USG o dużej mocy

Dużej mocy, ultradźwięki o niskiej częstotliwości oferuje wysoki potencjał do procesów chemicznych. Kiedy intensywne fale ultradźwiękowe są wprowadzane do cieczy, na przemian cykle wysokiego ciśnienia i niskiego ciśnienia z szybkościami w zależności od częstotliwości występuje. cykle wysokociśnieniowe oznaczać kompresji, podczas gdy cykle niskie częstotliwości myśli rozrzedzenia ośrodka. Podczas niskiego ciśnienia (rozrzedzenie) cyklu ultradźwiękowej wysokiej mocy powstają małe pęcherzyki próżniowe w cieczy. Te pęcherzyki próżniowe rosnąć przez kilka cykli.
Odpowiednio do natężenia ultradźwięków, płyn kompresuje i rozciąga się w różnym stopniu. Oznacza to, że kawitacja Pęcherzyki mogą zachowywać się na dwa sposoby. Przy niskich ultradźwiękowych natężeń ~ 1-3Wcm^-2Pęcherzyki kawitacji oscylują wokół jakiejś wielkości równowagi dla wielu cykli akustycznych. Zjawisko to określa się mianem stabilnej kawitacji. Przy wysokich natężeń ultradźwięków (≤10Wcm^-2) Te pęcherzyki kawitacyjne powstają w ciągu kilku cykli akustycznych o promieniu co najmniej dwukrotność ich początkowej wielkości i upadku w punkcie kompresji, gdy pęcherzyk nie może wchłonąć więcej energii. Jest to określane jako przejściową lub inercyjne kawitacji. Podczas implozji bąbelków, lokalnie występują tak zwane gorące punkty, które wyposażone są w ekstremalnych warunkach: podczas implozji, lokalnie bardzo wysokie temperatury (ok. 5,000K) i ciśnieniu (ok. 2,000atm) zostały osiągnięte. Implozja pęcherzyka kawitacyjnego skutkuje również strumieniami cieczy do 280m / s prędkości, które działają w bardzo dużych sił ścinających. [Suslick 1998 / Santos et al. 2009]

mezoporowate TiO₂ poprzez ultradźwiękowe Sol-Gel Synthesis

mezoporowate TiO₂ widley jest stosowany jako fotokatalizatora, a także w dziedzinie elektroniki, sensoryki i rekultywacji środowiska. Dla optymalizacji właściwości materiałowych, to na celu stworzenie TiC₂ o wysokiej krystaliczności i dużej powierzchni. Ultradźwiękowy wspomaga droga zol-żel ma tę zaletę, że wewnętrzne i zewnętrzne właściwości TiO₂, Takich jak wielkość cząstek, powierzchnia porów objętości porów średnicy, krystaliczności oraz anatazu, rutylu i brukitu stosunki fazowe można oddziaływać przez kontrolowanie parametrów.
Milani i in. (2011) wykazali syntezę TiO₂ Nanocząstki anataz. Dlatego, w procesie zol-żel nakłada się na TiCU₄ prekursora i w obu kierunkach, z lub bez ultradźwiękami zostały porównane. Wyniki pokazują, że ultradźwięki ma jednostajny wpływu na wszystkie składniki roztworu wykonany metodą zol-żel, i spowodować złamanie luźne związki dużych nanometrycznych koloidów w roztworze. Tak więc, małe nanocząstki utworzone. Lokalnie występujące wysokie ciśnienia i temperatury łamać wiązań długich łańcuchów polimerowych, jak również słabe połączeń wiążących mniejszych cząstek, w którym tworzą się większe masy koloidalnych. Porównanie obu TiO₂ Próbki, w obecności i przy braku działania ultradźwiękami, jest pokazany na obrazach SEM poniżej (patrz rys. 2).

Fotka. 2. obrazy SEM TiO2 pwder, kalcynowany w temperaturze 400 ° C w ciągu 1 h i żelowania czasie 24 godzin: (a) w obecności i (b) w nieobecności ultradźwięków. [Milani i in. 2011]

Ponadto reakcje chemiczne mogą korzystać z efektu sonochemicznych, do których należą np pękanie wiązań chemicznych znacznego zwiększenia reaktywności chemicznej lub degradacji cząsteczkowej.

