Teknologjia e ultrazërit Hielscher

Efektet Sonochemical on Sol-Gel Proceset

Prezantimi

Grimca Ultrafine nano-sized dhe grimcat formë sferike, veshjet e hollë film, fibra, materiale poroze dhe të dendura, si dhe aerogels jashtëzakonisht poroz dhe xerogels janë aditivë shumë të mundshëm për zhvillimin dhe prodhimin e materialeve me performancë të lartë. Materialet e avancuara, duke përfshirë p.sh. qeramika, aerogel ultravëndrorë dhe hibride organike-inorganike, mund të sintetizohen nga suspendimet kolloidale ose polimeret në një lëng, nëpërmjet metodës sol-xhel. Materiali tregon karakteristika unike, pasi që grimcat sol të gjeneruara variojnë në madhësinë e nanometrit. Në këtë mënyrë, procesi sol-xhel është pjesë e nanokemisë.
Në vijim, rishikohet sinteza e materialit nano-madhësishëm nëpërmjet rrugëve sol-gel të asistuar ultrasonically.

Sol-Gel Procesi

Sol-xhel dhe përpunimi i ndërlidhur përfshin hapat e mëposhtëm:

  1. bërja e solit ose pluhurit precipitues, gelling sol në një myk ose në një substrate (në rastin e filmave), ose duke e bërë një sol të dytë nga pluhuri i precipituar dhe xhelëzimin e tij, ose formimin e pluhurit në një trup nga rrugët jo-xhel;
  2. tharje;
  3. qitjes dhe sinterizimit. [Rabinovich 1994]
Sol-xhel proceset janë të lagësht-rrugë kimike për fabrikimin e xhel e oksideve të metaleve ose polimere hibride

Tabela 1: Hapat e sintezës Sol-Gel dhe proceset në drejtim të rrymës

Ultratinguj me energji nxit reagimet sonochemike (Kliko për ta zmadhuar!)

Reaktor xhami tejzanor për sonochemistry

Kërkesë informacioni





Sol-gel proceset janë një teknikë e lagësht kimike e sintezës për fabrikimin e një rrjeti të integruar (të ashtuquajturat xhel) të oksideve metalike ose polimere hibride. Si paraardhës, zakonisht përdoren kripërat metalike inorganike të tilla si kloride metalike dhe komponimet organike metalike siç janë alkoxidet e metalit. Sol – që përbëhet nga një pezullim i prekursorëve – transformohet në një sistem xhama-difazik, i cili konsiston në një fazë likuide dhe solide. Reaksionet kimike që ndodhin gjatë një procesi sol-xhel janë hidroliza, poli-kondensimi dhe xhelëzimi.
Gjatë hidrolizës dhe poli-kondensimit, formohet një koloid (sol), i cili përbëhet nga nanopartikalet e shpërndara në një tretës. Faza sol ekzistuese shndërrohet në xhel.
Xhel-faza që rezulton formohet nga grimca të cilat madhësia dhe formimi mund të ndryshojnë shumë nga grimcat e veçuara kolloidale tek polimeret e vazhdueshme të zinxhirit. Forma dhe madhësia varen nga kushtet kimike. Nga vëzhgimet në SiO2 Alcogelët mund të konkludohen në përgjithësi se një sol i katalizuar katalizohet në një specie të veçantë të formuar nga grumbullimi i grumbujve të monomereve, të cilat janë më kompakte dhe shumë të degëzuara. Ata janë të prekur nga sedimentimi dhe forcat e gravitetit.
Soljet e katalizuara nga acidi rrjedhin nga zinxhirët e polimerit shumë të ngatërruar që tregojnë një mikrostrukturë shumë të mirë dhe poret shumë të vogla që duken mjaft të njëtrajtshme në të gjithë materialin. Formimi i një rrjeti më të hapur të vazhdueshëm të polimereve me dendësi të ulët ka disa avantazhe në lidhje me vetitë fizike në formimin e xhamit me performancë të lartë dhe përbërësve qelqi / qeramike në dimensione 2 dhe 3. [Sakka et al. 1982]
Në hapat e mëtejshëm të përpunimit, me spin-coating ose dip-coating, bëhet e mundur të mbulohen substrate me filma të hollë ose duke hedhur sol në një myk, për të formuar një të ashtuquajtur xhel me lagështi. Pas tharjes dhe ngrohjes shtesë, do të merret një material i dendur.
Në hapat e mëtejshëm të procesit në drejtim të rrymës, xhelja e fituar mund të përpunohet më tej. Nëpërmjet reshjeve, mund të formohet pirolizë me llak ose teknika të emulsionit, pluhura ultrafine dhe uniforme. Ose të ashtuquajturat aerogelë, të cilat karakterizohen me porositet të lartë dhe densitet jashtëzakonisht të ulët, mund të krijohen me nxjerrjen e fazës së lëngshme të xehes së lagur. Prandaj, kërkohet zakonisht kushte supercritike.
Ultrasonication është një teknikë e provuar për të përmirësuar sintezën sol-gel të materialeve nano. (Kliko per te zmadhuar!)

