Sonofragmentation përshkruan thyerjen e grimcave në fragmente nano-sized me ultratinguj me fuqi të lartë. Në kontrast me deagglomeration dhe mulliri tejzanor të përbashkët – ku grimcat grinden kryesisht dhe ndahen nga përplasja ndër-grimcë – , jane-fragementation dallohen nga ndërveprimi i drejtpërdrejtë midis grimcë dhe valë shoku. Fuqia e lartë / ultratinguj e frekuencave të ulëta krijon cavitation dhe në këtë mënyrë forca qethje intensive në lëngje. Kushtet ekstreme të kolapsit të flluskave cavitational dhe grindje interparticular bluarje grimcave të materialit shumë të mirë gjobë.

Prodhimi tejzanor dhe Përgatitja e Nano Grimcave

Efektet e ultrazërit të energjisë për prodhimin e materialeve nano janë të njohura: Disperzimi, Deagglomerimi dhe Mulliri & Bluarja si dhe fragmentimi me sonication janë shpesh metoda e vetme efektive për t'u trajtuar grimca nano. Kjo është veçanërisht e vërtetë kur bëhet fjalë për materiale shumë të mira nano me funcionalitete të veçanta, si me karakteristikat e grimcave unike të madhësisë nano janë shprehur. Për të krijuar materiale nano me funksione të veçanta, duhet të sigurohet një proces i saktë dhe i besueshëm i zërit. Hielscher furnizon pajisjet tejzanor nga shkalla e laboratorit në madhësinë e plotë të prodhimit komercial.

Sono-Fragmentation nga Cavitation

Hyrja e forcave të fuqishme tejzanore në lëngje krijon kushte ekstreme. Kur ultrazërit përhapin një medium të lëngët, valët tejzanor rezultojnë në alternimin e cikleve të compression dhe rarefaction (presion të lartë dhe cikle presion të ulët). Gjatë ciklit të presionit të ulët, flluska të vogla të vakuumit lindin në lëng. këto cavitation flluska rritet mbi disa cikle presioni të ulët derisa ata arrijnë një madhësi kur nuk mund të thithin më shumë energji. Në këtë gjendje të energjisë maksimale absorbuar dhe madhësisë së flluskës, flluskë e cavitation kolapsi dhunshëm dhe krijon kushte ekstreme në vend. Për shkak të implosionit të cavitation flluska, temperatura shumë të larta prej përafërsisht. 5000K dhe presionet prej përafërsisht. 2000atm arrihen në nivel lokal. Implosioni rezulton në avionë të lëngshëm deri në shpejtësinë 280m / s (≈1000km / h). Sono-fragmentimi përshkruan përdorimin e këtyre forcave intensive për grimcat e fragmenteve në dimensione më të vogla në nënmikronin dhe nano. Me një sonikim përparues, forma e grimcave kthehet nga kënde në sferike, gjë që i bën grimcat më të vlefshme. Rezultatet e fragmentimit janë shprehur si shkalla e fragmentimit që përshkruhet si një funksion i inputit të energjisë, volumit të zërit dhe madhësisë së aglomerateve.
Kusters et al. (1994) hulumtoi fragmentimin ultrasonikisht të ndihmuar të aglomerateve në lidhje me konsumin e saj të energjisë. Rezultatet e studiuesve “tregojnë se teknika e shpërndarjes tejzanor mund të jetë po aq e efektshme sa teknikat konvencionale të bluarjes. Praktika industriale e shpërndarjes tejzanor (p.sh. sondat më të mëdha, xhiros e vazhdueshme e pezullimit) mund t’i ndryshojë disi këto rezultate, por mbi të gjitha pritet që konsumi specifik i energjisë të mos jetë arsyeja për zgjedhjen e kësaj teknike të kominutronit, por përkundrazi aftësinë e tij për të prodhojnë grimca jashtëzakonisht të bukura (nënmikron). ”[Kusters et al. 1994] Sidomos për pluhurat gërryerës si psh silicë ose zirconia, energjia specifike e kërkuar për njësinë e masës pluhur u gjet të jetë më e ulët nga rëndimi tejzanor se ai i metodave të rënda të rëndë. Ultrasonication ndikon grimcave jo vetëm me mulliri dhe bluarje, por edhe me lustrim të ngurta. Në këtë mënyrë, mund të arrihet një sfericitet i lartë i grimcave.

