Hielscher Ultrason Teknolojisi

Sol-jel ultrason etkisi

Giriş

Ultra ince nano-boyutlu parçacıkların ve küresel biçimli parçacıkları, ince film kaplama, lifler, gözenekli ve yoğun malzeme, hem de son derece gözenekli aerojeller ve kserojeller yüksek performanslı malzemelerin geliştirilmesi ve üretimi için oldukça potansiyel katkı maddeleridir. örneğin dahil olmak üzere gelişmiş maddeler, seramik, yüksek seviyede gözenekli, ultra hafif aerojeller ve organik ve inorganik melez sol-jel yöntemi ile, bir sıvı içinde koloidal süspansiyonlar veya polimerlerden sentezlenebilir. üretilen Sol parçacıklar nanometre boyutunda değişmektedir çünkü malzeme, özgün özelliklerini göstermektedir. Bu şekilde, sol-jel işlemi Nanokimya bir parçasıdır.
Aşağıda, Ultrasonik destekli sol-jel yollardan nano-boyutlu malzemenin sentezi gözden geçirilmiştir.

Sol-Jel Süreci

Sol-jel ve ilgili işlem şu aşamaları içerir:

  1. (Film durumunda) bir kalıp ya da bir alt-tabaka üzerinde sol jelleştirici ya da çöken tozu ikinci bir sol yapma ve jelleşme, ya da olmayan jel yolları ile tek bir gövde halinde bir toz şekillendirme, sol yapma veya toz çökeltilmesi;
  2. kurutma;
  3. pişirim ve sinterleme. [1994 Rabinovich]
Sol-jel işlemleri, metal oksitler ya da hibrid polimerler jelin üretimi için ıslak kimyasal yollardır

Tablo 1: Sol-Gel sentezi Adım ve aşağı işlemler

Güç ultrason sonochemical reaksiyonlar (büyütmek için tıklayın!) Teşvik

Ultrasonik cam reaktör Sono-kimya

Bilgi talebi





Sol-jel işlemleri, metal oksitler ya da hibrid polimerler entegre bir ağ (sözde jel) imalatı için bir sentez ıslak kimyasal bir tekniktir. ön gibi, bu tür metal klorürler ve metal alkoksidler gibi organik metal bileşikleri olarak yaygın inorganik metal tuzları kullanılır. sol – öncülerinin bir süspansiyonda oluşan – bir sıvı ve bir katı faza hem de oluşan bir jel-benzeri iki fazlı sistem, dönüştürür. Bir sol-jel işlemi sırasında meydana gelen kimyasal reaksiyonlar hidroliz, poli-yoğunlaşma ve jelleştirme vardır.
hidroliz ve poli-kondenzasyon sırasında bir çözücü madde içinde dağılmış nanopartiküller oluşan bir koloit (sol), oluşturulur. mevcut Sol faz jele dönüşür.
Elde edilen jel faz büyüklüğü ve oluşumu kesintisiz zincir-benzeri polimerler için ayrı ayrı koloidal parçacıkların büyük ölçüde değişebilir parçacıklar tarafından oluşturulur. şekli ve boyutu kimyasal koşullarına bağlıdır. SiO üzerinde gözlemlerden2 alcogels genellikle sonucuna varılabilir daha kompakt ve çok dallanmış monomer kümeleri agregasyonu ile oluşturulmuş bir ayrık türlerde bir baz-katalize edilmiş sol sonuçları. Bu çökelme ve yerçekimi kuvvetleri tarafından etkilenir.
Asit katalizörlü soller malzeme boyunca oldukça muntazam görünen bir çok ince mikro yapıyı gösteren çok dolaşık polimer zincirleri ve çok küçük gözeneklerin kaynaklanmaktadır. düşük yoğunluklu polimerlerin daha açık bir sürekli ağ-yapı oluşumu 2 ve 3 boyutlu yüksek performanslı cam ve cam / seramik bileşenlerin oluşumunda fiziksel özellikleri açısından bazı avantajlar sergiler. [Sakka ve ark. 1982]
Spin-kaplama ya da daha da işlem adımları, içinde ince filmleri ile veya bir kalıba sol döküm kat substratlara mümkün olur dip kaplanması, bir sözde ıslak bir jeli oluşturmak üzere. Ek kurutma ve ısıtma işleminden sonra, yoğun bir malzeme elde edilir.
alt prosesin daha da adımda, elde edilen jel daha da işlenebilir. çökeltme, püskürtme pirolizi ya da emülsiyon teknikleri, Süper ince ve tek tip tozlar aracılığıyla oluşturulabilir. Ya da, yüksek gözeneklilik ve son derece düşük bir yoğunluk ile, özelliği sözde aerojeller, ıslak jel ve sıvı fazının ekstre edilerek oluşturulabilir. Böylece, normal olarak süper kritik koşullar gereklidir.
Ultrasonikasyon nano malzemelerin sol-jel sentezini artırmak için kanıtlanmış bir tekniktir. (Büyütmek için tıklayın!)

Tablo 2:. Mezo TiO2 [Yu ve arkadaşları, Chem Ultrasonik Sol-jel yöntemi ile. Commun. 2003 2078]

Yüksek Güç Ultrason

Yüksek güç, düşük frekanslı ultrason kimyasal işlemlerde yüksek potansiyele sahiptir. Yoğun ultrasonik dalgalar bir sıvı ortam içine katıldığında, frekansa bağlı olarak oranları ortaya ile yüksek basınç ve alçak basınç döngülerde. Düşük frekanslı döngüleri orta yoğunluk azalmasını ifade ederken yüksek basınç çevrimleri, sıkıştırma anlamına gelir. Düşük basınç (seyrelme) döngüsü sırasında, yüksek güç ultrason sıvı içinde küçük bir vakum kabarcıkları oluşturur. Bunlar vakum kabarcıkları birkaç döngü üzerinde büyür.
Buna uygun olarak ultrason yoğunluğu, sıvı sıkıştırır ve değişen derecelerde uzanır. Bu demektir kavitasyon kabarcıklar iki şekilde davranabilirler. ~ 1-3Wcm düşük ultrasonik şiddetleri de-2Kavitasyon kabarcıkları birçok akustik döngüleri için bir denge boyutu hakkında salınır. Bu olgu, stabil kavitasyon olarak adlandırılır. ≤10Wcm (yüksek ultrasonik şiddetleri de-2) Kavitasyonel kabarcıklar kabarcık daha fazla enerji absorbe edilemez bir sıkıştırma noktasında en az iki katı başlangıç ​​boyutu ve çökme yarıçapına birkaç akustik döngüsü içinde oluşturulmaktadır. Bu geçici veya eylemsizlik kavitasyon denir. Kabarcık bölünmesi esnasında, lokal olarak adlandırılan sıcak noktalar meydana aşırı koşullara hangi özelliği: bölünmesi, lokal olarak çok yüksek sıcaklıklarda (. yaklaşık 5,000K) ve basınçlar esnasında (. yaklaşık 2,000atm) ulaşılır. Kavitasyon kabarcığın bölünmesi aynı zamanda şu şekilde çok yüksek kesme kuvvetleri hareket kadar 280m / s hız sıvı jetleri ile sonuçlanır. [Suslick 1998 / Santos ve diğ. 2009]

Sono-ormosil

Sonikasyon polimerlerin sentezi için etkili bir araçtır. Ultrasonik dağıtıcı ve deaglomerasyon sırasında germek ve rastgele olmayan bir işlemde moleküler zincirlerinin sonu caviational kesme kuvvetleri, molekül ağırlığı ve poli-dağılma düşmesine neden olur. Bundan başka, çok fazlı sistemler çok verimli dağınık, dağılmış ve emülsiyonBöylece çok ince bir karışım temin edilmektedir. Bu, ultrason, geleneksel karıştırma üzerine, polimerizasyon oranını arttırır ve daha düşük dağılımına sahip yüksek moleküler ağırlıklarda oluşması anlamına gelir.
silan sol-jel işlemi sırasında jel-türevli silis ilave edildiğinde Ormosils (organik olarak modifiye edilmiş silikat) elde edilir. Ürün daha iyi mekanik özelliklere sahip bir molekül ölçekli kompozittir. Sono-Ormosils klasik jeller olarak geliştirilmiş bir termal stabilite daha yüksek bir yoğunluk ile karakterize edilir. Bir açıklaması, bu nedenle polimerizasyon artan derecede olabilir. [Rosa-Fox ve ark. 2002]

Güçlü ultrasonik güçler çıkarılması için iyi bilinen ve güvenilir tekniktir (büyütmek için tıklayın!)

