Sonofragmentatsiya - Quvvatli ultratovushning zarrachalarning parchalanishiga ta'siri

Sonofragmentatsiya yuqori quvvatli ultratovush yordamida zarrachalarning nano o'lchamdagi bo'laklarga bo'linishini tasvirlaydi. Umumiy ultratovushli deaglomeratsiya va frezalashdan farqli o'laroq – bu erda zarrachalar asosan maydalanadi va zarrachalar orasidagi to'qnashuv bilan ajratiladi – , sono-parchalanish zarracha va zarba to'lqini o'rtasidagi bevosita o'zaro ta'sir bilan ajralib turadi. Yuqori quvvatli/past chastotali ultratovush suyuqliklarda kavitatsiyani va shu bilan kuchli kesish kuchlarini hosil qiladi. Kavitatsion qabariqning qulashi va zarralar orasidagi to'qnashuvning ekstremal sharoitlari zarralarni juda nozik o'lchamdagi materialga maydalaydi.

Ultrasonik ishlab chiqarish va nanozarrachalarni tayyorlash

Nanomateriallarni ishlab chiqarish uchun kuchli ultratovushning ta'siri yaxshi ma'lum: dispersiya, deagglomeratsiya va frezalash & Silliqlash va sonikatsiya orqali parchalanish ko'pincha davolashning yagona samarali usuli hisoblanadi nano zarralar. Bu, ayniqsa, nano o'lchamdagi zarrachalarning o'ziga xos xususiyatlariga ega bo'lgan juda nozik nanomateriallarga nisbatan to'g'ri keladi. Muayyan funksiyalarga ega nanomaterialni yaratish uchun bir tekis va ishonchli sonikatsiya jarayonini ta'minlash kerak. Hielscher ultratovush uskunasini laboratoriya miqyosidan to'liq tijorat ishlab chiqarish hajmiga etkazib beradi.

Kavitatsiya orqali sono-parchalanish

Kuchli ultratovush kuchlarining suyuqliklarga kirishi ekstremal sharoitlarni yaratadi. Ultratovush suyuq muhitni targ'ib qilganda, ultratovush to'lqinlari o'zgaruvchan siqilish va kamdan-kam uchraydigan davrlarga olib keladi (yuqori bosim va past bosim davrlari). Past bosimli davrlarda suyuqlikda kichik vakuum pufakchalari paydo bo'ladi. Bular kavitatsiya pufakchalar ko'proq energiyani o'zlashtira olmaydigan hajmga erishgunga qadar bir necha past bosim davrlarida o'sadi. Maksimal so'rilgan energiya va qabariq hajmining bunday holatida kavitatsiya pufakchasi shiddat bilan qulab tushadi va mahalliy ekstremal sharoitlarni yaratadi. ning portlashi tufayli kavitatsiya pufakchalar, juda yuqori haroratlar taxminan. 5000K va bosimlar taxminan. Mahalliy miqyosda 2000 atmga erishiladi. Portlash natijasida 280m/s (≈1000km/soat) tezlikka ega suyuqlik oqimlari paydo bo‘ladi. Sono-parchalanish zarrachalarni kichikroq o'lchamlarga mikron va nano diapazonda parchalash uchun ushbu kuchli kuchlardan foydalanishni tavsiflaydi. Rivojlanayotgan sonikatsiya bilan zarrachalar shakli burchakdan sharsimonga aylanadi, bu esa zarralarni yanada qimmatli qiladi. Sonofragmentatsiya natijalari parchalanish tezligi sifatida ifodalanadi, bu quvvat sarfi, soniklangan hajm va aglomeratlar hajmining funktsiyasi sifatida tavsiflanadi.
Kusters va boshqalar. (1994) energiya iste'moli bilan bog'liq holda aglomeratlarning ultratovush yordamida parchalanishini o'rganib chiqdi. Tadqiqotchilarning natijalari "ultratovushli dispersiya texnikasi an'anaviy silliqlash texnikasi kabi samarali bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi. Ultrasonik dispersiyaning sanoat amaliyoti (masalan, kattaroq zondlar, suspenziyaning uzluksiz o'tkazuvchanligi) bu natijalarni biroz o'zgartirishi mumkin, ammo umuman olganda, o'ziga xos energiya iste'moli ushbu kominutron texnikasini tanlash uchun sabab emas, balki uning qobiliyatidir. juda nozik (submikron) zarrachalarni hosil qiladi." [Kusters va boshqalar. 1994] Ayniqsa, eroziyaga uchragan kukunlar uchun Silika yoki zirkoniya, birlik kukun massasi uchun talab qilinadigan o'ziga xos energiya ultratovushli silliqlash orqali an'anaviy silliqlash usullariga qaraganda pastroq ekanligi aniqlandi. Ultrasonikatsiya zarrachalarga nafaqat frezalash va maydalash, balki qattiq moddalarni parlatish orqali ham ta'sir qiladi. Shunday qilib, zarrachalarning yuqori sferikligiga erishish mumkin.

