Hielscher ultraljud teknik

Ultraljud fräsning av termoelektriska nano-pulver

  • Forskning har visat att ultraljud fräsning kan framgångs rikt användas för tillverkning av termoelektriska nanopartiklar och har potential att manipulera ytorna av partiklarna.
  • Ultrasonically frästa partiklar (t. ex. bi2Te3-baserad legering) uppvisade en signifikant storleks reduktion och tillverkade nanopartiklar med mindre än 10 μm.
  • Dessutom producerar ultraljudsbehandling betydande förändringar av ytan morfologi av partiklarna och möjliggöra därmed att functionalize ytan av mikro-och Nano-partiklar.

 

Termoelektriska nanopartiklar

Term oelektriska material omvandlar värme energi till elektrisk energi baserad på Seebeck och Peltier-effekt. Därmed blir det möjligheten att vända knappt användbar eller nästan borttappad termisk energi effektivt in i produktiva applikationer. Eftersom term oelektriska material kan ingå i nya tillämpningar såsom bio termiska batterier, Solid-State termoelektrisk kylning, optoelektroniska apparater, rymden och fordons industrin kraft produktion, forskning och industrin söker facile och snabb tekniker för att producera miljö vänliga, ekonomiska och hög temperatur stabila termoelektriska nanopartiklar. Ultraljud fräsning samt bottom-up-syntes (Sono-kristallisation) till lovande rutter till den snabba Mass produktionen av termoelektriska nanomaterial.

Ultraljud fräs utrustning

För partikel storleks reduktion av vismut tellurid (bi2Te3), magnesiumsilicid (mg2SI) och kisel (SI) pulver, hög intensiva ultraljud systemet UIP1000hdT (1kW, 20kHz) användes i en öppen bägare setup. För alla prövningar var amplituden satt till 140 μm. Prov kärlet kyls i ett vatten bad, temperaturen styrs av Thermo-par. På grund av ultraljudsbehandling i ett öppet kärl, kylning användes för att förhindra avdunstning av fräs lösningar (t. ex., etanol, butanol, eller vatten).

Ultraljud fräsning används framgångs rikt för att minska term oelektriska material till Nano-partiklar.

(a) Schematiskt diagram över den experimentella installationen. (b) ultraljud fräs apparater. Källa: Marquez-Garcia et al. 2015.

UIP2000hdT-en 2000W högpresterande ultrasonicator för industriell fräsning av nanopartiklar.

UIP2000hdT med tryck Bart flöde cell reaktor

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Ultraljud fräsning för endast 4h av bi2Te3-legering redan gett i en betydande mängd nanopartiklar med storlekar mellan 150 och 400 nm. Förutom storleks minskning till nano-sortimentet, ultraljudsbehandling resulterade också i en förändring av ytan morfologi. SEM bilderna i figuren nedan b, c, och d visar att de skarpa kanterna av partiklarna innan ultraljud fräsning har blivit smidig och runda efter ultraljud fräsning.

Ultraljud fräsning av Bi2Te3-baserade legering nanopartiklar.

Partikel-storlek distribution och SEM bilder av Bi2Te3-baserade legering före och efter ultraljud fräsning. A – Fördelning av partikel storlekar; B – SEM bild före ultraljud fräsning; C – SEM bild efter ultraljud fräsning för 4 h; D – SEM-bild efter ultraljud fräsning för 8 h.
Källa: Marquez-Garcia et al. 2015.

För att avgöra om partikel storleks reduktion och ytmodifiering är unikt uppnås genom ultraljud fräsning, liknande experiment genomfördes med hjälp av en hög energi kulkvarn. Resultaten visas i Fig. 3. Det är uppenbart att 200 – 800 nm partiklar producerades av kulfräsning för 48 h (12 gånger längre än ultraljud fräsning). SEM visar att de vassa kanterna på bi-2Te3-legeringspartiklarna förblir väsentligen oförändrade efter fräsning. Dessa resultat tyder på att de släta kanterna är unika egenskaper ultraljud fräsning. Tidsbesparande genom ultraljud fräsning (4 h vs 48 h boll fräsning) är anmärknings värda också.

Ultraljud fräsning av Mg2Si.

Partikel-storlek distribution och SEM bilder av Mg2Si före och efter ultraljud fräsning. a fördelning av partikel storlek. (b) SEM-bild före ultraljud fräsning; (c) SEM bild efter ultraljud fräsning i 50% PVP-50% EtOH för 2 h.
Källa: Marquez-Garcia et al. 2015.