Tabela 2: Sintetizmi tejzanor i xhelit të TiO2 mesoporous [Yu et al., Chem. Commun. 2003, 2078]

Ultratinguj me fuqi të lartë

Ultratinguj me fuqi të lartë dhe me frekuencë të ulët ofrojnë potencial të lartë për proceset kimike. Kur valët intensive valë ultratinguj futen në një medium të lëngët, ndërrohen presione të larta presioni dhe cikle të presionit të ulët me norma që varen nga frekuenca. Ciklet e presionit të lartë nënkuptojnë compression, ndërsa ciklet e frekuencave të ulëta do të thotë redukimi i mediumit. Gjatë ciklit të presionit të ulët (të rrallë), ultratinguj me fuqi të lartë krijon flluska të vogla vakumi në lëng. Këto flluska vakum rriten në disa cikle.
Në përputhje me intensitetin e ultrazërit, fasha të lëngshme dhe shtrihet në shkallë të ndryshme. Kjo do të thotë cavitation flluska mund të sillen në dy mënyra. Në intensitete ultravjollcë të ulët ~ 1-3Wcm-2, flluska cavitation oscillate rreth disa madhësi ekuilibrit për shumë cikle akustike. Ky fenomen quhet cavitation stabil. Në intensitete të larta tejzanor (≤10Wcm-2) flluskat cavitational janë formuar brenda disa cikle akustike në një rreze prej të paktën dy herë madhësinë e tyre fillestare dhe kolaps në një pikë të compression kur flluskë nuk mund të thithin më shumë energji. Kjo quhet cavitation kalimtare ose inerciale. Gjatë implosjes së flluskës, ndodhin lokalisht të ashtuquajturat pika të nxehta, të cilat shfaqin kushte ekstreme: Gjatë implosionit arrihen temperatura lokale shumë të larta (rreth 5,000K) dhe presione (afërsisht 2,000atm). Implosioni i flluskës së cavitation gjithashtu rezulton në avionë të lëngshëm me shpejtësi deri në 280m / s, të cilat veprojnë si forca qethjesh shumë të larta. [Suslick 1998 / Santos et al. 2009]

Sono-Ormosil

Sonication është një mjet efikas për sintezën e polimereve. Gjatë shpërndarjes ultrazanor dhe deagglomeration, forcat caviational qethje, të cilat shtrihen dhe thyejnë zinxhirët molekulare në një proces jo-të rastit, të rezultojë në një ulje të peshës molekulare dhe poly-dispersity. Për më tepër, sistemet me shumë faza janë shumë efikase të shpërndara dhe emulsified, në mënyrë që të sigurohen përzierje shumë të mira. Kjo do të thotë që ultratingulli rrit shkallën e polimerizimit mbi nxitjen konvencionale dhe rezulton me pesha më të larta molekulare me polidispersities më të ulët.
Ormosils (silikat modifikuar organikisht) janë marrë kur silana është shtuar në silicë të prodhuar nga xeli gjatë procesit sol-xhel. Produkti është një përbërje në shkallë molekulare me vetitë mekanike të përmirësuara. Sono-Ormosils karakterizohen nga një dendësi më e lartë se gels klasike, si dhe një stabilitet termik i përmirësuar. Prandaj, një shpjegim mund të jetë shkalla e rritur e polimerizimit. [Rosa-Fox et al. 2002]

Forcat e fuqishme tejzanore janë një teknikë e mirënjohur dhe e besueshme për nxjerrjen (Kliko për ta zmadhuar!)