Ultrasonik kavitasyon sıvıda

mezogözenekli TiO2 Ultrasonik Sol-Jel sentezlere

mezogözenekli TiO2 widley elektronik, sensor teknolojisi ve çevresel iyileştirme fotokatalizör olarak hem de kullanılır. Optimize edilmiş malzeme özelliklerine için, TiO üretmek hedeflenmektedir2 yüksek kristallik ve geniş yüzey alanına sahip. Ultrasonik destekli Sol-jel işleminde avantajı TiO içsel ve dışsal özellikleri2, Örneğin parçacık boyutu, yüzey alanı, gözenek hacimli, gözenek çapı, kristalinite de anataz, rutil ve brokit fazı oranları gibi parametreleri kontrol ile etkilenebilir.
Milani ve diğ. (2011) TiO sentezini ortaya koymuştur2 anataz nanopartiküller. Bu nedenle, sol-jel işlemi TiC uygulandı4 ön-madde ve her iki yönde, ve ultrasonikasyon olmadan karşılaştırılmıştır. Sonuçlar ultrasonik ışıma, sol-jel yöntemi ile elde edilen çözüm tüm bileşenleri üzerinde yeknesak bir etkiye sahiptir ve çözelti içinde büyük nanometrik koloitlerin gevşek bağlantıların kopmasına neden olduğunu göstermektedir. Böylece, daha küçük nanopartiküller oluşturulur. lokal olarak meydana gelen daha yüksek basınçlar ve sıcaklıklar, uzun polimer zincirlerinin aynı zamanda daha büyük bir koloidal kütleler oluşturulduğu daha küçük partiküller, bağlayıcı zayıf bağlantılar yapıştırma işlemleri bölünürler. Her iki TiO karşılaştırılması2 Numuneler, varlığında ve ultrasonik radyasyon yokluğunda, aşağıdaki SEM görüntüleri (Pic. 2'ye bakınız) gösterilmektedir.

Ultrason sol-jel sentezi sırasında jelleşme süreci destekler. (Büyütmek için tıklayın!)

Pic. 2: 24 saat içinde 1h ve jelatinleşme kez 400 degC kalsine TiO2 pwder SEM görüntüleri, (a) varlığında ve (b) ultrason yokluğunda. [Milani ve diğ. 2011]

Ayrıca, kimyasal reaksiyonlar, örneğin, Kluyveromyces sonochemical etkileri, faydalanabilir kimyasal bağlar, kimyasal reaktivite veya moleküler degradasyon önemli bir geliştirme kırılması.

Sono Jelleri

İçinde sono-katalitik yardımlı sol-jel reaksiyonları, ultrason ön uygulanır. Yeni özelliklerin elde edilen malzeme sonogels olarak bilinir. Ultrasonik ile kombinasyon halinde ilave çözücü olmadan için kavitasyonSol-jel reaksiyonları için benzersiz bir ortam elde edilen jeller, özellikle özelliklerinin oluşmasına olanak sağlayan, oluşturulur: yüksek yoğunluk, ince dokulu, homojen yapıda vb Bu özellikler daha fazla işleme ve son malzeme yapısına sonogels evrimini belirler . [Blanco ve ark. 1999]
Suslick ve Fiyatı (1999) göstermektedir ki Si ultrasonik ışınlama (OC2'H5)4 bir asit katalizörü ile su içinde bir silis “Sonogel” üretir. OC (Si silika jeller konvansiyonel hazırlanmasında2'H5)4, Etanol yaygın eş-çözücü kullanılabilir dolayı, Si olmayan çözünürlüğüne bir (OC2'H5)4 Suda. Bu tür çözücülerin kullanılmasının, kurutma aşaması esnasında çatlamaya neden sıklıkta sorunludur. Ultrasonikasyon etanol gibi uçucu birlikte-çözücüler önlenebilir, böylece son derece etkili bir karıştırma sağlar. Bu geleneksel olarak üretilen jeller daha yüksek bir yoğunluk ile karakterize edilen, bir silika sono-jel ile sonuçlanır. [Suslick ve diğ. 1999, 319f.]
Geleneksel aerojeller büyük boş gözenekli, düşük yoğunluklu matris oluşur. sonogels, aksine, daha ince gözenek içerirler ve gözenekleri oldukça küre şeklinde, düzgün yüzeyli bulunmaktadır. yüksek açılı bölgesi içinde 4 daha büyük eğimler gözeneksiz matris sınırları [Rosa-Fox ve ark önemli elektronik yoğunluk dalgalanmaları ortaya koymaktadır. 1990].
Toz numune yüzeyinin görüntü kullanılarak ultrasonik dalgalar parçacıkların ortalama boyutu daha fazla homojenlik ile sonuçlanmıştır ve küçük partiküller ile sonuçlanmıştır açıkça göstermektedir. Nedeniyle, sonikasyon işlemine, ortalama partikül boyutu yaklaşık olarak azalır. 3 nm. [Milani ve diğ. 2011]
ultrason pozitif etkilerinin çeşitli araştırma çalışmalarında kanıtlanmıştır. Ör Neppolian vd bildirmektedir. işlerinde gözenekli nano boyutlu TiO2 partiküllerinin fotokatalitik özelliklerin değiştirilmesi ve iyileştirilmesi önemi ve ultrasonikasyon avantajları. [Neppolian ve diğ. 2008]

