Hielscher ultralydteknologi

Sonofragmentering - Effekten av kraft Ultralyd på partikkelbrudd

Sonofragmentering beskriver partikkelbrudd i nanostørrelsesfragmenter ved hjelp av ultralyd med høy effekt. I motsetning til den vanlige ultralyddeagglomerering og fresing – hvor partikler hovedsakelig slipes og separeres ved inter-partikkel kollisjon – , er sono-fragementasjon preget av den direkte samspillet mellom partikkel- og sjokkbølge. Høy effekt / lavfrekvente ultralyd skaper kavitasjon og dermed intense skjærkraft i væsker. De ekstreme forholdene til cavitational boble kollaps og interparticular kollisjon slip partikler til meget fin størrelse materiale.

Ultralyd Produksjon og Fremstilling av Nano Partikler

Effektene av kraft ultralyd for produksjon av nano materialer er velkjente: Dispersing, Deagglomeration og Fresing & Sliping og fragmentering ved sonikering er ofte den eneste effektive metoden å behandle nanopartikler. Dette gjelder spesielt når det gjelder meget fine nano-materialer med spesielle funksjoner som med nanostørrelse, er unike partikkelegenskaper uttrykt. For å skape nanomateriale med spesifikke funksjoner, må det sikres en jevn og pålitelig lydbehandling. Hielscher leverer ultralyd utstyr fra laboratorie skala til full kommersiell produksjon størrelse.

Sono-fragmentering ved kavitasjon

Inngangen til kraftige ultralydskrefter i væsker skaper ekstreme forhold. Når ultralydet forplanter et flytende medium, resulterer ultralydbølgene i alternerende kompresjons- og sjeldne sykluser (høytrykks- og lavtrykkssykluser). Under lavtrykkssyklusene oppstår små vakuumbobler i væsken. Disse kavitasjon bobler vokser over flere lavtrykkssykluser til de oppnår en størrelse når de ikke kan absorbere mer energi. Ved denne tilstanden av maksimal absorbert energi og boblestørrelse, kolliderer kavitasjonsboblen voldsomt og skaper lokalt ekstreme forhold. På grunn av implosjonen av kavitasjon bobler, svært høye temperaturer på ca. 5000K og trykk på ca. 2000atm nås lokalt. Implosjonen resulterer i væskestråler på opptil 280m / s (≈1000km / t) hastighet. Sono-fragmentering beskriver bruk av disse intense kreftene for å fragmentere partikler til mindre dimensjoner i submikron og nano-området. Med en progressiv sonikering, svinger partikkelformen fra vinkel til sfærisk, noe som gjør partiklene mer verdifulle. Resultatene av sonofragmentering uttrykkes som fragmenteringshastighet som er beskrevet som en funksjon av effektinngang, sonisert volum og størrelsen på agglomeratene.
Kusters et al. (1994) undersøkte ultrasonisk assistert fragmentering av agglomerater i forhold til sitt energiforbruk. Forskerne "resultater" tyder på at ultralyd dispersjon teknikken kan være så effektiv som konvensjonelle sliping teknikker. Den industrielle praksisen med ultralyd dispersjon (f. eks større sonder, kontinuerlig gjennomstrømming av suspensjon) kan endre disse resultatene noe, men over-alt er det forventet at det spesifikke energiforbruket er ikke årsaken til valg av denne comminutron teknikk, men snarere dens evne til å produsere ekstremt fine (submikron) partikler. " [Kusters et al. 1994] Spesielt for eroding pulver som silika eller zirkoniumoksyd, ble den spesifikke energien som var påkrevet pr. pulvermasse, funnet å være lavere ved ultralydsliping enn for konvensjonelle slipemetoder. Ultralyd påvirker partiklene ikke bare ved fresing og sliping, men også ved polering av faststoffene. Dermed kan en høy sfærisitet av partiklene oppnås.

