Sonofragmentation descrie spargerea particulelor în fragmente de dimensiuni nanometrice cu ultrasunete de mare putere. Spre deosebire de deaglomerare cu ultrasunete comune și măcinarea – în cazul în care particulele sunt fărâmițate în principal, și separate prin coliziune inter-particule – , Sono-fragementation se distinge prin interacțiunea directă dintre particule și unda de șoc. De mare putere / cu ultrasunete de frecvență joasă creează cavitație și forțe de forfecare, astfel, intense în lichide. Condițiile extreme de colaps bule cavitationale și coliziune interparticular pisa particule de dimensiuni foarte fine de material.

Cu ultrasunete Producerea si Prepararea Nano Particule

Efectele ultrasunetelor de putere pentru producerea de materiale nano sunt bine-cunoscute: dispersanți, deaglomerare și frezare & Grinding precum și fragmentări sonicare sunt adesea singura metodă eficientă pentru tratarea nano-particule. Acest lucru este valabil mai ales atunci când vine vorba de materiale nano foarte fine cu funcionalities especial ca cu caracteristici unice de particule de dimensiuni nano sunt exprimate. Pentru a crea nano materiale cu funcționalități specifice, trebuie să se asigure un proces sonicare chiar și de încredere. Hielscher furnizează echipamente cu ultrasunete de la scară de laborator la mărime completă de producție comercială.

Sono-Fragmentarea de cavitație

Intrarea forțelor ultrasonice puternice în lichide creează condiții extreme. Când ultrasunete propagates un mediu lichid, undele ultrasonice duce la compresiune și ciclurile descarcării (de înaltă presiune și cicluri de joasă presiune) alternativ. În timpul ciclurilor de presiune joasă, bule mici apar în cu vid lichid. Aceste cavitație bule cresc pe mai multe cicluri de presiune joasă, până când se obține o dimensiune atunci când acestea nu pot absorbi mai multă energie. La această stare de maximă absorbită de energie și dimensiunea bulei, bubble colaps cavitatie violent și creează condiții extreme pe plan local. Datorită implozia cavitație bule, temperaturi foarte ridicate de aprox. 5000 K și presiuni de aprox. 2000atm sunt atinse la nivel local. Implozia are ca rezultat jeturi de lichid de viteză de până la 280 m / s (≈1000 km / h). Sono-fragmentarea descrie utilizarea acestor forțe intense pentru fragmentarea particulelor la dimensiuni mai mici în submicron și nano. Cu o sonicare progresivă, forma particulei se transformă de la unghi la sferic, ceea ce face particulele mai valoroase. Rezultatele sonofragmentării sunt exprimate ca rată de fragmentare care este descrisă ca o funcție a intrării de putere, a volumului sonicat și a mărimii aglomeratelor.
Kusters et al. (1994) a investigat fragmentarea ultrasonically asistată a aglomeratelor în raport cu consumul său de energie. Rezultatele cercetătorilor "indică faptul că tehnica de dispersie cu ultrasunete poate fi la fel de eficient ca tehnicile de măcinare convenționale. Practica industrială a dispersiei cu ultrasunete (de exemplu, sonde mai mari, debit continuu de suspensie) poate modifica aceste rezultate oarecum, dar peste-tot se așteaptă ca consumul specific de energie nu este motivul pentru selectarea acestui comminutron tehnica, ci mai degrabă capacitatea sa de a produce particule extrem de fin (submicronn). " [Kusters et al. 1994] Mai ales pentru erodează pulberi, ar fi silice sau zirconiu, energia specifică necesară per unitate de masa de pulbere a fost găsită a fi mai mică prin măcinare cu ultrasunete decât cea a metodelor convenționale de măcinare. Ultrasonication afectează particulele nu numai prin măcinare și măcinare, dar, de asemenea, prin lustruirea solidelor. Astfel, o sfericitate ridicată a particulelor poate fi atins.

Sono-fragmentare pentru cristalizării Nanomaterialele

„Deși nu există nici o îndoială că ciocnirile interparticule apar în nămolurile de cristale moleculare iradiate cu ultrasunete, ele nu sunt sursa dominanta de fragmentare. In contrast cu cristale moleculare, particulele de metal nu sunt deteriorate de undele de șoc direct și poate fi afectată doar de mai intensă (dar mult mai rar) coliziuni interparticule. Schimbarea mecanismelor dominante pentru sonicarea pulberilor metalice versus șlamuri aspirina evidențiază diferențele în proprietățile de particule metalice maleabile și cristale moleculare friabile. „[Zeiger / Suslick 2011, 14532]

Sonofragmentation particulelor de aspirină [Zeiger / Suslick 2011]

Gopi et al. (2008) a investigat fabricarea particulelor ceramice de înaltă puritate submicrometru alumină (predominant în gama sub-100 nm) din furaje de dimensiuni micrometru (de exemplu, 70-80 μm) folosind sonofragmentarea. Ei au observat o schimbare semnificativă a culorii și formei particulelor ceramice de alumină ca urmare a sono-fragmentării. Particulele din Micron, submicroni și gama nano pot fi ușor obținute prin Sonicare de mare putere. Sferitatea particulelor a crescut odată cu creșterea timpului de retenție în câmpul acustic.

Dispersia în Surfactant

Datorită ruperii eficientă a particulelor cu ultrasunete, utilizarea surfactanților este esențială pentru prevenirea dezaglomerarea sub-microni și particule de dimensiuni nano obținute. Este mai mică dimensiunea particulelor, cu cât raportul apect de suprafață, care trebuie să fie acoperite cu surfactant pentru a le menține în suspensie și pentru a evita coagualation particulelor (aglomerare). Avantajul ultrasonication prevede în efectul de dispersie: Simultan măcinarea și fragmentarea, ultrasunetele dispersate fragmentele fărâmițate ale particulelor cu agentul tensioactiv, astfel încât aglomerarea oft el nano particule este (aproape) complet evitate.

Productie industriala

Pentru a servi piața cu nano materiale de înaltă calitate, care exprimă funcționalități extraordinare, sunt necesare echipamente fiabile de procesare. Ultrasonicatoarele cu o capacitate de până la 16kW pe unitate care sunt clusterizabile permit o prelucrare a fluxurilor de volum practic nelimitate. Datorită scalabilității pe deplin lineare a proceselor ultrasonice, aplicațiile cu ultrasunete pot fi testate fără riscuri în laborator, optimizate la scară de top și apoi implementate fără probleme în linia de producție. Deoarece dispozitivul cu ultrasunete nu necesită un spațiu mare, acesta poate fi chiar retrofitat în fluxurile de proces existente. Operația este ușoară și poate fi monitorizată și operată prin telecomandă, în timp ce întreținerea unui sistem ultrasonic este aproape neglijabilă.

Particule-dimensiune de distribuție și imagini SEM de Bi2Te3-based aliaj înainte și după frezare cu ultrasunete. R – Distribuția dimensiunii particulelor; B – Imagine SEM înainte de frezare cu ultrasunete; C – Imagine SEM după frezare cu ultrasunete pentru 4 h; D – Imagine SEM după frezare cu ultrasunete pentru 8 h.
Sursa: Marquez-Garcia et al. 2015.

Literatură / Referințe