Nanomateriallarning kristallanishi uchun sono-parchalanish

"Ultratovush bilan nurlangan molekulyar kristallarning shlaklarida zarrachalararo to'qnashuvlar sodir bo'lishiga shubha bo'lmasa-da, ular parchalanishning asosiy manbai emas. Molekulyar kristallardan farqli o'laroq, metall zarralari to'g'ridan-to'g'ri zarba to'lqinlari bilan shikastlanmaydi va faqat kuchliroq (lekin juda kam uchraydigan) zarrachalararo to'qnashuvlar ta'sirida bo'lishi mumkin. Aspirin shlamlariga nisbatan metall kukunlarini sonikatsiya qilishning dominant mexanizmlarining o'zgarishi egiluvchan metall zarralari va mo'rt molekulyar kristallarning xususiyatlaridagi farqlarni ta'kidlaydi." [Zeiger / Suslick 2011, 14532]

Aspirin zarralarining sonofragmentatsiyasi [Zeiger/ Suslick 2011]

Gopi va boshqalar. (2008) sonofragmentatsiya yordamida mikrometr o'lchamdagi ozuqadan (masalan, 70-80 mkm) yuqori tozalikdagi submikrometrli alumina sopol zarralarini (asosan 100 nm ostida) ishlab chiqarishni o'rganib chiqdi. Ular sono-parchalanish natijasida alumina keramika zarralarining rangi va shaklining sezilarli o'zgarishini kuzatdilar. Mikron, submikron va nano o'lchamdagi zarrachalarni yuqori quvvatli sonikatsiya yordamida osongina olish mumkin. Zarrachalarning sharsimonligi akustik maydonda ushlab turish vaqtining oshishi bilan ortdi.

Surfaktantdagi dispersiya

Samarali ultratovushli zarrachalar sinishi tufayli, olingan sub-mikron va nano o'lchamdagi zarrachalarning deaglomeratsiyasini oldini olish uchun sirt faol moddalardan foydalanish juda muhimdir. Zarrachalar hajmi qanchalik kichik bo'lsa, sirt maydonining yuqori nisbati shunchalik yuqori bo'ladi, ularni suspenziyada ushlab turish va zarrachalarning ivishini (aglomeratsiyasi) oldini olish uchun sirt faol moddalar bilan qoplanishi kerak. Ultrasonikatsiyaning afzalligi dispers effektida yotadi: silliqlash va parchalanish bilan bir vaqtda ultratovushlar maydalangan zarrachalar bo'laklarini sirt faol moddasi bilan tarqatadi, shunda nanozarrachalarning aglomeratsiyasi (deyarli) butunlay oldini oladi.

sanoat ishlab chiqarish

Bozorga g'ayrioddiy funktsiyalarni ifodalovchi yuqori sifatli nanomaterial bilan xizmat ko'rsatish uchun ishonchli ishlov berish uskunalari talab qilinadi. Klasterlash mumkin bo'lgan birlik uchun 16 kVtgacha bo'lgan ultrasonikatorlar deyarli cheksiz hajmli oqimlarni qayta ishlashga imkon beradi. Ultrasonik jarayonlarning to'liq chiziqli miqyosi tufayli ultratovushli ilovalar laboratoriyada xavf-xatarsiz sinovdan o'tkazilishi, stol usti miqyosida optimallashtirilishi va keyinchalik ishlab chiqarish liniyasiga muammosiz kiritilishi mumkin. Ultratovush uskunasi katta joyni talab qilmagani uchun uni hatto mavjud texnologik oqimlarga qayta jihozlash mumkin. Operatsiya oson va uzoqdan qo'mondon orqali kuzatilishi va boshqarilishi mumkin, ultratovushli tizimga texnik xizmat ko'rsatish deyarli e'tibordan chetda qolmaydi.

Ultrasonik frezalashdan oldin va keyin Bi2Te3 asosidagi qotishmaning zarracha hajmini taqsimlash va SEM tasvirlari. a – Zarrachalar hajmini taqsimlash; b – Ultrasonik frezalashdan oldin SEM tasviri; c – 4 soat davomida ultratovushli frezalashdan keyin SEM tasviri; d – 8 soat davomida ultratovushli frezalashdan keyin SEM tasviri.
manba: Markes-Garsia va boshqalar. 2015 yil.

Adabiyot / Adabiyotlar