Sono-fragmentering for krystallisering av nanomaterialer

"Selv om det er liten tvil om at interpartikkelkollisjoner forekommer i slurry av molekylære krystaller bestrålet med ultralyd, er de ikke den dominerende kilden til fragmentering. I motsetning til molekylære krystaller blir ikke metallpartikler skadet av støtbølger direkte og kan kun påvirkes av de mer intense (men mye sjeldnere) interpartikkelkollisjonene. Skiftet i dominerende mekanismer for sonikering av metallpulver versus aspirinoppslemminger fremhever forskjellene i egenskaper av formbare metalliske partikler og sprø molekylære krystaller. "[Zeiger / Suslick 2011, 14532]

Ultrasonisk fragmentering av acetylsalisylsyrepartikler

Sønnsragmentering av aspirinpartikler [Zeiger / Suslick 2011]

Gopi et al. (2008) undersøkte fabrikasjon av høy-renhet submicrometer aluminiumoksid keramiske partikler (hovedsakelig i sub-100 NM rekkevidde) fra mikrometer-sized feed (f. eks, 70-80 μm) ved hjelp av sonofragmentering. De observerte en signifikant endring i farge og form av aluminiumoksid keramiske partikler som følge av Sono-fragmentering. Partikler i mikron, submikron og nano-sized rekkevidde kan lett fås ved høy effekt sonikering. Sfærisitet av partiklene økte med økende oppbevaringstid i det akustiske feltet.

Dispersjon i overflateaktivt middel

På grunn av effektiv ultralydpartikkelbrudd er bruk av overflateaktive stoffer essensielle for å forhindre deagglomerering av sub-mikron og nanostørrelsespartikler oppnådd. Jo mindre partikkelstørrelse, jo høyere apect-forholdet av overflatearealet, som må dekkes med overflateaktivt middel for å holde dem i suspensjon og for å unngå partiklernes koagualisering (agglomerering). Fordelen ved ultralyding ligger i dispergeringseffekten: Samtidig med sliping og fragmentering dispergerte ultralyd de grindede partikkelfragmentene med overflateaktivt middel, slik at agglomerering ofte nanopartikler blir (nesten) helt unngått.

Industriell produksjon

For å betjene markedet med høykvalitets nanomateriale som uttrykker ekstraordinære funksjoner, er det nødvendig med pålitelig prosessutstyr. Ultralydapparater med opptil 16 kW pr. Enhet som er klyngbare, tillater rask behandling av nesten ubegrensede volumstrømmer. På grunn av den fullstendig lineære skaleringen av ultralydsprosesser, kan ultralydsapplikasjoner testes uten risiko i laboratoriet, optimalisert i benkeskala og deretter implementeres uten problemer i produksjonslinjen. Da ultralydutstyret ikke krever en stor plass, kan den til og med ettermonteres i eksisterende prosessstrømmer. Operasjonen er enkel og kan overvåkes og drives via fjernkontrollen, mens vedlikehold av et ultralydsystem er nesten forsømmelig.

Litteratur / Referanser

  • Ambedkar, B. (2012): Ultralydskull-vask for avhaling og de-svovelisering: eksperimentell undersøkelse og mekanisk modellering. Springer, 2012.
  • Eder, Rafael JP; Skrank, Simone; Besenhard, Maximilian O .; Roblegg, Eva; Gruber-Woelfler, Heidrun; Khinast, Johannes G. (2012): Kontinuerlig sonokrystallisering av acetylsalisylsyre (ASA): Kontroll av krystallstørrelse. Krystallvekst & Design 12/10, 2012. i 4733-4738.
  • Gopi, KR; Nagarajan, R. (2008): Fremskritt i Nanoalumina Keramisk Partikkelfabrikasjon ved hjelp av Sonofragmentering. IEEE Transaksjoner på nanoteknologi 7/5, 2008. 532-537.
  • Kusters, Karl; Pratsinis, Sotiris E .; Thoma, Steven G .; Smith, Douglas M. (1994): Energiløsningsreduksjonslover for ultrasonisk fragmentering. Pulverteknologi 80, 1994. 253-263.
  • Zeiger, Brad W .; Suslick, Kenneth S. (2011): Sonofragementering av molekylære krystaller. Journal ofte han American Chemical Society. 2011.

Kontakt oss / be om mer informasjon

Snakk med oss ​​om dine krav til behandling. Vi vil anbefale de mest egnede oppsett- og behandlingsparametrene for prosjektet ditt.





Vær oppmerksom på at Personvernregler.



Ultrasonic processing: Cavitational "hot spot" (Klikk for å forstørre!)

Ultralyd sonotrode overfører lydbølger til væske. Fogging under sonotrode overflaten indikerer kavitasjon aktiveringspunkt område.