Sonofragmentácia opisuje zlomenie častíc do nano-veľkých fragmentov vysokým výkonom ultrazvuk. Na rozdiel od spoločného Ultrazvukový deagglomeration a frézovanie – kde sú častice prevažne brúsené a oddelené kolízie medzi jednotlivými časticami – , sono-fragementation sa vyznačuje priamou interakciu medzi častíc a nárazovej vlny. Vysoký výkon/nízkofrekvenčný ultrazvuk vytvára kavitáciu a tým aj intenzívne šmykové sily v kvapalinách. Extrémne podmienky cavitational bublina kolaps a medziná kolízie brúsiť častice veľmi jemné veľkosti materiálu.

Ultrazvukový výroba a príprava nano častíc

Účinky ultrazvukového výkonu na výrobu nano materiálov sú dobre známe: rozptyľuje, deagglomeration a frézovanie & Brúsenie, rovnako ako fragmentácia ultrazvukom sú často jedinou účinnou metódou na liečbu nano častice. To platí najmä, pokiaľ ide o veľmi jemné nano materiály s especial funcionalities ako s nano veľkosť unikátne častice charakteristiky sú vyjadrené. Ak chcete vytvoriť nano materiál s konkrétnymi funkciami, musí byť zabezpečený aj spoľahlivý proces ultrazvukom. Hielscher dodáva ultrazvukové zariadenia z laboratórnej stupnice na plnú obchodnú výrobnú veľkosť.

Sono-fragmentácia Kavitácia

Vstup výkonných ultrazvukových síl do kvapalín vytvára extrémne podmienky. Keď ultrazvuk propaguje tekuté médium, ultrazvukové vlny majú za následok striedavé kompresie a riedenia cykly (vysokotlakové a nízkotlakové cykly). Počas nízkotlakových cyklov, malé vákuu bubliny vznikajú v kvapaline. Tieto kavitácia bubliny rastú v priebehu niekoľkých nízkotlakových cyklov, kým nedosiahne veľkosť, keď nemôžu absorbovať viac energie. V tomto stave maximálnej absorbovanej energie a veľkosti bublín, Kavitácia bublina kolaps násilne a vytvára lokálne extrémne podmienky. Vzhľadom na imploziu kavitácia bubliny, veľmi vysoké teploty cca 5000K a tlaky cca 2000atm sú dosiahnuté lokálne. Imploze má za následok kvapalné trysky s rýchlosťou až 280m/s (≈ 1000km/h). Sono-fragmentácia opisuje použitie týchto intenzívnych síl na fragment častíc do menších rozmerov v sub-micron a nano rozsahu. S postupujúcou ultrazvukom, tvar častíc otočí z uhlové na sférické, čo robí častice cennejšie. Výsledky sonofragmentácie sú vyjadrené ako fragmentácia rýchlosť, ktorá je rozkladajú ako funkcia elektrického vstupu, sonicated objem a veľkosť aglomerátov.
Kusters et al. (1994) skúmal rozpúšťadle asistovanú fragmentáciu aglomerátov v súvislosti s jeho spotrebou energie. Výsledky výskumných pracovníkov "naznačujú, že Ultrazvukový rozptyl technika môže byť rovnako efektívna ako konvenčné techniky mletia. Priemyselná prax ultrazvukovej disperzie (napr. väčšie sondy, kontinuálna priepustnosť suspenzie) môže zmeniť tieto výsledky trochu, ale cez-všetko sa očakáva, že špecifická spotreba energie nie je dôvodom pre výber tohto comminutron techniku, ale skôr jeho schopnosť produkovať veľmi jemné (submicron) častice. " [Kusters et al. 1994] Najmä pre eródovanie práškov, ako je kremeň alebo zirkónia sa zistilo, že špecifická energia požadovaná na jednotku práškovej hmoty je nižšia ako pri ultrazvukovom brúsení ako pri konvenčných brúsnych metódach. Ultrazvukom ovplyvňuje častice nielen frézovanie a brúsenie, ale aj leštenie pevných látok. Tým je možné dosiahnuť vysokú guľovitého tvaru častíc.