Sono-fragmentimi për Kristalizimin e Nanomaterialeve

"Ndërkohë që ka pak dyshim se goditjet e interparticles ndodhin në slurry e kristaleve molekulare rrezatuar me ultratingull, ata nuk janë burimi dominant i fragmentimit. Në dallim nga kristalet molekulare, grimcat metalike nuk dëmtohen drejtpërdrejt nga valët e shokut dhe mund të preken vetëm nga goditjet më intensive (por shumë më të rralla) të interpartikulës. Zhvendosja në mekanizmat mbizotërues për sonication e pluhurave metalike kundrejt slurries aspirinë thekson dallimet në pronat e grimcave metalike të përafërt dhe kristale molekulare të prishura ". [Zeiger / Suslick 2011, 14532]

Sonofragmentimi i grimcave të aspirinëve [Zeiger / Suslick 2011]

Gopi et al. (2008) hulumtoi trillimin e grimcave qeramike të aluminit nën-mikrometër të pastërtisë së lartë (kryesisht në varg nën 100 nm) nga ushqimi me madhësi të mikrometrit (p.sh., 70-80 μm) duke përdorur sonofragmentation. Ata vëzhguan një ndryshim të ndjeshëm në ngjyrën dhe formën e grimcave qeramike të aluminit, si rezultat i fragmentimit të Sono-ve. Grimcat në varg mikron, nënmikron dhe nano me madhësi mund të merren lehtësisht me anë të sinjalizimit me fuqi të lartë. Sferiteti i grimcave u rrit me rritjen e kohës së mbajtjes në fushën akustike.

Shpërndarja në Surfactant

Për shkak të thyerjes efektive të grimcave tejzanor, përdorimi i surfaktantëve është thelbësor për të parandaluar deagglomeration e grimcave nën-mikron dhe nano-mesme të marra. Sa më i vogël të jetë madhësia e grimcave, aq më e lartë është niveli i sipërfaqes së sipërfaqes, e cila duhet të mbulohet me surfaktant për t'i mbajtur ato në pezullim dhe për të shmangur koagulimin e grimcave (aglomerat). Avantazhi i ultrasonication shtrihet në efekt shpërndarës: Në të njëjtën kohë për të rëndë dhe fragmentimit, ultratinguj shpërndarë grimcuar grimcave fragmente me surfactant kështu që grumbullimi i grimcave ai nano (pothuajse) shmanget tërësisht.

Prodhimi industrial

Për të shërbyer në treg me material me cilësi të lartë nano që shpreh funksionalitete të jashtëzakonshme, kërkohet pajisje të përpunimit të besueshëm. Ultrasonicators me deri në 16kW për njësi të cilat janë të clusterizable lejojnë fort ai përpunimin e rrjedhave pothuajse të pakufizuar vëllim. Për shkak të shkallëzimit plotësisht linear të proceseve tejzanor, aplikimet me ultratinguj mund të testohen pa rrezik në laborator, të optimizuar në shkallën më të lartë dhe pastaj të zbatohen pa probleme në linjën e prodhimit. Meqë ekuacioni tejzanor nuk kërkon hapësirë të madhe, mund të përshtatet edhe në rrjedhat ekzistuese të procesit. Operacioni është i lehtë dhe mund të monitorohet dhe të kryhet nëpërmjet telekomandës, ndërsa mirëmbajtja e një sistemi tejzanor është pothuajse i neglizhueshëm.

Shpërndarja e madhësisë së grimcave dhe imazhet SEM të aliazhit të bazuar në Bi2Te3 para dhe pas mulliri tejzanor. një – Shpërndarja e madhësisë së grimcave; b – Imazhi SEM përpara mullimit tejzanor; c – Imazhi SEM pas mullimit tejzanor për 4 orë; d – SEM imazh pas mulliri tejzanor për 8 h.
burimi: Marquez-Garcia et al. 2015.

Literatura / Referencat