Marquez-Garcia et al. (2015) drar satsen att ultraljud fräsning kan försämra bi2Te3 och mg2SI pulver i mindre partiklar, vars storlek varierar från 40 till 400 nm, vilket tyder på en potentiell teknik för industriell produktion av nanopartiklar. Jämfört med hög energi boll fräsning har ultraljud fräsning två unika egenskaper:

  1. 1. förekomsten av en partikel storlek gap separera de ursprungliga partiklarna från dem som produceras av ultraljud fräsning; Och
  2. 2. betydande förändringar i ytans morfologi är uppenbara efter ultraljud fräsning, vilket tyder på möjligheten att manipulera ytorna av partiklarna.

Slutsats

Ultraljud fräsning av hårdare partiklar kräver ultraljudsbehandling under tryck för att generera intensiv kavitation. Ultraljudsbehandling under förhöjt tryck (så kallade manosonication) ökar skjuvning krafter och stress till partiklarna drastiskt.
En kontinuerlig inline ultraljudsbehandling setup möjliggör en högre partikel belastning (pasta-liknande flyt gödsel), vilket förbättrar fräs resultat eftersom ultraljud fräsning är baserad på Inter-partikel kollision.
Ultraljudsbehandling i en diskret recirkulation setup gör det möjligt att säkerställa en homogen hantering av alla partiklar och därför en mycket smal partikel storleks fördelning.

En stor fördel med ultraljud fräsning är att tekniken lätt kan skalas upp för produktion av stora mängder-kommersiellt tillgängliga, kraftfull industriell ultraljud fräsning kan hantera belopp upp till 10m3/h.

Fördelar med ultraljud fräsning

  • Snabb, tidsbesparande
  • Energisparande
  • Reproducerbara resultat
  • Inga fräsmedia (inga pärlor eller pärlor)
  • Låg investerings kostnad

Högpresterande Ultrasonicators

Ultraljud fräsning kräver hög effekt ultraljud utrustning. För att generera intensiva cavitational skjuvning krafter, höga amplituder och tryck är avgörande. Hielscher Ultrasonics’ industriella ultraljud processorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder, anpassade ultraljud sonotrodes finns. I kombination med Hielschers tryckbara flöde reaktorer, är mycket intensiv kavitation skapas så att intermolekylära bondings kan övervinnas och effektiva fräs effekter uppnås.
Robustheten av Hielschers ultraljud utrustning möjliggör 24/7 drift vid tunga och i krävande miljöer. Digital och fjärrkontroll samt automatisk data registrering på ett inbyggt SD-kort säkerställer exakt bearbetning, reproducerbar kvalitet och möjliggör process standardisering.

Fördelar med Hielscher högpresterande Ultrasonicators

  • mycket höga amplituder
  • höga tryck
  • kontinuerlig inline-process
  • robust utrustning
  • linjär skala upp
  • Spara och lätt att använda
  • Lätt att rengöra

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan om du vill begära ytterligare information om ultraljud homogenisering. Vi ska vara glada att kunna erbjuda dig ett ultraljud system som uppfyller dina krav.









Observera att våra Integritetspolicy.


Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultrasonicators för sonochemical applikationer.

Hög effekt ultraljud processorer från Lab till pilot och industriell skala.

Litteratur / Referenser

  • Marquez-Garcia L., Li W., Bomphrey J.J., Jarvis D.J., min G. (2015): beredning av nanopartiklar av term Oelektriska material av ultraljud fräsning. Tidning av elektroniska material 2015.


Fakta Värt att veta

Termoelektrisk effekt

Term oelektriska material kännetecknas av att visa den term oelektriska effekten i en stark eller bekväm, användbar form. Den term oelektriska effekten hänvisar till fenomen genom vilka antingen en temperatur skillnad skapar en elektrisk potential eller en elektrisk potential skapar en temperatur skillnad. Dessa fenomen kallas Seebeck-effekten, som beskriver omvandlingen av temperatur till ström, Peltier-effekten, som beskriver omvandlingen av ström till temperatur, och Thomson-effekten, som beskriver konduktören värme/kyla. Alla material har en noll term oelektrisk effekt, men i de flesta material är det för litet för att vara användbar. Men låg kostnad material som visar en tillräckligt stark term oelektrisk effekt samt andra nödvändiga egenskaper för att göra dem tillämpliga, kan användas i applikationer såsom kraft produktion och kylning. För närvarande vismut tellurid (bi2Te3) används ofta för sin term oelektriska effekt