Rola homogenizatora ultradźwiękowego w dyspersji nano-krzemionki

Efekt dyspersji homogenizatorów ultradźwiękowych opiera się głównie na „efektu kawitacji ultradźwiękowej”, który w połączeniu z mechanicznym ścinaniem i zakłóceniami przepływu akustycznego zapewnia rozdrobnienie i dyspersję cząstek. Jego podstawowy mechanizm można podzielić na trzy etapy: Po pierwsze, generator ultradźwiękowy wytwarza-fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości 15 kHz-1 MHz, które są przesyłane do ośrodka dyspersyjnego przez ultradźwiękowy transformator amplitudy (głowica nadajnika). Po drugie, gdy fale dźwiękowe rozchodzą się w ciekłym ośrodku, tworzą się naprzemiennie strefy wysokiego-i niskiego-ciśnienia. W strefie niskiego-ciśnienia ciecz jest rozciągana, tworząc dużą liczbę maleńkich pęcherzyków próżniowych (pęcherzyków kawitacyjnych). Pęcherzyki te szybko się rozszerzają i gwałtownie zapadają pod ciśnieniem-strefy wysokiego ciśnienia. Wreszcie, w momencie zapadnięcia się pęcherzyka, na bardzo małym obszarze generowane są fale uderzeniowe o ciśnieniu dochodzącym do tysięcy atmosfer,-mikrostrumienie o dużej prędkości (do 100 m/s) i lokalne ekstremalne temperatury (do 5000 K). Energie te współdziałają, aby rozbić i równomiernie rozproszyć agregaty nanokrzemionki w ośrodku. W porównaniu z mieszaniem mechanicznym cząstki są poddawane mniejszej sile uderzenia mechanicznego, jest mniej prawdopodobne, że staną się płaskie i mogą uzyskać układ dyspersyjny o punktowym rozkładzie wielkości cząstek.

Agregaty nano-krzemionki dzielą się na agregaty miękkie (tworzone przez słabe siły, takie jak siły van der Waalsa i wiązania wodorowe) i agregaty twarde (tworzone przez wiązania chemiczne między cząstkami). Tradycyjne metody, takie jak mieszanie mechaniczne i wirowanie-z dużą prędkością, powodują trudności w całkowitym rozbiciu twardych kruszyw i są podatne na wtórną aglomerację. Efekt kawitacji oraz mikrostrumienie generowane przez homogenizatory ultradźwiękowe mogą precyzyjnie oddziaływać na wewnętrzne szczeliny kruszywa, rozdzierając strukturę kruszywa od środka niczym „miniaturowy młotek”. Zarówno miękkie, jak i twarde agregaty można skutecznie rozbić na pojedyncze nano-cząstki krzemionki lub agregaty o małych-wielkościach (zwykle rozproszone do pierwotnego poziomu wielkości cząstek). Na przykład w przypadku dyspersji nano-krzemionki w roztworze wodnym, po homogenizacji ultradźwiękowej, pierwotnie zaglomerowane cząstki można rozproszyć w układzie monodyspersyjnym o jednolitej wielkości cząstek. Detekcja za pomocą laserowego analizatora wielkości cząstek pokazuje, że rozkład wielkości cząstek można znacznie zawęzić, a wskaźnik polidyspersyjności (PDI) można zmniejszyć do wartości poniżej 0,2, w pełni wykorzystując zaletę powierzchni właściwej nanocząstek. Tymczasem homogenizator ultradźwiękowy może regulować parametry, takie jak moc wyjściowa i amplituda, zgodnie z charakterystyką próbki, dostosowując się do potrzeb dyspersji nano-krzemionki o różnych stężeniach i mediach. Niezależnie od tego, czy jest to mała próbka z probówki w laboratorium, czy zawiesina-o wysokiej lepkości w produkcji przemysłowej, pozwala ona uzyskać skuteczną dyspersję.

Efekt dyspersji nano-krzemionki bezpośrednio określa zakres jej-efektów nano i wartość zastosowania. Homogenizatory ultradźwiękowe, ze swoim unikalnym mechanizmem pracy opartym na kawitacji, odgrywają kluczową rolę w rozbijaniu aglomeratów, hamowaniu wtórnej aglomeracji, optymalizacji jednorodności dyspersji i wspomaganiu modyfikacji powierzchni, co czyni je niezbędnym kluczowym elementem wyposażenia w procesie dyspersji nano-krzemionki. Ich wysoka wydajność, oszczędność energii, działanie wolne od zanieczyszczeń-i duże możliwości adaptacyjne doprowadziły do ​​ich szerokiego zastosowania w materiałach kompozytowych, powłokach, cemencie, biomedycynie i innych dziedzinach, skutecznie promując rozwój przemysłu nano-krzemionki.