Ultrasonik sol-jel reaksiyonu yoluyla nanokaplamanın

Nanokaplamanın nano ölçekli bir tabaka ya da nano-boyutlu varlığın kapsamında olan kaplama malzemesi anlamına gelmektedir. Bu şekilde kapsüllenmiş ya da çekirdek-kabuk-yapısı elde edilir. Bu tür nano kompozitler dolayı birleştirilen belirli özellikleri ve / veya bileşenlerin yapılandırma etkilerinin fiziksel ve kimyasal yüksek performans özellikleri sergiler.
Bunlara örnek olarak, indiyum kalay oksit kaplama prosedürü (İTO) partiküllerinin gösterilecektir. Chen bir çalışma (2009) 'de gösterildiği gibi İTO partikülleri, iki aşamalı bir işlemde silika ile kaplanır. Birinci kimyasal aşamada, indiyum kalay oksit tozu, bir aminosilan suface işleme tabi tutulur. İkinci adım, ultrasonikasyon altında silica kaplamadır. Sonication ve etkileri belirli bir örnek vermek gerekirse, Chen'in çalışmada sunulan işlem adımı, aşağıda özetlenmiştir:
Bu adım için tipik bir işlem şu şekildedir: 10 g GPTS, yavaş yavaş, hidroklorik asit (HCI) (pH = 1.5) ile asitleştirilen 20 g su ile karıştırıldı. Daha önce sözü edilen aminosilan uygulanan tozdan 4 g daha sonra 100 ml'lik bir cam şişede bulunan karışıma ilave edildi. Şişe daha sonra 60W veya daha yüksek çıkış gücü ile sürekli ultrason ışınlaması için sonikatör sondasının altına yerleştirildi.
Sol-jel reaksiyonu nedeniyle GLYMO geniş hidroliz (3- (2,3-epoksipropoksi) propiltrimetoksisilan) üzerine, alkolün salıverilmesi için, beyaz bir köpük oluşturulduğu ardından yaklaşık 2-3 dakika ultrason ışınlama, sonra başlatılmıştır. Sonikasyon çözeltisi birkaç saat daha karıştırıldı, bundan sonra 20 dakika için uygulanmıştır. işlem bittikten sonra, partiküller santrifüj ile toplanmıştır ve su daha sonra ya karakterizasyon için kuru ya da su ya da organik çözücüler içinde dağılmış tutulur ile tekrar tekrar yıkandı. [Chen 2009, p.217]

Sonuç

Sol-jel işlemlere ultrason uygulaması daha iyi bir karıştırma ve parçacıkların deagglomeration yol açar. Bu küçük parçacıklar boyut, küresel, küçük boyutlu parçacık şekli ve geliştirilmiş morfolojiye yol açar. Sözde sono-jeller, yoğunluğu ve ince, homojen bir yapı ile tanımlanır. Bu özellikler nedeniyle sol oluşumu sırasında çözücünün kullanımının önlenmesine oluşturulur, ancak, aynı zamanda, ve bunun temel nedeni ultrason ile indüklenen retikülasyon ilk çapraz bağlı devlet. Kurutma işleminden sonra, elde edilen sonogels parçacıklı bir yapı ortaya ipliksi olan ultrason uygulamadan elde benzerlerinin aksine. [Esquivias ve diğ. 2004]
Yoğun ultrason kullanımının sol-jel işlemleri benzersiz malzeme uyarlanmasına olanak gösterilmiştir. Bu yüksek güçlü ultrason kimya ve malzeme araştırma ve geliştirme için güçlü bir araç yapar.

Bize Ulaşın / Daha Fazla Bilgi İsteyin

senin işleme gereksinimleri hakkında bize konuşun. Projeniz için en uygun kurulum ve işleme parametrelerini tavsiye eder.





Lütfen dikkat Gizlilik Politikası.


UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

Pompa ve tutma tankı ile 1kW ultrasonik devridaim kurulum sofistike işleme izin verir

Edebiyat referansları

  • Beyaz, E.; Esquivias L.; Litrán, R,.; Pinero, E.; Ramirez-del-Güneş, M.; Rosa_Fox, N. (1999): Sonogels ve Türetilmiş malzemeler. Baş. Organometalik. Chem. 13 1999 sf. 399-418.
  • Chen, S .; Boothroyd, C .; Mcintosh Soutar, A .; Zeng, X, T. (2010): ultrason kullanılarak ticari TiO2 nano üzerinde Sol-jel nanokaplamanın. J. Sol-Jel Sci. Technol. 53, 2010, s. 115-120.
  • Chen, S. (2009): Sonogel işlemle nanopartiküllerin silika kaplama. SIMTECH 4/10, 2009. s. 216-220.
  • Esquivias, L .; Rosa-Fox, N. de la; Bejarano, E .; Mosquera, M.J. (2004): Hibrid Koloidno Polimer kserojelleri yapısı. Langmuir 20/2004. s. 3416-3423.
  • Karami, A. (2010): sol-jel yöntemi ile, bir fotokatalizör olarak kullanımı, TiO2 Nano toz sentezi. J. İran. Chem. Soc. 7, 2010, s. 154-160.
  • Li, X .; Chen, L .; Li, B .; Li. L. (2005): Sol-jel yöntemi ile ultrasonik Field Zirkonyum Nano tozlar hazırlanması. Trans Tech Pub. 2005.
  • Neppolian, B .; Wang, S .; Jung, H .; Choi H. (2008): karakterizasyonu, özellikleri ve 4-klorofenol kaldırma uygulaması TiO2 nano partiküllerin hazırlanması sol-jel yöntemi Ultrasonik destekli. Ultrason. Sonochem. 15, 2008, s. 649-658.
  • Pierre A. M .; Rigacci, A. (2011): SiO2 AEROJELLER. In: M. A. Aegerter et al. (Ed.): Aerojeller El Kitabı, Sol-Jel Türetilmiş Malzemeler ve Teknolojileri, Advances in. Springer Science + Business: New York, 2011. ss 21-45..
  • Rabinovich E.M. (1994): Sol-gel işlemi - Genel Prensipleri. In: L.C. Klein (Ed.) Ve Sol-Gel optik: İşleme ve Uygulamaları. Kluwer Academic Publishers: Boston, 1994. ss 1-37..
  • Rosa-Fox, N. de la; Pinero, E .; Esquivias, L. (2002): Sonogels Organik-İnorganik hibrid malzemeler. 2002.
  • Rosa-Fox, N. de la; Esquivias, L. (1990): silis sonogels Yapısal çalışmalar. J. Olmayan Cryst. Katılar, 121, 1990, s. 211-215.
  • Sakka, S .; Kamya, (1982) K.: Sol-Jel Geçiş: Cam elyaflar oluşturulması & İnce filmler. J. Olmayan Kristal Katılar 38, 1982. s. 31.
  • Santos, H. M .; Lodeiro, C .; Martínez, J.-L. (2009): Ultrason gücü. In: J.-L. Kimya Ultrason: Martínez (ed.) Analitik Uygulamalar. Wiley-VCH: Weinheim, 2009, s 1-16..
  • Shahruz, N .; Hossain, M.M. (2011): Sol-Jel Yöntemiyle TiO2 Fotokatalist nanopartiküller Preparasyon sentezi ve Boyut Kontrolü. Dünya Appl. Sci. J. 12, 2011, s. 1981-1986.
  • Suslick, K. S .; Fiyat, G. J. (1999): Malzeme Kimya için Ultrason uygulamaları. Annu. Rev. Mater. Sci. 29, 1999, s. 295-326.
  • Suslick, K. S. (1998): Sonokimya. In: Chemical Technology, Cilt Kirk-Othmer Encyclopedia. 26, 4inci. Ed., J. Wiley & Wiley & Sons: New York, 1998. sayfa 517-541..
  • Verma, L, Y .; Singh, M. P .; Singh, R. K. (2012): Hazırlama ve Ionogels Özelliklerine ve Ultrasonik ışınlama Etkisi. J. Nanomat. 2012.
  • Zhang, L-Z .; Yu, J .; Yu, J.C. (2002): bir bicrystalline çerçeve ile yüksek foto-aktif gözenekli titanyum dioksit doğrudan Sonochemical hazırlanması. Elektrokimyasal Derneği, 2002 201 Toplantısı Özetleri.
  • https://www.hielscher.com/sonochem