Termoelektrik nano-changlarni ultratovushli frezalash

• Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ultratovushli frezalash termoelektrik nanozarrachalarni ishlab chiqarish uchun muvaffaqiyatli qo'llanilishi va zarrachalar sirtini manipulyatsiya qilish imkoniyatiga ega.
• Ultratovush bilan maydalangan zarralar (masalan, Bi₂Te₃-asoslangan qotishma) hajmi sezilarli darajada qisqargan va 10 mikrondan kam bo'lgan nano-zarralar ishlab chiqarilgan.
• Bundan tashqari, sonikatsiya zarrachalarning sirt morfologiyasini sezilarli darajada o'zgartiradi va shu bilan mikro- va nano-zarrachalar yuzasini funksionallashtirishga imkon beradi.

termoelektrik nanozarrachalar

Termoelektrik materiallar Seebek va Peltier effekti asosida issiqlik energiyasini elektr energiyasiga aylantiradi. Shunday qilib, deyarli foydalanilmaydigan yoki deyarli yo'qolgan issiqlik energiyasini samarali dasturlarga aylantirish mumkin bo'ladi. Termoelektrik materiallar biotermik batareyalar, qattiq holatda termoelektrik sovutish, optoelektron qurilmalar, kosmik va avtomobil energiyasini ishlab chiqarish kabi yangi ilovalarga kiritilishi mumkinligi sababli, tadqiqot va sanoat ekologik toza, tejamkor va yuqori sifatli ishlab chiqarish uchun oson va tezkor usullarni qidirmoqda. haroratga chidamli termoelektrik nanozarralar. ultratovushli frezalash shuningdek, pastdan yuqoriga sintez (sono-kristallanish) termoelektrik nanomateriallarni tez ommaviy ishlab chiqarishning istiqbolli yo'llari.

Ultrasonik frezalash uskunalari

Vismut telluridining zarracha hajmini kamaytirish uchun (Bi₂Te₃), magniy silisidi (Mg₂Si) va silikon (Si) kukunlari, yuqori intensiv ultratovush tizimi UIP1000hdT (1kVt, 20kHz) ochiq stakan o'rnatishda ishlatilgan. Barcha sinovlar uchun amplituda 140 mikronga o'rnatildi. Namuna idishi suv hammomida sovutiladi, harorat termo-juft tomonidan boshqariladi. Ochiq idishdagi sonikatsiya tufayli frezalash eritmalarining (masalan, etanol, butanol yoki suv) bug'lanishini oldini olish uchun sovutish ishlatilgan.

(a) Eksperimental qurilmaning sxematik diagrammasi. (b) Ultrasonik frezalash apparati. manba: Markes-Garsia va boshqalar. 2015 yil.

Ultrasonik frezalash faqat 4 soat Bi uchun₂Te₃- qotishma allaqachon o'lchamlari 150 dan 400 nm gacha bo'lgan katta miqdordagi nanozarrachalarni hosil qilgan. Nano diapazonga o'lchamlarni kamaytirishdan tashqari, sonikatsiya ham sirt morfologiyasining o'zgarishiga olib keldi. Quyidagi b, c va d rasmidagi SEM tasvirlari ultratovushli frezalashdan oldin zarrachalarning o'tkir qirralari ultratovushli frezalashdan keyin silliq va yumaloq bo'lib qolganligini ko'rsatadi.

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.

Zarrachalar hajmini kamaytirish va sirtni o'zgartirishga ultratovushli frezalash orqali erishiladimi yoki yo'qligini aniqlash uchun shunga o'xshash tajribalar yuqori energiyali sharli tegirmon yordamida o'tkazildi. Natijalar 3-rasmda ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, 200-800 nm zarrachalar 48 soat davomida (ultratovushli frezalashdan 12 baravar uzun) sharli frezalash orqali ishlab chiqarilgan. SEM Bi ning o'tkir qirralarini ko'rsatadi₂Te₃-qotishma zarralari frezalashdan keyin deyarli o'zgarmaydi. Ushbu natijalar silliq qirralarning ultratovushli frezalashning o'ziga xos xususiyatlari ekanligini ko'rsatadi. Ultrasonik frezalash orqali vaqtni tejash (4 soat va 48 soat sharli frezalash) ham ajoyibdir.

