• Výskum ukázal, že ultrazvukové frézovanie môže byť úspešne použitý na výrobu termoelektrických nanočastíc a má potenciál manipulovať povrchy častíc.
• Rozpúšťadle frézované častice (napr.₂Te₃-založené zliatiny) ukázali výrazné zníženie veľkosti a vymyslel nano-častice s menej ako 10μm.
• Okrem toho, ultrazvukom produkuje významné zmeny na povrchu morfológia častíc a umožniť tým funkýalizovať povrch mikro-a nano-častíc.

Termoelektrické nanočastice

Termoelektrické materiály premieňajú tepelnú energiu na elektrickú energiu založenú na účinku Seebeck a Peltier. Tým sa stáva možné premeniť sotva použiteľné alebo takmer stratené tepelnej energie účinne do produktívnych aplikácií. Vzhľadom k tomu, termoelektrické materiály môžu byť zahrnuté v nových aplikáciách, ako sú biotermálne batérie, Solid-stav termoelektrické chladenie, optoelektronické zariadenia, priestor, a automobilový priemysel výroby, výskumu a priemyslu hľadá facile a rýchle techniky na výrobu ekologických, úsporných a vysokoteplotne stabilných termoelektrických nanočastíc. Ultrazvukové frézovanie ako aj syntézou zdola nahor (Sono-Kryštalizácia) sú sľubné cesty k rýchlemu masovej produkcii termoelektrických nanomateriálov.

Ultrazvukové frézovanie zariadenia

Na zníženie veľkosti častíc telluridu bismutu (BI₂Te₃), silicid horečnatý (mg₂Si) a kremík (si) prášok, vysoko-intenzita Ultrazvukový systém UIP1000hdT (1kW, 20kHz) bol použitý v otvorenej kadičky nastavenia. Pri všetkých skúškach bola amplitúda nastavená na 140 μm. Vzorka nádoby sa ochladí vo vodnom kúpeli, teplota je riadená Thermo-pár. Kvôli ultrazvukom v otvorenej nádobe sa chladenie používalo na zabránenie odparovaniu frézovacích roztokov (napr. etanol, butanol alebo voda).

a Schematický diagram experimentálneho nastavenia. b) ultrazvukové frézovacie prístroje. Zdroj: Marquez-Garcia et al. 2015.

Ultrazvukové frézovanie len 4H bi₂Te₃-zliatina už priniesla značné množstvo nanočastíc s rozmermi medzi 150 a 400 nm. Okrem zníženia veľkosti na nano rozsahu, ultrazvukom tiež vyústila v zmene povrchu morfológie. SEM obrázky na obrázku nižšie b, c, a d displej, že ostré hrany častíc pred ultrazvukové frézovanie sa stali hladké a okrúhle po ultrazvukové frézovanie.

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.

Ak chcete zistiť, či zmenšenie veľkosti častíc a povrchová úprava sú jedinečne dosiahnuté Ultrazvukový frézovanie, podobné experimenty boli vykonané pomocou high-energy guľový mlyn. Výsledky sú znázornené na obr. 3. Je zrejmé, že 200-800 nm častice boli vyrobené guličkové frézovanie pre 48 h (12 krát dlhšia ako ultrazvukové frézovanie). SEM ukazuje, že ostré hrany bi₂Te₃-zliatiny častíc zostávajú v podstate nezmenené po frézovanie. Tieto výsledky naznačujú, že hladké hrany sú jedinečné vlastnosti ultrazvukového frézovanie. Úspora času Ultrazvukový frézovanie (4 h vs 48 h loptu frézovanie) sú pozoruhodné, taky.

Častíc-veľkosť distribúcie a SEM obrazy Mg2Si pred a po ultrazvukové frézovanie. a) rozdelenie veľkosti častíc; b) obrázok SEM pred ultrazvukovým frézovaním; (c) SEM obraz po ultrazvukové frézovanie v 50% PVP-50% EtOH pre 2 h.
Zdroj: Marquez-Garcia et al. 2015.

Marquez-Garcia et al. (2015) k záveru, že ultrazvukové frézovanie môže degradovať bi₂Te₃ a mg₂Si prášok na menšie častice, ktorých veľkosť sa pohybujú od 40 do 400 nm, čo naznačuje potenciálnu techniku pre priemyselnú výrobu nanočastíc. V porovnaní s high-energie loptu frézovanie, ultrazvukové frézovanie má dve unikátne vlastnosti:

1. 1. výskyt medzery veľkosti častíc oddeľujúce pôvodné častice od tých, ktoré sú vyrobené Ultrazvukový frézovanie; A
2. 2. podstatné zmeny povrchového morfológie sú zjavné po ultrazvukovom frézovaní, čo naznačuje možnosť manipulácie s povrchmi častíc.

Záver

Ultrazvukové frézovanie ťažšie častice vyžaduje ultrazvukom pod tlakom generovať intenzívne kavitácie. Ultrazvukom pod zvýšeným tlakom (tzv. manosonication) zvyšuje šmykovej sily a stresu na častice drasticky.
Kontinuálne inline ultrazvukom nastavenie umožňuje vyššiu zaťaženie častíc (pasta-ako slurry), ktorý zlepšuje výsledky mletia, pretože ultrazvukové frézovanie je založená na inter-častíc kolízie.
Ultrazvukom v diskrétnej recirkulácie nastavenie umožňuje zabezpečiť homogénnu liečbu všetkých častíc, a preto veľmi úzky veľkosť častíc distribúcie.

Hlavnou výhodou ultrazvukového frézovanie je, že technológia môže byť ľahko zmenšený na výrobu veľkých množstiev-komerčne dostupné, výkonné priemyselné Ultrazvukové frézovanie zvládne množstvo až 10 m³/h

Výhody ultrazvukové frézovanie

• Rýchly, časovo úsporný
• Úspora energie
• Reprodukovateľné výsledky
• Žiadne frézovanie média (bez korálkov alebo perál)
• Nízke investičné náklady

Vysokovýkonné ultrasonicators

Ultrazvukové frézovanie vyžaduje vysoký výkon ultrazvukové zariadenia. S cieľom generovať intenzívne cavitational šmykovej sily, vysoké amplitúdy a tlak sú rozhodujúce. Hielscher ultrazvukom’ Priemyselné ultrazvukové procesory môžu dodávať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až do 200 μm sa dajú ľahko plynule spustiť v 24/7 prevádzke. Pre ešte vyššie amplitúdy, prispôsobené ultrazvukové sonotród sú k dispozícii. V kombinácii s Hielscher je tlakomable prietok reaktorov, veľmi intenzívne kavitácie je vytvorená tak, aby medzimolekulárne bondings možno prekonať a efektívne frézovanie účinky sú dosiahnuté.
Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje 24/7 prevádzku pri ťažkých a náročných prostrediach. Digitálne a diaľkové ovládanie, ako aj automatické zaznamenávanie údajov na vstavanú SD kartu zaisťujú presné spracovanie, reprodukovateľnú kvalitu a umožňujú štandardizáciu procesov.

Výhody Hielscher vysoký výkon ultrasonicators

• veľmi vysoké amplitúdy
• vysokým tlakom
• súvislý inline proces
• robustné zariadenie
• Lineárna mierka-up
• uloženie a jednoduché ovládanie
• Jednoduché čistenie