• A pesquisa mostrou que a trituração ultra-sônica pode com sucesso ser usada para a fabricação de nanopartículas termoelétrica e tem o potencial para manipular as superfícies das partículas.
• Partículas ultrassonicamente fresadas (por exemplo, bi₂Te₃-based) mostrou uma redução significativa do tamanho e nano-partículas fabricadas com menos do que 10μm.
• Além disso, sonication produz mudanças significativas da morfologia da superfície das partículas e permitir, assim, para funcionalizar a superfície de micro e nano-partículas.

Nanopartículas termoelétricas

Os materiais thermoelectric convertem a energia térmica à energia elétrica baseada no efeito de Seebeck e de Peltier. Desse modo torna-se possível girar a energia térmica mal utilizável ou quase perdida eficazmente em aplicações produtivas. Desde que os materiais termoelétrica podem ser incluídos em aplicações novas tais como baterias lâmpada, refrigerar termoelétrica do sólido-estado, dispositivos optoelectronic, espaço, e geração de poder automotriz, a pesquisa e a indústria estão procurarando para facile e rápido técnicas para produzir nanopartículas termoelétricas ecológicas, econômicas e de alta temperatura estável. Fresamento Ultrassônico bem como síntese de baixo para cima (Sono-Cristalização) são rotas promissoras para a rápida produção em massa de nanomateriais termoelétricos.

Equipamento de trituração ultra-sônico

Para a redução do tamanho de partícula do Telluride de bismuto (BI₂Te₃), silicídio de magnésio (mg₂Si) e silício (si) em pó, o sistema ultrassônico de alta intensidade UIP1000hdT (1kW, 20kHz) foi usado em uma instalação aberta do béaker. Para todos os ensaios a amplitude foi ajustada para 140 μm. A embarcação da amostra é refrigerada em um banho de água, a temperatura é controlada pelo Thermo-par. Devido ao sonication em uma embarcação aberta, refrigerar foi usado para impedir a evaporação das soluções de trituração (por exemplo, etanol, butanol, ou água).

(a) diagrama esquemático da configuração experimental. (b) aparelhos de fresamento Ultrassônico. Fonte: Marquez-Garcia et al. 2015.

Fresamento Ultrassônico para apenas 4h de BI₂Te₃-a liga já rendeu em uma quantidade substancial de nanopartículas com tamanhos entre 150 e 400 nanômetro. Além da redução do tamanho à escala nano, o sonication igualmente conduziu a uma mudança da morfologia de superfície. As imagens de SEM na figura abaixo b, c, e d mostrar que as bordas afiadas das partículas antes de moagem ultra-sônica tornaram-se liso e redondo após moagem ultra-sônica.

Distribuição granulométrica e imagens SEM de liga Bi2Te3-based antes e depois de fresamento Ultrassônico. Um – Distribuição granulométrica; B – SEM imagem antes de moagem ultra-sônica; C – Imagem de SEM após fresamento Ultrassônico para 4 h; D – Imagem de SEM após fresamento Ultrassônico para 8 h.
Fonte: Marquez-Garcia et al. 2015.

Para determinar se a redução de tamanho de partícula e a modificação de superfície são alcançadas excepcionalmente pela trituração ultra-sônica, os experimentos similares foram conduzidos usando um moinho de bola de alta energia. Os resultados são mostrados na Fig. 3. É evidente que as partículas de 200 – 800 nm foram produzidas por fresamento de esferas para 48 h (12 vezes mais do que fresamento Ultrassônico). SEM mostra que as bordas afiadas do bi₂Te₃-as partículas da liga permanecem essencialmente inalteradas após o fresamento. Estes resultados indicam que as bordas lisas são características originais da trituração ultra-sônica. A economia de tempo pela trituração ultra-sônica (4 h contra a trituração da esfera de 48 h) é notável, demasiado.

Distribuição granulométrica e imagens SEM de Mg2Si antes e após fresamento Ultrassônico. (a) distribuição granulométrica; (b) SEM imagem antes de moagem ultra-sônica; (c) imagem SEM após fresamento Ultrassônico em 50% PVP – 50% EtOH por 2 h.
Fonte: Marquez-Garcia et al. 2015.

Marquez-Garcia et al. (2015) concluem que o fresamento Ultrassônico pode degradar bi₂Te₃ e mg₂Pó do si em partículas menores, os tamanhos de que variam de 40 a 400 nanômetro, sugerindo uma técnica potencial para a produção industrial das nanopartículas. Comparado com o fresamento de esferas de alta energia, o fresamento Ultrassônico tem duas características exclusivas:

1. 1. a ocorrência de uma lacuna de tamanho de partícula separando as partículas originais daquelas produzidas por fresamento Ultrassônico; E
2. 2. alterações substanciais na morfologia superficial são aparentes após fresamento Ultrassônico, indicando a possibilidade de manipular as superfícies das partículas.

Conclusão

Moagem ultra-sônica de partículas mais duras requer sonication pressão para gerar cavitação intensa. Sonication pressão elevada (o chamado manosonication) aumenta as forças de cisalhamento e stress para as partículas drasticamente.
Uma configuração contínua em linha sonication permite uma maior carga de partículas (pasta-como chorume), o que melhora os resultados de moagem desde moagem ultra-sônica é baseado em colisão entre partículas.
Sonication em uma configuração de recirculação discreta permite garantir um tratamento homogêneo de todas as partículas e, portanto, uma distribuição de tamanho de partícula muito estreita.

Uma vantagem principal da trituração ultra-sônica é que a tecnologia pode prontamente ser escalada acima para a produção de grandes quantidades-disponível comercialmente, o trituração ultra-sônico industrial poderoso pode segurar quantidades até 10m³/h.

Vantagens da trituração ultra-sônica

• Rápido, economia de tempo
• economia de energia
• resultados reprodutíveis
• Nenhuns meios de trituração (nenhuns grânulos ou pérolas)
• Baixo custo de investimento

Ultrasonicators de alto desempenho

A trituração ultra-sônica exige o equipamento ultra-sônico do poder superior. A fim de gerar intensas forças de cisalhamento cavitacional, altas amplitudes e pressão são cruciais. Hielscher ultrasonics’ os processadores ultra-sônicos industriais podem entregar amplitudes muito elevadas. As amplitudes de até 200 μm podem facilmente ser funcionam continuamente na operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, os sonotrodes ultra-sônicos personalizados estão disponíveis. Em combinação com os reatores pressurizable do fluxo de Hielscher, a cavitação muito intensa é criada de modo que os Bondings intermolecular possam ser superados e os efeitos de trituração eficientes sejam conseguidos.
A robustez do equipamento ultra-sônico de Hielscher permite a operação 24/7 no serviço pesado e em ambientes de exigência. O controle digital e remoto, bem como a gravação automática de dados em um cartão SD embutido garantem um processamento preciso, qualidade reprodutível e permitem a padronização do processo.

Vantagens do Hielscher Ultrasonicators de alto desempenho

• amplitudes muito elevadas
• pressões elevadas
• processo inline contínuo
• equipamento robusto
• expansão linear a escala larga
• excepto e fácil operar-se
• Fácil de limpar