Raspršivanje i deagglomeracija čvrstine u tečnost je važna primena power ultrazvuka i sononika tipa sononičara. Ultrazvučna kavitacija generiše izuzetno visok nivo koji razbija čestice aglomerate u jednostruko raspršene čestice. Zbog svojih lokalno fokusiranih visokih sila, sonicija je idealna za proizvodnju disperzija mirkona i nano veličine za eksperimentisanje, istraživanje i razvoj, i naravno za industrijsku proizvodnju.

Mešanje pudera u tečnost je čest korak u formulisanju različitih proizvoda, kao što su farba, mastilo, kozmetika, napici, hidrogeli ili poliranje medija. Pojedinačne čestice se drže zajedno od strane privlačnih sila različite fizičke i hemijske prirode, uključujući van der Waals snage i tečnu površinsku napetost. Ovaj efekat je jači za tečnost veće viskoznosti, kao što su polimeri ili smole. Sile privlačnosti moraju da se prevaziđu da bi se deagglomerale i čestice raspršile u tečne medije. U nastavku pročitajte zašto su ultrazvučni homogenizatori superiorna oprema za raspršivanje čestica submicrona i nano veličine u laboratoriji i industriji.

Ultrazvučno raspršivanje čvrstina u tečnosti

Radni princip ultrazvučnih homogenizatora zasniva se na fenomenu akustične kavitacije. Poznato je da akustična kavitacija stvara intenzivne fizičke sile, uključujući veoma jake sile. Primena mehaničkog stresa razbija čestice aglomerate. Takođe, tečnost se pritiska između čestica.
Dok su za raspršivanje praha u tečnosti, različite tehnologije kao što su homogenizeri visokog pritiska, agitatori mlinovi za zube, mlazni mlinovi i rotor-stator-mikser su komercijalno dostupni. Međutim, ultrazvučni raspršivači imaju značajne prednosti. U nastavku pročitajte kako funkcioniše ultrazvučno raspršivanje i koje su prednosti ultrazvučnog raspršivanja.

 

 

Radni princip ultrazvučne kavitacije i raspršivanja

Tokom sonikacije, visokofrekventni zvučni talasi stvaraju naizmenične oblasti kompresije i retkosti u tečnom medijumu. Dok zvučni talasi prolaze kroz medijum, oni stvaraju mehuriće koji se brzo šire, a zatim nasilno urušavaju. Ovaj proces se zove akustična kavitacija. Urušavanje mehurića generiše udarne talase visokog pritiska, mikrojetove i sile koje mogu da razgrađuju veće čestice i aglomerrate u manje čestice. U procesima ultrazvučnog raspršivanja, same čestice u disperzijama funkcionišu kao mleveni medijum. Ubrzane šparglama ultrazvučne kavitacije, čestice se sudaraju jedna sa drugom i razbijaju se u sitne delove. S obzirom na to da se ultrasonično tretiranom rasejanju ne dodaju perle ili biseri, potpuno se izbegava dugotrajno i intenzivno razdvajanje i čišćenje mlinovih medija kao i kontaminacija.
To čini sonication tako efikasnim u raspršivanju i deagglomering česticama, čak i onima koje je teško razbiti drugim metodama. To rezultira ravnomernijim distribucijom čestica, što dovodi do poboljšanja kvaliteta i performansi proizvoda.
Pored toga, sonicija može lako da podnese, rastera i sintetiše nanomaterijale kao što su nanosfere, nanokristali, nanošeti, nanofibre, nanowires, čestice jezgra i druge složene strukture.
Osim toga, sonicija se može izvršiti u relativno kratkom vremenskom roku, što je velika prednost u odnosu na druge tehnike raspršivanja.

Prednosti ultrazvučnih raspršivača u odnosu na alternativne tehnologije mešanja

Ultrazvučni raspršivači nude nekoliko prednosti u odnosu na alternativne tehnologije mešanja kao što su homogenizatori visokog pritiska, mlevenje bead ili rotor-stator mešanje. Neke od najistaknutijih prednosti uključuju:

• Poboljšano smanjenje veličine čestica: Ultrazvučni raspršivači mogu efikasno da smanje veličinu čestica na nanometarski opseg, što nije moguće sa mnogim drugim tehnologijama mešanja. To ih čini idealnim za primenu gde je fina veličina čestica kritična.
• Brže mešanje: Ultrazvučni raspršivači mogu da mešaju i rasprše materijale brže od mnogih drugih tehnologija, što štedi vreme i povećava produktivnost.
• Bez kontaminacije: Ultrazvučni raspršivači ne zahtevaju upotrebu mlevene medijske auhe kao perli ili bisera, koji zagađuju raspršivanje ogrebotinom.
• Bolji kvalitet proizvoda: Ultrazvučni raspršivači mogu da proizvedu više ujednačenih mešavina i vešanja, što rezultira boljim kvalitetom i doslednošću proizvoda. Naročito u režimu protoka, mulj disperziovanja prolazi pored ultrazvučne zone kavitacije na veoma kontrolisan način obezbeđujući veoma ujednačen tretman.
• Manja potrošnja energije: Ultrazvučni raspršivači obično zahtevaju manje energije od drugih tehnologija, što smanjuje operativne troškove.
• Svestranost: Ultrazvučni raspršivači se mogu koristiti za širok spektar primena, uključujući homogenizaciju, emulzifikaciju, raspršivanje i deagglomeraciju. Takođe mogu da rukuju raznim materijalima, uključujući abrazivne materijale, vlakna, korozivnu tečnost, pa čak i gasove.

Zbog ovih procesnih prednosti, kao i pouzdanosti i jednostavnog rada, ultrazvučni raspršivači nadmašuju alternativne tehnologije mešanja, što ih čini popularnim izborom za mnoge industrijske aplikacije.

Ultrazvučno raspršivanje i deagglomeracija u bilo kojoj razmeri

Hielscher nudi ultrazvučne uređaje za raspršivanje i deagglomeraciju bilo kog volumena za grupnu ili umetnutu obradu. Ultrazvučni laboratorijski uređaji se koriste za volumene od 1.5mL do aproks. 2L. Industrijski ultrazvučni uređaji se koriste u razvoju i proizvodnji procesa za grupe od 0,5 do aproks 2000L ili cene protoka od 0,1L do 20m³ na sat.

Hielscher Ultrasonics industrijski ultrazvučni procesori mogu da isporuče veoma visoke amplitude i time pouzdano rasprše i mlevene čestice nano-skali. Amplitude do 200μm se mogu lako neprekidno pokrenuti u 24/7 operaciji. Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi.

Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:

Prednosti ultrazvučnog raspršivanja: Lako se podešavanje

Drugačija od ostalih tehnologija raspršivanja, ultrazvučnost se može lako povećati od laboratorijske do proizvodne veličine. Laboratorijski testovi će omogućiti da se tačno izabere potrebna veličina opreme. Kada se koriste u završnoj razmeri, rezultati procesa su identični rezultatima laboratorije.

Ultrazvučni: Robusni i laki za čišćenje

Ultrazvučna moć se prenosi u tečnost putem sonotroda. Ovo je obično rotari simetrični deo, koji je mašinski od čvrstog titanijuma kvaliteta aviona. Ovo je u redu i jedini pokretni / vibrirajući mokar deo. To je jedini deo, koji je podložan habama i može se lako zameniti u roku od nekoliko minuta. Oscillation-decoupling flanges omogućavaju da se sonotrode montiraju u otvorene ili zatvorene kontejnere pod pritiskom ili da protiču ćelije u bilo kom položaju. Nisu potrebni ležajevi. Svi ostali modri delovi su generalno napravljeni od nerđajućeg čelika. Reaktori ćelija toka imaju jednostavne geometrije i mogu se lako rastati i očistiti, npr. Nema malih otvora ili skrivenih uglova.

Ultrasonični čistač na mestu

Ultrazvuk je dobro poznat po aplikacijama za čišćenje, takvoj površini, čišćenju dela. Ultrazvučni intenzitet koji se koristi za raspršivanje aplikacija je mnogo veći nego za tipično ultrazvučno čišćenje. Kada je reč o čišćenju mokrenih delova ultrazvučnog uređaja, ultrazvučna snaga se može koristiti za pomoć u čišćenju tokom ispiranja i ispiranja, jer ultrazvučna / akustična kavitacija uklanja čestice i tečne zaostace iz sonotroda i sa zidova ćelija toka.

---

---

Literatura/reference

• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
• Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.
• László Vanyorek, Dávid Kiss, Ádám Prekob, Béla Fiser, Attila Potyka, Géza Németh, László Kuzsela, Dirk Drees, Attila Trohák, Béla Viskolcz (2019): Application of nitrogen doped bamboo-like carbon nanotube for development of electrically conductive lubricants. Journal of Materials Research and Technology, Volume 8, Issue 3, 2019. 3244-3250.
• Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.