Ultragarsinio homogenizatoriaus vaidmuo nano{0}}silicio dioksido sklaidoje

Ultragarsinių homogenizatorių dispersinis poveikis daugiausia grindžiamas "ultragarso kavitacijos efektu", kuris kartu su mechaniniu šlyties ir akustinio srauto trikdymu užtikrina dalelių tobulinimą ir dispersiją. Jo pagrindinį mechanizmą galima suskirstyti į tris etapus: Pirma, ultragarso generatorius sukuria aukšto-dažnio 15kHz-1MHz garso bangas, kurios per ultragarso amplitudės transformatorių (siųstuvo galvutę) perduodamos į dispersinę terpę. Antra, garso bangoms sklindant skystoje terpėje, susidaro kintamos aukšto -slėgio ir žemo{8} slėgio zonos. Žemo{10}}slėgio zonoje skystis ištempiamas, kad susidarytų daug mažų vakuuminių burbuliukų (kavitacijos burbuliukų). Šie burbuliukai greitai plečiasi ir smarkiai subyra, veikiami aukšto slėgio zonos. