Sonofragmentation - Vpliv moči ultrazvok na delcev razbitja

Sonofragmentation opisuje prelom delcev v nano-velikosti fragmentov z visokim ultrazvočna energija. V nasprotju s skupnim ultrazvočni deaglomeracijo in mletje – kjer so delci v glavnem zmelje in ločimo s trčenjem med delcev – Je sono-fragementation odlikuje z neposredno povezavo med delcem in udarnega vala. Visoka moč / nizkofrekvenčni ultrazvok povzroča kavitacijo in s tem intenzivno strižne sile v tekočinah. Ekstremna kavitacijski mehurček odpovedi ter interparticular trčenja zmleti delci zelo fina velikost materiala.

Ultrasonic Proizvodnja in priprava nanodelcev

Učinki moči ultrazvoka za proizvodnjo nano materialov so dobro znani: disperzijsko, deaglomeracijo in rezkanje & Brušenje kot tudi razdrobljenost z ultrazvokom so pogosto edino učinkovito metodo za zdravljenje nano delci. To še posebej velja, ko gre za zelo fino nano materiali s especial funcionalities kot pri velikosti nano edinstvenih lastnosti delcev so izražene. Da bi ustvarili nano materialov s specifičnimi funkcionalnostmi, mora biti zagotovljeno enakomerno in zanesljiv postopek ultrazvoka. Hielscher dobavlja ultrazvočni opreme iz laboratorija lestvici do polne trgovske velikosti proizvodnje.

Sono-Razdrobljenost s kavitacije

Vhod močnih ultrazvočnih sil v tekočine ustvarja ekstremne pogoje. Ko ultrazvok širi tekočem mediju, da ultrazvočni valovi povzroči izmenično stiskanje in Razrjeđenost ciklov (visokotlačni in nizkotlačni ciklov). Med tlačnih ciklov pri nizki, majhni vakuum mehurčkov nastanejo v tekočini. te kavitacija mehurčki rastejo v več nizko tlačne cikle, dokler ne dosežejo velikost, ko ne morejo absorbirajo več energije. V tem stanju največ absorbira energijo in velikost mehurček, kavitacijskega mehurčka kolaps nasilno in lokalno ustvarja ekstremne pogoje. Zaradi implozije od kavitacija mehurčki, zelo visoke temperature pribl. 5000K in pritiski pribl. 2000m se dosežejo lokalno. Posledica implozije je tekočina s hitrostjo do 280 m / s (≈1000 km / h). Sono-razdrobljenost opisuje uporabo teh intenzivnih sil za fragmentiranje delcev do manjših dimenzij v podmikronskem in nano območju. Z napredujočo sonikacijo se oblika delcev spreminja od kotne do sferične, zaradi česar so delci bolj dragoceni. Rezultati sonofragmentacije so izraženi kot stopnja fragmentacije, ki je razčlenjena kot funkcija vhodne moči, zvočnega volumna in velikosti aglomeratov.
Kusters et al. (1994) je preiskoval ultrazvočno podprto razdrobljenost aglomeratov v zvezi z njeno porabo energije. Rezultati raziskovalcev kažejo, da je ultrazvočni disperzija tehnika lahko tako učinkovita kot konvencionalnih tehnik brušenje. Industrijska praksa ultrazvočne disperzije (npr. večje sonde, neprekinjena prepustnost suspenzije) lahko nekoliko spremeni te rezultate, vendar se pričakuje, da specifična poraba energije ni razlog za izbiro tega comminutron tehniko, ampak njeno sposobnost, da proizvajajo zelo fine (submicron) delci. " [Kusters et al. 1994] Še posebej za izginjajo praški, kot so kremen ali cirkonija, zahtevana enoto mase praška specifična energija bilo ugotovljeno, da je nižja za ultrazvočno mletjem kot pri običajnih metodah brušenje. Ultrasonication vpliva na delce ne samo rezkalne, ampak tudi s poliranjem trdno snov. Pri tem lahko dosežemo visoko sferičnosti delcev.

Sono-razdrobljenost za Kristalizacija nanomaterialov

"Čeprav ni dvoma, da interparticle trčenja se pojavljajo v gnojnici molekulskih kristalov obsevali z ultrazvokom, niso glavni vir razdrobljenost. V nasprotju z molekulskih kristalov so kovinski delci ne poškoduje udarnih valov neposredno in lahko vpliva le bolj intenzivno (vendar veliko redkejše) interparticle trkov. Premik pri prevladujočih mehanizmov za ultrazvočno razbijanje kovinskega prahu v primerjavi aspirina blata izpostavlja razlike v lastnostih tempranih kovinskih delcev in krhka molekulskih kristalov. "[Zeiger / Suslick 2011, 14.532]

Sonofragmentation aspirin delcev [Zeiger / Suslick 2011]

Gopi et al. (2008) je preiskoval izdelavo keramičnih delcev z visoko čistostjo submikrometra aluminijevega oksida (pretežno v območju sub-100 nm) iz krme mikrometra (npr. 70-80 μm) z uporabo sonofragmentacije. Opazili so znatno spremembo barve in oblike glineni delci aluminijevega oksida zaradi Sono-razdrobljenosti. Delci v mikronski, submikronski in nano velikosti območja se lahko zlahka pridobijo z visoko močjo ultrazvočno razbijanje. Sferičnost delcev se je povečala z naraščajočim retenzijskim časom v akustično polje.

Razpršenost v surfaktanta

Zaradi učinkovitega ultrazvočno loma delcev, uporaba površinsko aktivnih sredstev je bistveno, da se prepreči deaglomeriranja submikrometra in nano-velikosti delcev dobljene. Manjša velikost delcev, večja je razmerje aspekt površine, ki mora biti pokrit s površinsko aktivnim sredstvom, ki jih ohranja v suspenziji in da bi se izognili coagualation delce (aglomeracije). Prednost ultrazvoka določa v smislu dispergator: Istočasno z mletjem in razdrobljenosti, ultrazvok dispergirani v zmelje delcev fragmente s površinsko aktivnim sredstvom, da aglomeracija pogosto je nanodelcev je (skoraj) popolnoma izognemo.

Industrijska proizvodnja

Da bi služili trgu z visoko kakovostnim nano materialom, ki izraža izjemne funkcionalnosti, je potrebna zanesljiva predelovalna oprema. Ultrazvočne naprave z močjo do 16kW na enoto, ki so klasterizabilne, omogočajo obdelavo praktično neomejenih tokov. Zaradi popolnoma linearne skalabilnosti ultrazvočnih procesov so lahko ultrazvočne aplikacije brez tveganja testirane v laboratoriju, optimizirane na vrhu merilne naprave in nato brez težav vnesene v proizvodno linijo. Ker ultrazvočni ekvivalent ne zahteva velikega prostora, ga je mogoče celo naknadno vgraditi v obstoječe procesne tokove. Operacija je preprosta in jo je mogoče nadzorovati in izvajati prek daljinskega upravljanja, medtem ko je vzdrževanje ultrazvočnega sistema skoraj zanemarljivo.

Delcev velikosti distribucije in SEM slike Bi2Te3 osnovi zlitine pred in po ultrazvočni rezkanje. A – Porazdelitev velikosti delcev; B – SEM sliko pred ultrazvočno rezkanje; C – SEM sliko po ultrazvočni rezkanje za 4 h; D – SEM sliko po ultrazvočni rezkanje za 8 h.
Vir: Marquez-Garcia et al. 2015.

Literatura/reference