tejzanor cavitation në lëng

TiO Mesoporous2 nëpërmjet sintezës së tretjes me ultratinguj

TiO Mesoporous2 është përdorur gjerësisht si photocatalyst si dhe në elektronikë, teknologji sensor dhe rehabilitimin e mjedisit. Për vetitë e materialeve të optimizuara, synon të prodhojë TiO2 me kristalizëm të lartë dhe sipërfaqe të madhe sipërfaqësore. Rruga sol-xhel ndihmës tejzanor ka avantazhin se vetitë e brendshme dhe jashtetik të TiO2, të tilla si madhësia e grimcave, sipërfaqja, vëllimi i pore, diametri i pore, kristalizmi, si dhe anataza, raporti i fazës së rutilës dhe brookitit mund të ndikohet nga kontrollimi i parametrave.
Milani et al. (2011) kanë demonstruar sintezën e TiO2 anatase nanoparticles. Prandaj, sol-gel proces u zbatua në TiCl4 pararendës dhe të dyja mënyrat, me dhe pa ultrasonication, janë krahasuar. Rezultatet tregojnë se rrezatimi tejzanor ka një efekt monoton në të gjithë komponentët e zgjidhjes së bërë nga metoda sol-gel dhe shkakton thyerjen e lidhjeve të lirshme të kolonave të mëdha nanometrike në zgjidhje. Kështu, krijohen nanopartikole të vogla. Presionet e larta dhe temperaturat në nivel vendor thyejnë lidhjet në zinxhirët e gjatë të polimerit, si dhe lidhjet e dobëta që lidhin grimca më të vogla, me anë të të cilave formohen masa më të mëdha koloidale. Krahasimi i të dy TiO2 mostrat, në prani dhe në mungesë të rrezatimeve tejzanor, tregohen në imazhet SEM më poshtë (shih Fig. 2).

Ultratinguj ndihmojnë procesin e xhelatinimit gjatë sintezës sol-xhel. (Kliko per te zmadhuar!)

Pic. 2: imazhet SEM të TiO2, kalcinuar në 400 degC për 1 orë dhe kohëzgjatja e xhelatinimit prej 24h: (a) në prani të dhe (b) në mungesë të ultrazërit. [Milani et al. 2011]

Për më tepër, reagimet kimike mund të përfitojnë nga efektet sonochemike, të cilat përfshijnë p.sh. thyerjen e lidhjeve kimike, përmirësimin e ndjeshëm të reaktivitetit kimik ose degradimin molekular.

Sono-Gels

sono-katalitikisht reagimet e ndihmuara sol-gel, ultratinguj aplikohet tek prekursorët. Materialet rezultuese me karakteristika të reja njihen si sonogels. Për shkak të mungesës së tretës shtesë në kombinim me tejzanor cavitation, krijohet një ambient unik për reaksionet sol-xhel, i cili lejon krijimin e karakteristikave të veçanta në xhelet që rezultojnë: densitet të lartë, cilësi të hollë, strukturë homogjene etj. Këto vetitë përcaktojnë evolucionin e sonogels në përpunimin e mëtejshëm dhe strukturën përfundimtare të materialit . [Blanco et al. 1999]
Suslick dhe Price (1999) tregojnë se rrezatimi tejzanor i Si (OC2H5)4 në ujë me një katalizator acid prodhon një silicë "sonogel". Në përgatitjen konvencionale të gels silicë nga Si (OC2H5)4, etanoli është një bashkë-tretës i përdorur zakonisht për shkak të jo-solubility e Si (OC2H5)4 në ujë. Përdorimi i tretësve të tillë shpesh është problematik pasi ato mund të shkaktojnë plasaritje gjatë hapjes së tharjes. Ultrasonication siguron një përzierje shumë efikase në mënyrë që të mund të shmangen bashkë-tretësit e paqëndrueshëm si etanoli. Kjo rezulton në një xhel me silicë të karakterizuar nga një dendësi më e lartë se xhelët e prodhuar konvencionalisht. [Suslick et al. 1999, 319 f.]
Aerogelët konvencionalë përbëhen nga një matricë me densitet të ulët me poret e mëdha bosh. Sonogels, në të kundërt, kanë porosity finer dhe poret janë mjaft të formës sferë, me një sipërfaqe të lëmuar. Shpatet më të mëdha se 4 në rajonin e këndit të lartë zbulojnë luhatje të rëndësishme të dendësisë elektronike në kufijtë e pore-matricës [Rosa-Fox et al. 1990].
Imazhet e sipërfaqes së mostrave të pluhurit tregojnë qartë se përdorimi i valëve tejzanor rezulton në një homogjenitet më të madh në madhësinë mesatare të grimcave dhe rezultoi në grimca më të vogla. Për shkak të sonication, madhësia mesatare e grimcave ul me përafërsisht. 3 nm. [Milani et al. 2011]
Efektet pozitive të ultrazërit janë provuar në studime të ndryshme kërkimore. P.sh., raport Neppolian et al. në punën e tyre, rëndësinë dhe avantazhet e ultrasonication në modifikimin dhe përmirësimin e vetitë photocatalytic e grimcave meso-nio-size TiO2. [Neppolian et al. 2008]