Sono-fragmentácia pre Kryštalizácia nanomateriálov

"Aj keď je málo pochýb o tom, že medzičasticové zrážky sa vyskytujú v hnoji molekulárnych kryštálov ožiarené ultrazvukom, nie sú dominantným zdrojom fragmentácie. Na rozdiel od molekulárnych kryštálov, kovové častice nie sú poškodené nárazovými vlnami priamo a môžu byť ovplyvnené len intenzívnejšie (ale oveľa vzácnejšie) medzičasticových kolízií. Posun v dominantných mechanizmov pre ultrazvukom kovových práškov versus aspirín hnoji upozorňuje na rozdiely vo vlastnostiach kujné kovové častice a drobivý molekulárnych kryštálov. " [Zeiger/Suslick 2011, 14532]

Sonofragmentácia acetylsalicylovej častíc [Zeiger/Suslick 2011]

Gopi et al. (2008) skúmal výrobu keramických častíc submicrometer oxidu hlinitého s vysokou čistotou (prevažne v rozmedzí sub-100 nm) od krmiva veľkosti mikrometra (napr. 70-80 μm) pomocou sonofragmentácie. Pozorujú významnú zmenu farby a tvaru keramických častíc oxidu hlinitého v dôsledku fragmentácie sono. Častice v mikrónov, submicron a nano veľkosti rozsahu možno ľahko získať vysokou výkonnou sonikáciou. Sphericita častíc sa zvýšila s rastúcim retenčným časom v akustickom poli.

Disperzia v povrchovo aktívnej látke

Vzhľadom na účinnú rozbitie ultrazvukových častíc je použitie povrchovo aktívnych látok nevyhnutné na prevenciu deagglomácie submikrónov a získaných nano-veľkých častíc. Čím menšia je veľkosť častíc, tým vyšší je pomer apect povrchovej plochy, ktorý musí byť pokrytý povrchovo aktívnej látke, aby sa udržal v suspenzii a aby sa predišlo zagualácii častíc (aglomerácie). Výhodou ultrazvukom kladie v rozptyľuje účinok: súčasne na brúsenie a fragmentáciu, ultrazvukom rozptýlené drvené častice fragmenty s povrchovo aktívnej látky tak, že aglomerácii nano častíc je (takmer) úplne Vyhnúť.

Priemyselná výroba

Na to, aby slúžil na trhu s vysokokvalitným nano materiálom, ktorý vyjadruje mimoriadnu funkčnosť, je potrebné spoľahlivé zariadenie na spracovanie. Ultrasonicators s až 16kW na jednotku, ktoré sú clusterizable umožňujú pevnosť on spracovanie prakticky neobmedzený objem prúdov. Vzhľadom na plne lineárnu škálovateľnosť ultrazvukových procesov, ultrazvukové aplikácie môžu byť bez rizika testované v laboratóriu, optimalizované v lavičke-top meradle a potom vykonaná bez problémov do výrobnej linky. Vzhľadom k tomu, ultrazvukové vybavenie nevyžaduje veľký priestor, môže byť dokonca dodatočne do existujúcich procesov prúdov. Operácia je jednoduchá a môže byť monitorovaná a spustená cez diaľkové ovládanie, zatiaľ čo údržba ultrazvukového systému je takmer zanedbateľný.

Častíc-veľkosť distribúcie a SEM obrazy Bi2Te3-založené zliatiny pred a po ultrazvukové frézovanie. A – Rozdelenie veľkosti častíc; B – SEM obrázok pred Ultrazvukový frézovanie; C – SEM obraz po ultrazvukové frézovanie pre 4 h; D – SEM obraz po ultrazvukové frézovanie pre 8 h.
Zdroj: Marquez-Garcia et al. 2015.

Literatúra/referencie