O ultra-som de alta potência

De alta potência, ultra-som de baixa frequência oferece alto potencial de processos químicos. Quando as ondas de ultra-sons intensos são introduzidos num meio líquido, ciclos alternados de alta pressão e de baixa pressão com taxas dependendo da frequência ocorrem. ciclos de alta pressão média de compressão, enquanto que os ciclos de baixa frequência significa rarefacção do meio. Durante o ciclo de baixa pressão (rarefacção), ultra-sons de alta potência são criadas pequenas bolhas de vácuo no líquido. Estas bolhas de vácuo crescer ao longo de vários ciclos.
De acordo com a intensidade ultra-som, líquido comprime e se estende até graus variados. Isto significa que o cavitação bolhas podem comportar-se de duas maneiras. Em baixas intensidades ultra-sônicas de ~ 1-3Wcm^-2, as bolhas de cavitação oscilam sobre algum tamanho de equilíbrio para muitos ciclos acústicos. Esse fenômeno é denominado cavitação estável. Em altas intensidades ultra-sônicas (≤10Wcm^-2) As bolhas cavitacionais são formadas dentro de poucos ciclos acústicos com um raio de, pelo menos, duas vezes o seu tamanho inicial e colapso em um ponto de compressão quando a bolha não pode absorver mais energia. Isto é denominado cavitação transitória ou inercial. Durante bolha implosão, localmente chamados pontos quentes ocorrer, que apresentam condições extremas: Durante a implosão, localmente temperaturas muito altas (aprox. 5.000 K) e pressões (aprox. 2,000atm) são alcançados. A implosão da bolha de cavitação também resulta em jactos de líquido de até 280m / s de velocidade, que actuam como forças de cisalhamento muito elevadas. [1998 Suslick / Santos et al. 2009]

mesoporosos TiO₂ por meio de ultra-som Sol-Gel Síntese

mesoporosos TiO₂ é widley usado como fotocatalisador, bem como em electrónica, a tecnologia de sensores e recuperação do meio ambiente. Para propriedades de materiais optimizadas, que se destina a produzir TiO₂ com elevada cristalinidade e grande área de superfície. A via sol-gel de ultra-som assistido tem a vantagem de que as propriedades intrínsecas e extrínsecas de TiO₂, Tais como o tamanho de partícula, área de superfície, volume de poros, diâmetro dos poros, cristalinidade, bem como de anatase, rútilo e de razões de fase brookite pode ser influenciado por meio do controle dos parâmetros.
Milani et al. (2011) demonstraram a síntese de TiO₂ nanopartículas de anatase. Portanto, o processo sol-gel foi aplicado ao TiCl₄ precursor e em ambos os sentidos, com e sem ultra-som, foram comparados. Os resultados mostram que a irradiação de ultra-sons tem um efeito monótona em todos os componentes da solução feita pelo método de sol-gel e causar a quebra de ligações soltas de grandes colóides nanométricas em solução. Assim, as nanopartículas pequenas são criados. As que ocorrem localmente altas pressões e temperaturas quebrar as uniões em cadeias poliméricas longas, bem como os vínculos de ligação fracas partículas mais pequenas, pelo que massas maiores coloidais são formados. A comparação de ambas TiO₂ amostras, na presença e na ausência de irradiação de ultra-sons, é mostrado nas imagens SEM abaixo (ver fig. 2).

Foto. 2: imagens de SEM de TiO2 pwder, calcinado a 400 graus C durante 1 hora e tempo de gelatinização de 24 horas: (a) na presença de e (b) na ausência de ultrassons. [Milani et al. 2011]

Além disso, as reacções químicas podem lucrar efeitos sonoquímicos, que incluem, por exemplo, a quebra de ligações químicas, melhoria significativa da reactividade química ou degradação molecular.