Nanocoating nëpërmjet reagimit tejzanor sol-xhel

Nanocoating nënkupton mbulimin e materialit me një shtresë nano-shkallëzuar ose mbulimin e një njësie nano-sized. Kështu sigurohen struktura të kapsuluara ose thelbësore. Kompozime të tilla nano shfaqin vetitë fizike dhe kimike të performancës së lartë për shkak të karakteristikave specifike të kombinuara dhe / ose efekteve strukturuese të komponentëve.
Shembull, do të demonstrohet procedura e veshjes së grimcave të oksidit të indiumit (ITO). Grimcat ITO janë të veshura me silicë në një proces me dy hapa, siç tregohet në një studim të Chen (2009). Në hapin e parë kimik, pluhuri i oksidit të kaliumit të indiumit i nënshtrohet një trajtimi me sipërfaqe aminosilane. Hapi i dytë është shtresa silicë nën ultratinguj. Për të dhënë një shembull specifik të sonication dhe efektet e tij, hapi i procesit paraqitur në studimin Chen, është përmbledhur më poshtë:
Një proces tipik për këtë hap është si vijon: 10g GPTS u përzier ngadalë me 20g ujë të acidifikuar me acid klorhidrik (HCl) (pH = 1,5). Më pas, 4g të pluhurit të trajtuar me aminosilanë u shtuan në përzierje, të përmbajtura në një shishe qelqi prej 100ml. Shishe u vendos pastaj nën sondën e sonicatorit për rrezatim të vazhdueshëm me ultratinguj me fuqi dalëse prej 60 W ose më lart.
Reagimi i xhelit Sol është iniciuar pas rrezatimit rreth 2-3min me ultratinguj, mbi të cilin është prodhuar shkumë e bardhë, për shkak të lëshimit të alkoolit me hidrolizë të gjerë të GLYMO (3- (2,3-Epoksipropoksi) propiltrimetoksilil). Sonication ishte aplikuar për 20min, pas së cilës zgjidhje u përzier për disa orë të tjera. Pasi përfundoi procesi, grimcat u mblodhën me centrifugim dhe u lanë në mënyrë të përsëritur me ujë pastaj ose të thara për karakterizim ose mbahen të shpërndara në ujë ose në tretës organikë. [Chen 2009, f.217]

përfundim

Aplikimi i ultrazërit në proceset sol-xhel çon në një përzierje më të mirë dhe deagglomeration grimcave. Kjo rezulton në madhësi të grimcave më të vogla, formë sferike, të ulët dimensionale të grimcave dhe morfologji të zgjeruar. I ashtuquajturi sono-gels karakterizohen nga dendësia e tyre dhe struktura e mirë, homogjene. Këto karakteristika krijohen për shkak të shmangies së përdorimit të tretës gjatë formimit të solit, por gjithashtu dhe kryesisht, për shkak të gjendjes fillestare ndërlidhëse të retikulimit të shkaktuar nga ultratingulli. Pas procesit të tharjes, sonogels rezultuar paraqesin një strukturë të grimcuar, ndryshe nga homologët e tyre të marra pa aplikuar ultratinguj, të cilat janë filamentous. [Esquivias et al. 2004]
Është treguar se përdorimi i ultrazërit intensiv lejon rrobaqepësinë e materialeve unike nga proceset sol-xhel. Kjo e bën ultratinguj me fuqi të lartë një mjet të fuqishëm për kërkimin dhe zhvillimin e kimisë dhe materialeve.

Na kontaktoni / kërkoni më shumë informacion

Bisedoni me ne në lidhje me kërkesat tuaja të përpunimit. Ne do të rekomandojë më të përshtatshme instalimit dhe përpunimit parametrat për projektin tuaj.





Ju lutem vini re tonë Politika e privatësisë.


UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

Regjistrimi 1kW i riciklimit tejzanor me pompë dhe mbajtëse mbajtëse lejon përpunimin e sofistikuar

Letërsi / Referencat

  • Blanco, E .; Esquivias, L .; Litrán, R .; Pinero, M .; Ramírez-del-Solar, M; Rosa_Fox, N. de la (1999): Sonogels dhe Materialet e Derivuara. Appl. Organometal. Chem. 13, 1999. f. 399-418.
  • Chen, Q .; Boothroyd, C; Mcintosh Soutar, A .; Zeng, XT (2010): Xhel-xhel nanocoating në Nanopowder komerciale TiO2 duke përdorur ultratinguj. J. Sol-Gel Sci. Teknologjisë. 53, 2010. f. 115-120.
  • Chen, Q. (2009): Shtresë silicë e nanopartikularëve nga procesi sonogel. SIMTech 10/4, 2009. f. 216-220.
  • Esquivias, L .; Rosa-Fox, N. de la; Bejarano, M .; Mosquera, MJ (2004): Struktura e Xerogels Colloid-Polymer Hybrid. Langmuir 20/2004. f. 3416-3423.
  • Karami, A. (2010): Sinteza e TiO2 Nano Powder me Metodën Sol-Gel dhe Përdorimin e saj si Photocatalyst. J. Iran. Chem. Soc. 7, 2010. fq. 154-160.
  • Li, X .; Chen, L .; Li, B .; Li. L. (2005): Përgatitja e Nanopowders Zirconia në fushën tejzanor nga Metoda Sol-Gel. Trans Tech Pub. 2005.
  • Neppolian, B .; Wang, Q .; Jung, H .; Choi, H. (2008): Metoda me solucione tejzanore me ndihmën e përgatitjes së grimcave nano-TiO2: Karakterizimi, pronat dhe aplikimi për heqjen e 4-klorofenolit. Ultrason. Sonochem. 15, 2008, f. 649-658.
  • Pierre, AC; Rigacci, A. (2011): SiO2 Aerogels. Në: MA Aegerter et al. (eds.): Manuali i Aerogeleve, Përparimet në Materialet e Sol-Gel dhe Teknologjitë e Derivuara. Springer Science + Business: New York, 2011. f. 21-45.
  • Rabinovich, EM (1994): Sol-Gel Processing - Parimet e Përgjithshme. Në: LC Klein (Ed.) Sol-Gel Optika: Përpunimi dhe Aplikimet. Kluwer Academic Publishers: Boston, 1994. f. 1-37.
  • Rosa-Fox, N. de la; Pinero, M .; Esquivias, L. (2002): Materialet organike-inorganike hibride nga Sonogels. 2002.
  • Rosa-Fox, N. de la; Esquivias, L. (1990): Studimet strukturore të sonogels silicë. J. Non-Cryst. Solids 121, 1990. f. 211-215.
  • Sakka, S .; Kamya, K. (1982): Tranzicioni me Sol-Gel: Formimi i Fibrave të Glass & Filma të hollë. J. Solids jo-kristaline 38, 1982. f. 31.
  • Santos, HM; Lodeiro, C .; Martínez, J.-L. (2009): Fuqia e ultrazërit. Në: J.-L. Martínez (ed.): Ultratinguj në Kimi: Aplikacione Analitike. Wiley-VCH: Weinheim, 2009. f. 1-16.
  • Shahruz, N .; Hossain, MM (2011): Sinteza dhe Kontrolli Madhësia e TiO2 Photocatalyst Nano-Paragrafët Përgatitja duke përdorur Sol-Gel Metoda. World Appl. Sci. J. 12, 2011. f. 1981-1986.
  • Suslick, KS; Çmimi, GJ (1999): Aplikimet e ultratingullit të kimisë së materialeve. Annu. Rev. Mater. Sci. 29, 1999. f. 295-326.
  • Suslick, KS (1998): Sonochemistry. Në: Kirk-Othmer Enciklopedia e Teknologjisë Kimike, Vëll. 26, 4th. ed., J. Wiley & Sons: New York, 1998. f. 517-541.
  • Verma, LY; Singh, MP; Singh, RK (2012): Efekti i rrezatimeve tejzanor në përgatitjen dhe karakteristikat e jonogeleve. J. Nanomat. 2012.
  • Zhang, L.-Z .; Yu, J .; Yu, JC (2002): Përgatitja e drejtpërdrejtë Sonochemical e dioksid titanik mesoporoz me fotoaktik me një kornizë bicristalline. Abstraktet e Takimit të 201-të të Shoqërisë Elektrokimike, 2002.
  • https://www.hielscher.com/sonochem