Ultrasonik frezalashdan oldin va keyin Mg2Si ning zarracha o'lchami taqsimoti va SEM tasvirlari. a) zarrachalar hajmi bo'yicha taqsimot; (b) ultratovushli frezalashdan oldin SEM tasviri; (c) 2 soat davomida 50% PVP–50% EtOHda ultratovushli frezalashdan keyin SEM tasviri.
manba: Markes-Garsia va boshqalar. 2015 yil.

Markes-Garsiya va boshqalar. (2015) ultratovushli frezalash Bi ni yomonlashishi mumkin degan xulosaga kelishdi₂Te₃ va Mg₂Si kukuni kichikroq zarrachalarga aylanadi, ularning o'lchamlari 40 dan 400 nm gacha, bu nanozarralarni sanoat ishlab chiqarish uchun potentsial texnikani taklif qiladi. Yuqori energiyali balli frezalash bilan solishtirganda, ultratovushli frezalash ikkita o'ziga xos xususiyatga ega:

1. 1. asl zarrachalarni ultratovushli frezalash natijasida hosil bo'lganlardan ajratib turuvchi zarracha o'lchamidagi bo'shliqning paydo bo'lishi; va
2. 2. ultratovushli frezalashdan so'ng sirt morfologiyasida sezilarli o'zgarishlar aniq bo'lib, zarrachalar sirtlarini manipulyatsiya qilish imkoniyatini ko'rsatadi.

Xulosa

Qattiqroq zarrachalarni ultratovush bilan frezalash kuchli kavitatsiya hosil qilish uchun bosim ostida sonikatsiyani talab qiladi. Ko'tarilgan bosim ostida sonikatsiya (manosonication deb ataladi) kesish kuchlarini va zarrachalarga kuchlanishni keskin oshiradi.
Uzluksiz inline sonication sozlamalari yuqori zarracha yukini (pastaga o'xshash atala) beradi, bu esa frezalash natijalarini yaxshilaydi, chunki ultratovushli frezalash zarrachalar orasidagi to'qnashuvga asoslangan.
Diskret resirkulyatsiya o'rnatishda sonikatsiya barcha zarralarni bir hil davolashni va shuning uchun juda tor zarracha hajmi taqsimotini ta'minlash imkonini beradi.

Ultrasonik frezalashning asosiy afzalligi shundaki, texnologiya katta hajmdagi ishlab chiqarish uchun osonlik bilan kengaytirilishi mumkin - sotuvda mavjud, kuchli sanoat ultratovushli frezalash 10 m gacha bo'lgan miqdorlarni ishlay oladi.³/h.

Ultrasonik frezalashning afzalliklari

• Tez, vaqtni tejash
• energiya tejash
• takrorlanadigan natijalar
• Tegirmon vositalari yo'q (boncuklar yoki marvaridlar yo'q)
• Kam investitsiya xarajati

Yuqori samarali ultratovush apparatlari

Ultrasonik frezalash yuqori quvvatli ultratovush uskunasini talab qiladi. Kuchli kavitatsion kesish kuchlarini yaratish uchun yuqori amplitudalar va bosim juda muhimdir. Hielscher ultratovush’ sanoat ultratovushli protsessorlar juda yuqori amplitudalarni etkazib berishi mumkin. 200 µm gacha bo'lgan amplitudalar 24/7 ishda osongina uzluksiz ishlashi mumkin. Bundan ham yuqori amplitudalar uchun moslashtirilgan ultratovushli sonotrodlar mavjud. Hielscherning bosimli oqim reaktorlari bilan birgalikda molekulalararo bog'lanishlarni bartaraf etish va samarali frezalash effektlariga erishish uchun juda kuchli kavitatsiya yaratiladi.
Hielscherning ultratovush uskunasining mustahkamligi og'ir yuklarda va talabchan muhitda 24/7 ishlash imkonini beradi. Raqamli va masofadan boshqarish, shuningdek, o'rnatilgan SD-kartaga avtomatik ma'lumotlarni yozib olish aniq ishlov berish, takrorlanadigan sifatni ta'minlaydi va jarayonni standartlashtirishga imkon beradi.

Hielscher yuqori samarali ultratovush apparatlarining afzalliklari

• juda yuqori amplitudalar
• yuqori bosimlar
• Uzluksiz ichki jarayon
• mustahkam uskunalar
• Chiziqli masshtabni kattalashtirish
• saqlash va ishlatish oson
• Tozalash oson