Sono-Gel

Dentro Sono-cataliticamente reacções de sol-gel assistidas, ultra-som é aplicado aos precursores. Os materiais resultantes com novas características são conhecidos como sonogels. Devido à ausência de solvente adicional em combinação com a ultra-sons cavitação, É criado um ambiente único para as reacções de sol-gel, o que permite a formação de características específicas nos géis resultantes: alta densidade, boa textura, estrutura homogénea etc. Estas propriedades determinam a evolução da sonogels no processamento posterior e da estrutura do material final . [Blanco et al. 1999]
Suslick e Price (1999) mostram que a irradiação ultra-sónica de Si (OC₂H₅)₄ em água, com um catalisador ácido produz um gel “sonogel”. Na preparação convencional de géis de sílica a partir de Si (OC₂H₅)₄, Etanol representa um comumente usado co-solvente, devido à não-solubilidade de Si (OC₂H₅)₄ na água. A utilização de tais solventes é muitas vezes problemática, já que eles podem causar a fissuração durante o passo de secagem. Ultra-som fornece uma mistura altamente eficiente para que voláteis co-solventes tais como o etanol pode ser evitado. Isso resulta em uma sílica-gel de sono caracterizado por uma densidade mais elevada do que geles produzidos convencionalmente. [Suslick et al. 1999, 319f.]
aerogéis convencionais consistem de uma matriz de baixa densidade com poros grandes vazios. Os sonogels, em contraste, tem porosidade mais fina e os poros são bastante em forma de esfera, com uma superfície lisa. Pistas superiores a 4 na região de ângulo elevado revelar flutuações importantes de densidade electrónica nos limites dos poros da matriz [Rosa-Fox et al. 1990].
As imagens da superfície das amostras em pó mostram claramente que o uso de ondas ultra-sônicas resultou em maior homogeneidade do tamanho médio das partículas e resultou em partículas menores. Devido a sonicação, o tamanho médio das partículas diminui por aprox. 3 nm. [Milani et al. 2011]
Os efeitos positivos do ultra-som são comprovados em vários estudos de investigação. Por exemplo, reportar Neppolian et al. no seu trabalho a importância e vantagens de ultra-sons na modificação e melhoria das propriedades foto catalíticas de partículas de TiO2 nano-tamanho mesoporosos. [Neppolian et al. 2008]

Nanocoating através da reacção de sol-gel de ultra-sons

Nanocoating significa cobrir material com uma camada nano-escalada ou a cobertura de uma entidade de tamanho nano. Assim, são obtidas estruturas encapsuladas ou de núcleo-concha. Tais compostos nano apresentam propriedades físicas e químicas de alto desempenho devido a características específicas combinadas e / ou efeitos estruturantes dos componentes.
Exemplos, o procedimento de revestimento das partículas de óxido de iodeto de índio (ITO) será demonstrado. As partículas de ITO são revestidas com sílica em um processo de dois passos, como mostrado em um estudo de Chen (2009). No primeiro passo químico, o pó de óxido de indio e estanho sofre um tratamento de superfície de aminosilano. O segundo passo é o revestimento de sílica sob ultra-som. Para dar um exemplo específico de sonicação e seus efeitos, o passo do processo apresentado no estudo de Chen, está resumido a seguir:
Um processo típico para este passo é o seguinte: 10 g GPTS foi misturado lentamente com 20 g de água acidificada por ácido clorídrico (HCl) (pH = 1,5). Adicionou-se 4 g do pó tratado com aminosilano acima mencionado à mistura, contida numa garrafa de vidro de 100 ml. A garrafa foi então colocada sob a sonda do sonicador para irradiação contínua por ultra-som com potência de saída de 60W ou superior.
reacção de sol-gel foi iniciado após a irradiação de ultra-sons aproximadamente 2-3 min, sobre o qual foi gerado espuma branca, devido à libertação de álcool mediante hidrólise extensa de GLYMO (3- (2,3-epoxipropoxi) propiltrimetoxisilano). A sonicao foi aplicada durante 20 minutos, após o que a solução foi agitada durante mais algumas horas. Uma vez que o processo foi terminado, as partículas foram recolhidas por centrifugação e foram lavadas várias vezes com água, em seguida secou-se, quer para a caracterização ou mantidos disperso em água ou solventes orgânicos. [Chen 2009, p.217]