter-deeltjesbotsing – , Sono-fragementation onderscheidt zich door de directe interactie tussen deeltje en schokgolf. Hoogvermogen / laagfrequent ultrageluid creëert cavitatie en daardoor intense afschuifkrachten in vloeistoffen. De extreme omstandigheden van cavitational bubble instorten en interparticular botsing te malen deeltjes tot zeer fijne deeltjes materiaal.

Ultrasone productie en de bereiding van nanodeeltjes

De effecten van ultrasone energie voor de productie van nanomaterialen zijn bekend: Dispergeren, deagglomeratie en frezen & Slijpen alsmede fragmentatie door sonicatie zijn vaak de enige effectieve methode voor de behandeling van nano-deeltjes. Dit geldt met name als het gaat om zeer fijne nano-materialen met bijzondere funcionalities als met nano grootte unieke deeltjeskarakteristieken worden uitgedrukt. Om nanomateriaal specifieke functionaliteiten te maken, moet een gelijkmatige en betrouwbare sonicatie te worden gecreëerd. Hielscher levert ultrasone apparatuur van labschaal tot volledige commerciële productie grootte.

Sono-fragmentatie door cavitatie

De inbreng van krachtige ultrasoon krachten in vloeistoffen ontstaat extreme omstandigheden. Wanneer ultrasone propageert een vloeibaar medium, de ultrasone golven resulteren in afwisselende compressie en verdunning cycli (hoge druk en lage druk cycli). Tijdens de lagedruk cycli, kleine vacuüm belletjes ontstaan ​​in de vloeistof. Deze cavitatie belletjes groeien over meerdere lage druk cycli totdat ze een grootte als ze meer energie niet kan opnemen bereiken. Bij deze stand van maximale geabsorbeerde energie en de grootte van de bellen, de cavitatiebel instorten hevig en creëert lokaal extreme omstandigheden. Als gevolg van de implosie van de cavitatie luchtbellen, zeer hoge temperaturen van ongeveer 5000K en drukken van ongeveer 2000atm worden lokaal bereikt. De implosie resulteert in vloeistofstralen met een snelheid tot 280 m / s (≈1000 km / h). Sonofragmentatie beschrijft het gebruik van deze intense krachten om deeltjes te fragmenteren tot kleinere dimensies in het submicron- en nanobereik. Met een voortschrijdend ultrasoonapparaat, verandert de vorm van de deeltjes van hoekig naar bolvormig, waardoor de deeltjes waardevoller worden. De resultaten van sonofragmentatie worden uitgedrukt als fragmentatiesnelheid die wordt beschreven als een functie van vermogeninput, sonicated volume en de grootte van de agglomeraten.
Kusters et al. (1994) onderzochten de ultrasonisch geassisteerde fragmentatie van agglomeraten in relatie tot hun energieverbruik. De resultaten van de onderzoekers "geven aan dat de ultrasone dispersietechniek net zo efficiënt kan zijn als conventionele slijptechnieken. De industriële praktijk van ultrasone dispersie (bv. grotere sondes, continue doorvoer van suspensie) kan deze resultaten enigszins veranderen, maar over het algemeen wordt verwacht dat het specifieke energieverbruik niet de reden is voor de keuze van deze comminutrontechniek, maar veeleer het vermogen om extreem fijne (submicron-)deeltjes te produceren". Speciaal voor eroderende poeders zoals silica of zirkoniumoxide de specifieke benodigde energie per eenheid poedermassa bleek lager ultrasoon slijpen dan conventionele schuurmiddelen zijn. Ultrasone trillingen beïnvloedt de deeltjes niet alleen frezen en slijpen, maar ook door polijsten van de vaste stoffen. Daardoor kan een hoge sfericiteit van de deeltjes worden bereikt.

Sono-fragmentatie voor de kristallisatie van Nanomaterialen

“Hoewel er weinig twijfel over bestaan ​​dat interparticle botsingen voorkomen in suspensies van moleculaire kristallen bestraald met ultrageluid, ze zijn niet de dominante bron van fragmentatie. In tegenstelling tot molecuulkristallen worden metaaldeeltjes niet beschadigd door schokgolven en direct kan worden aangetast door de sterker (maar veel zeldzamer) interparticle botsingen. De verschuiving in dominante mechanismen voor sonificatie metaalpoeders versus aspirine slurries wijst op de verschillen in eigenschappen van het betrokken metaaldeeltjes en bros molecuulkristallen. “[Zeiger / Suslick 2011, 14532]

Ultrasone fragmentatie van acetylsalicylzuur deeltjes

Sonofragmentation van aspirine deeltjes [Zeiger / Suslick 2011]

Gopi et al. (2008) onderzochten de fabricage van hoogzuivere submicrometer alumina keramische deeltjes (voornamelijk in sub-100 nm bereik) uit micrometer-sized feed (bijv. 70-80 μm) met behulp van sonofragmentatie. Zij constateerden een significante verandering in kleur en vorm van aluminiumoxide keramische deeltjes als gevolg van sonofragmentatie. Deeltjes in micron-, submicron- en nano-afmetingen kunnen gemakkelijk worden verkregen door een hoge geluidskwaliteit. De bolvormigheid van de deeltjes nam toe met een toenemende retentietijd in het akoestische veld.

Dispersie in Surfactant

Vanwege de effectieve ultrasone deeltje breuk, het gebruik van oppervlakteactieve stoffen is essentieel voor deagglomeratie van de sub-micron en nanodeeltjes verkregen voorkomen. Hoe kleiner de deeltjesgrootte, hoe hoger de apect verhouding van oppervlak, dat moet worden bedekt met een surfactant om ze in suspensie te houden en coagualation deeltjes (agglomeratie) voorkomen. Het voordeel van ultrasone trillingen ligt in het dispergerende effect: Gelijktijdig het malen en fragmentatie, ultrageluid gedispergeerd de gemalen deeltjes fragmenten met de oppervlakteactieve zodat agglomeratie wordt dikwijls deeltjes (bijna) volledig vermeden nano hij.

Industriële productie

Om de markt van hoogwaardig nanomateriaal te voorzien dat buitengewone functionaliteiten uitdrukt, is betrouwbare verwerkingsapparatuur vereist. Ultrasoonapparaten met maximaal 16 kW per eenheid die kunnen worden geclusterd, maken verwerking van vrijwel onbeperkte volumestromen mogelijk. Dankzij de volledig lineaire schaalbaarheid van ultrasone processen, kunnen ultrasone toepassingen zonder risico worden getest in het laboratorium, geoptimaliseerd in bench-top schaal en vervolgens probleemloos in de productielijn worden geïmplementeerd. Omdat het ultrasone apparaat geen grote ruimte vereist, kan het zelfs achteraf worden ingebouwd in bestaande processtromen. De bediening is eenvoudig en kan worden gecontroleerd en uitgevoerd via afstandsbediening, terwijl het onderhoud van een ultrasoon systeem bijna te verwaarlozen is.

Literatuur / Referenties

  • Ambedkar, B. (2012): Ultrasone Coal-Wash voor De-Ashing en ontzwaveling: experimenteel onderzoek en Mechanistisch modelleren. Springer 2012.
  • Eder, Rafael J. P .; Schrank, Simone; Besenhard Maximiliaan O .; Roblegg, Eva; Gruber-Woelfler, Heidrun; Khinast, Johannes G. (2012): Continue Sonocrystallization acetylsalicylzuur (ASA): Controle van Crystal Size. Crystal Growth & Ontwerp 12/10, 2012. 4733-4738.
  • Gopi, K. R .; Nagarajan, R. (2008): Vooruitgang in Nanoalumina Ceramic Particle Fabrication Met behulp Sonofragmentation. IEEE Transactions on Nanotechnologie 7/5, 2008. 532-537.
  • Kusters, Karl; Pratsinis Sotiris E .; Thoma, Steven G .; Smith, Douglas M. (1994): wetten voor ultrasoon fragmentatie Energy-verkleinen. Powder Technology 80, 1994. 253-263.
  • Zeiger, Brad W .; Suslick, Kenneth S. (2011): Sonofragementation of Molecular Crystals. Journal oft hij American Chemical Society. 2011.

Neem contact met ons op / vraag om meer informatie

Praat met ons over uw verwerking eisen. We zullen de meest geschikte configuratie en bewerkingsparameters aanbevelen voor uw project.





Let op onze Privacybeleid.



Ultrasonic processing: Cavitational "hot spot" (Klik om te vergroten!)

Ultrasone sonotrode uitzenden van geluidsgolven in vloeistof. Het vernevelen onder het oppervlak van de sonotrode geeft aan de cavitatie-hotspot Gebied.