Partiklar, t.ex. I denna process börjar en övermättad blandning bilda fasta partiklar ur det högkoncentrerade materialet som kommer att växa och slutligen fällas ut. För att kontrollera partikeln/kristallstorleken och morfologin är det viktigt att kontrollera nederbördspåverkande faktorer.

Bakgrund för utfällningsprocess

Under de senaste åren har nanopartiklar fått betydelse inom många områden, såsom beläggningar, polymerer, bläck, läkemedel eller elektronik. En viktig faktor som påverkar användningen av nanomaterial är kostnaden för nanomaterial. Det krävs därför kostnads effektiva sätt att tillverka nanomaterial i bulkkvantiteter. Medan processer, som emulgering och komminueringsbehandling uppifrån och ned-processer, är nederbörden en bottom-up-process för syntes av nano-storlek partiklar från vätskor. Nederbörden innebär:

• Blandning av minst två vätskor
• Övermättnaden
• kärn bildning
• Partikel tillväxt
• Tätbebyggelse (Vanligtvis undviks genom låg fast koncentration eller genom att stabilisera medel)

Blandning av nederbörd

Blandningen är ett viktigt steg i nederbörden, som för de flesta nederbörd processer, är hastigheten på den kemiska reaktionen mycket hög. Vanligen rörs tank reaktorer (batch eller kontinuerlig), statiska eller rotor-stator blandare används för nederbörd reaktioner. Den inhomogena fördelningen av blandnings kraften och energin inom process volymen begränsar kvaliteten på de syntetiserade nanopartiklarna. Denna nackdel ökar när reaktor volymen ökar. Avancerad blandnings teknik och god kontroll över påverknings parametrarna resulterar i mindre partiklar och bättre partikel homogenitet.

Tillämpningen av inkräkta Jets, mikro-kanal blandare, eller användning av en Taylor-Couette reaktorn förbättra blandningsintensiteten och homogenitet. Detta leder till kortare blandnings tider. Men dessa metoder är begränsade det potential att skalas upp.

Ultraljud är en avancerad blandning teknik som ger högre skjuvning och omrörning energi utan skala upp begränsningar. Det gör det också möjligt att kontrol lera de styrande parametrarna, såsom strömförsörjning, reaktor konstruktion, uppehålls tid, partikel, eller reaktant koncentration självständigt. Ultraljud kavitation inducerar intensiv mikro blandning och skingr hög effekt lokalt.

Magnetite Nanoparticle nederbörd

Tillämpningen av ultraljud på nederbörd visades vid ICVT (TU Clausthal) av Banert et al. (2006) för magnetit nanopartiklar. Banert använde en optimerad Sono-kemisk reaktor (höger bild, matning 1: järn lösning, matning 2: nederbördsmedel, Klicka för större vy!) för att framställa nanopartiklar av magnetit “genom samfällning av en vatten lösning av järn (III) klorid hexahydrat och järn (II) sulfat heptahydrat med en molar ratio av FE^{3 eller högre}/FE^{2 eller högre} = 2:1. Som Hydro dynamisk pre-blandning och makro blandning är viktiga och bidra till ultraljud mikro blandning, reaktorn geometri och placeringen av utfodring rören är viktiga faktorer som styr processen resultatet. I sitt arbete Banert et al. jämfört med olika reaktor konstruktioner. En förbättrad konstruktion av reaktor kammaren kan minska den erforderliga specifika energin med faktorn fem.

Järn lösningen fälls ut med koncentrerad ammoniumhydroxid respektive natriumhydroxid. För att undvika pH-lutning måste utfällingen pumpas i överskott. Partikel storleks fördelningen för magnetit har mätts med fotons korrelations spektroskopi (PCS, Malvern NanoSizer ZS, Malvern Inc.).”

Utan ultraljud, partiklar av en genomsnittlig partikel storlek på 45nm producerades av Hydro dynamisk blandning ensam. Ultraljud blandning minskat den resulterande partikel storlek till 10Nm och mindre. Grafiken nedan visar partikel storleks fördelningen för FE₃den₄ partiklar som genereras i en kontinuerlig ultraljudsutfällningsreaktion (Banert et al., 2004).

Nästa bild (Banert et al., 2006) visar partikel storleken som en funktion av den specifika energi insatsen.

“Diagrammet kan delas in i tre huvud ordningar. Nedan ca 1000 kJ/kg_{Järn oxiden Fe3O4} blandningen styrs av den hydrodynamiska effekten. Partikeln storlekser som storlekser som uppgår till omkring 40-50 nm. Över 1000 kJ/kg blir effekten av ultraljudsblandningen synlig. Partikelstorleken minskar under 10 nm. Med ytterligare förhöjning av den specifika drivan som matar in partikeln, storleksanpassar remainsen i samma beställa av storleksanpassar. Nederbördsblandningsprocessen är tillräckligt snabb för att möjliggöra homogen kärnbildning.”

Litteratur

Banert, T., Horst, C., Kunz, U., Peuker, U. A. (2004), Kontinuierliche Fällung im Ultraschalldurchflußreaktor am Beispiel von Eisen-(II, III) oxid, ICVT, TU-Clausthal, affisch presenteras på GVC års möte 2004.

Banert, T., Brenner, G., Peuker, U. A. (2006), drifts parametrar för en kontinuerlig Sono-kemisk nederbörd reaktor, proc. 5. WCPT, Orlando fl., 23,0-27. Den 2006 april.