Co to jest odgazowywanie ultradźwiękowe?

Odgazowywanie ultradźwiękowe zasadniczo wykorzystuje „efekt kawitacji” generowany, gdy fale ultradźwiękowe rozchodzą się przez ciecz w celu usunięcia, skupienia i wydalenia gazów z cieczy. Podstawowy proces można podzielić na trzy kluczowe etapy:

 

Pierwszym etapem jest powstawanie pęcherzyków kawitacyjnych. Kiedy fale ultradźwiękowe (zwykle od 20 kHz do 1 MHz) działają na ciecz, cząsteczki cieczy wibrują gwałtownie pod wpływem okresowych zmian ciśnienia fal dźwiękowych. W fazie podciśnienia fal dźwiękowych maleńkie pory w cieczy (takie jak skupiska rozpuszczonych cząsteczek gazu lub szczeliny na powierzchni drobnych zanieczyszczeń) szybko się rozszerzają, tworząc liczne maleńkie pęcherzyki, zwane „pęcherzykami kawitacyjnymi”. W fazie nadciśnienia te pęcherzyki kawitacyjne ulegają gwałtownej kompresji.

 

Drugi etap to wzrost i łączenie się bąbelków. Pod ciągłym działaniem fal ultradźwiękowych pęcherzyki kawitacyjne w sposób ciągły absorbują rozpuszczone gazy z otaczającej cieczy. Jednocześnie sąsiadujące ze sobą małe pęcherzyki zderzają się i łączą pod wpływem fal dźwiękowych, stopniowo tworząc większe pęcherzyki. Podczas tego procesu gaz rozpuszczony w cieczy przechodzi w sposób ciągły z fazy ciekłej do fazy gazowej, realizując przemianę z „gazu rozpuszczonego” w „gaz wolny”.

 

Trzeci etap to unoszenie się i wydalanie pęcherzyków. Gdy objętość pęcherzyka wzrasta, jego wyporność stopniowo przekracza opór lepkości cieczy, powodując szybkie unoszenie się pęcherzyka na powierzchnię cieczy, ostatecznie pękając i uwalniając swój wewnętrzny gaz, kończąc w ten sposób proces odgazowania. Ponadto wibracje ultradźwiękowe mogą przyspieszyć konwekcję cieczy, dodatkowo sprzyjając migracji i agregacji pęcherzyków oraz poprawiając skuteczność odgazowywania.

Główne obszary zastosowań technologii odgazowywania ultradźwiękowego

 

1. Przemysł elektroniczny i półprzewodnikowy

Podczas produkcji układów półprzewodnikowych i paneli LCD drobne pęcherzyki powietrza w kluczowych substancjach chemicznych, takich jak fotomaska, roztwór trawiący i wywoływacz, mogą powodować defekty we wzorach fotolitograficznych i nierówne trawienie, co poważnie wpływa na wydajność produktu. Odgazowanie ultradźwiękowe pozwala szybko usunąć rozpuszczone gazy i pęcherzyki powietrza z tych substancji chemicznych w temperaturze pokojowej, zapewniając precyzję procesów fotolitografii i trawienia. Ponadto podczas czyszczenia elementów elektronicznych odgazowanie ultradźwiękowe zwiększa penetrację roztworów czyszczących, zapobiegając przyleganiu pęcherzyków powietrza do powierzchni elementów i wpływając na skuteczność czyszczenia.

2. Przemysł chemiczny i materiałowy

 

Podczas produkcji powłok, atramentów i klejów obecność pęcherzyków powietrza może prowadzić do defektów, takich jak dziury, kratery i niewystarczający połysk po pokryciu. Odgazowanie ultradźwiękowe może szybko usunąć wewnętrzne pęcherzyki powietrza po przygotowaniu powłoki, poprawiając poziomowanie i wydajność nakładania powłoki. Podczas syntezy materiałów polimerowych gazy rozpuszczone w monomerach lub układach polimeryzacyjnych mogą powodować pory w polimerze, wpływając na właściwości mechaniczne materiału; odgazowanie ultradźwiękowe skutecznie pozwala uniknąć tego problemu. Ponadto podczas produkcji i stosowania oleju smarowego i oleju hydraulicznego odgazowanie ultradźwiękowe może usunąć powietrze z oleju, zapobiegając utlenianiu i zniszczeniu oraz zmniejszając zużycie i awarie sprzętu.

3. Przemysł spożywczy i napojów

Podczas produkcji soków owocowych, piwa, napojów gazowanych (etap odgazowania) i produktów mlecznych rozpuszczone gazy mogą powodować utlenianie i psucie się produktu, co skutkuje złym smakiem lub przepełnieniem piany podczas butelkowania. Odgazowanie ultradźwiękowe może szybko usunąć tlen, dwutlenek węgla i inne gazy z cieczy w temperaturze pokojowej, wydłużając okres przydatności do spożycia produktu i poprawiając stabilność smaku. Na przykład w procesie zagęszczania soku owocowego odgazowanie może zapobiec odbarwieniu koncentratu i zmianie smaku w wyniku utleniania; na etapie wstępnej-filtracji w produkcji piwa odgazowanie może poprawić skuteczność filtracji i zapewnić klarowność piwa.

4. Przemysł biofarmaceutyczny i kosmetyczny

Materiały takie jak czynniki biologiczne (np. szczepionki, przeciwciała, preparaty enzymatyczne), ekstrakty tradycyjnej medycyny chińskiej i kosmetyki (np. kremy do twarzy, serum) są w większości-wrażliwe na ciepło i łatwo się utleniają, co utrudnia dostosowanie tradycyjnych metod odgazowywania. Odgazowywanie ultradźwiękowe może skutecznie usuwać gaz w-temperaturze i w warunkach wolnych od środków chemicznych-, zapobiegając denaturacji materiału i zapewniając aktywność biologiczną i skuteczność produktu. Na przykład podczas produkcji szczepionek odgazowanie zapobiega wpływowi pęcherzyków powietrza na dokładność i stabilność dozowania szczepionki; w produkcji kosmetyków odgazowanie zapobiega pienieniu się produktu podczas jego stosowania, poprawiając komfort użytkowania.

5. Laboratoria i pola badawcze

W eksperymentach chemicznych i biologicznych rozpuszczone gazy w układzie reakcyjnym mogą zakłócać proces reakcji i wpływać na dokładność wyników eksperymentów. Odgazowanie ultradźwiękowe, jako szybka i delikatna metoda odgazowania, jest szeroko stosowana w obróbce wstępnej roztworów eksperymentalnych, takich jak odgazowanie próbek do analizy chromatograficznej i odgazowanie elektrolitów w eksperymentach elektrochemicznych, zapewniając wiarygodność danych eksperymentalnych.