Sono-żel

W sono katalitycznie Reakcje wspomagane zol-żel, ultradźwięki stosuje się do prekursorów. Uzyskane materiały o nowych właściwościach są znane jako sonogels. Ze względu na brak dodatkowego rozpuszczalnika, w połączeniu z ultradźwiękami kawitacja, Unikalny dla środowiska reakcji zol-żel jest utworzony, co umożliwia formowanie określonych elementów w otrzymanych żeli: dużą gęstość, drobnoziarnistą, jednorodną strukturę itd. Te właściwości określają ewolucję sonogels na dalsze przetwarzanie i ostatecznej struktury materiału , [Blanco i in. 1999]
Suslick i cena (1999) pokazują, że ultradźwięki Si (OC₂H₅)₄ w wodzie, w obecności kwasowego katalizatora wytwarza krzemionki „sonogel”. W konwencjonalnym wytwarzaniu żelu krzemionkowego z Si (OC₂H₅)₄Etanol jest powszechnie stosowanym współrozpuszczalnikiem powodu braku rozpuszczalności Si (OC₂H₅)₄ w wodzie. Zastosowanie takich rozpuszczalników jest często problematyczne, ponieważ mogą one powodować pękanie podczas etapu suszenia. Ultradźwięki stanowi bardzo skuteczne mieszanie tak, że można uniknąć, lotne współrozpuszczalniki, takie jak etanol. Powoduje to sono żelu krzemionkowego charakteryzującym się większą gęstością niż konwencjonalnie wytwarzane żeli. [Suslick i in. 1999, 319f].
Aerożele konwencjonalne składają się z matrycy o niskiej gęstości, o dużych pustych porów. W sonogels, w przeciwieństwie do tego, porowatość i mają drobniejsze pory są całkiem w kształcie kuli, o gładkiej powierzchni. Zbocza więcej niż 4 w obszarze wysokiej kąt ujawniają znaczne fluktuacje gęstości elektronowej na granicach porów macierzy [Rosa Fox i in. 1990].
Obrazy powierzchni próbek proszkowych pokazują jasno, że przy użyciu fal ultradźwiękowych w wyniku większej jednorodności średniej wielkości cząstek, a w wyniku mniejsze cząstki. Ze względu na działanie ultradźwiękami, średni rozmiar cząstek zmniejsza się o ok. 3 nm. [Milani i in. 2011]
Pozytywne efekty ultradźwięków są sprawdzone w wielu badaniach naukowych. Np zgłosić Neppolian et al. w pracy znaczenie i zalety ultradźwiękami w modyfikacji i poprawy właściwości fotokatalitycznych mezoporowatych cząstek TiO2 nano-rozmiaru. [Neppolian i in. 2008]

NanoPowłoka poprzez ultradźwiękowe reakcji zol-żel

NanoPowłoka oznacza materiał obejmujący warstwą nano skalę lub pokrycia jednostki nanocząstek. W ten sposób zamknięty lub struktury typu rdzeń-otoczka otrzymuje się. Takie kompozyty nanocząstki posiadają fizycznych i chemicznych właściwości wysokiej wydajności z uwagi na połączeniu określonych cech i / lub skutków strukturyzacji składników.
Przykładowo procedura powłoki z tlenku indu i cyny (ITO) cząstek będzie wykazane. cząstki ITO są pokryte krzemionką w procesie dwustopniowym, jak pokazano w badaniach Chen (2009). W pierwszym etapie chemicznym proszek tlenku indu i cyny jest poddawany obróbce aminosilan Suface. Drugi etap jest powlekanie krzemionką pod ultradźwiękami. Aby dać konkretny przykład ultradźwiękami i jego skutków, etap procesu przedstawiono w badaniu Chena, przedstawiono poniżej:
Typowy proces dla tego etapu jest następujący: 10 g GPTS mieszano powoli z 20 g wody zakwaszonej kwasem chlorowodorowym (HCl) (pH = 1,5). Następnie do mieszaniny dodano 4 g wyżej wspomnianego traktowanego aminosilanem proszku, zawartego w szklanej butelce o pojemności 100 ml. Następnie butelkę umieszczono pod sondą sonikatora w celu ciągłego naświetlania ultradźwiękowego z mocą wyjściową 60 W lub więcej.
reakcję zol-żel rozpoczynano po upływie około 2-3min napromieniowania ultradźwiękowego, na których białe piany wytworzonej się, ze względu na uwalnianie alkoholu po rozległej hydrolizie GLYMO (3- (2,3-Epoksypropoksy) propylotrimetoksysilan). Sonikacja stosowano przez 20 minut, po czym roztwór miesza się w ciągu kilku godzin. Gdy proces ten został zakończony, cząstki zostały zebrane przez wirowanie i wielokrotnie przemywa wodą, a następnie wysuszone do charakteryzacji lub trzymane rozproszony w wodzie lub w rozpuszczalnikach organicznych. [Chen 2009, p.217]