Роль ультразвукового гомогенізатора в дисперсії нано-кремнезему

Дисперсійний ефект ультразвукових гомогенізаторів в основному базується на "ефекті ультразвукової кавітації", який у поєднанні з механічним зсувом і акустичним порушенням потоку забезпечує подрібнення частинок і дисперсію. Його основний механізм можна розділити на три етапи. По-перше, ультразвуковий генератор виробляє звукові хвилі високої{1}}частоти 15 кГц-1 МГц, які передаються в дисперсійне середовище через ультразвуковий амплітудний трансформатор (головку передавача). По-друге, коли звукові хвилі поширюються в рідкому середовищі, утворюються зони високого-тиску та низького-тиску, що чергуються. У зоні низького-тиску рідина розтягується з утворенням великої кількості крихітних вакуумних бульбашок (кавітаційних бульбашок). Ці бульбашки швидко розширюються та бурхливо згортаються під тиском зони високого{12}}тиску. Нарешті, у момент колапсу бульбашки в дуже невеликій місцевості генеруються ударні хвилі з тиском до тисяч атмосфер, високо{16}}мікрострумени (швидкість до 100 м/с) і локальні екстремальні температури (до 5000 К). Ці енергії працюють разом, щоб розбити та рівномірно диспергувати агрегати нанокремнію в середовищі. Порівняно з механічним перемішуванням, частинки піддаються меншій силі механічного впливу, менш імовірно, що вони стають плоскими, і можуть отримати дисперсійну систему з різким розподілом частинок за розміром.

Агрегати нано-кремнезему поділяються на м’які агрегати (утворені слабкими силами, такими як сили Ван-дер-Ваальса та водневі зв’язки) і тверді агрегати (утворені хімічними зв’язками між частинками). Традиційними методами, такими як механічне перемішування та високо-швидкісне центрифугування, важко повністю розщепити тверді агрегати та вони схильні до вторинної агломерації. Ефект кавітації та мікроструменя, створювані ультразвуковими гомогенізаторами, можуть точно впливати на внутрішні щілини заповнювачів, розриваючи структуру заповнювачів зсередини, як «мініатюрний молоточок». Як м’які, так і тверді заповнювачі можна ефективно розщепити на окремі нано-частинки кремнезему або невеликі-заповнювачі (зазвичай дисперговані до початкового рівня розміру). Наприклад, у дисперсії нано-кремнезему у водному розчині після ультразвукової гомогенізації початково агломеровані частинки можна диспергувати в монодисперсну систему з однорідним розміром частинок. Виявлення лазерного аналізатора розміру частинок показує, що розподіл частинок за розміром можна значно звузити, а індекс полідисперсності (PDI) можна знизити до рівня нижче 0,2, повністю використовуючи перевагу питомої поверхні наночастинок. У той же час ультразвуковий гомогенізатор може регулювати такі параметри, як вихідна потужність і амплітуда відповідно до характеристик зразка, адаптуючись до потреб дисперсії нано-кремнезему різних концентрацій і середовищ. Незалежно від того, чи це невеликий зразок із пробірки в лабораторії, чи високо{14}}суспензія з високою в’язкістю в промисловому виробництві, він може досягти ефективної дисперсії.

Дисперсійний ефект нано-кремнезему безпосередньо визначає ступінь його нано-ефектів і цінність застосування. Ультразвукові гомогенізатори з їх унікальним робочим механізмом, заснованим на кавітації, відіграють вирішальну роль у руйнуванні агломератів, пригніченні вторинної агломерації, оптимізації однорідності дисперсії та допомозі в модифікації поверхні, що робить їх незамінним ключовим обладнанням у процесі диспергування нано-кремнезему. Їх висока ефективність, енергозбереження, робота без-забруднення та сильна адаптивність призвели до їх широкого застосування в композиційних матеріалах, покриттях, цементі, біомедицині та інших галузях, ефективно сприяючи розвитку промисловості нано-кремнезему.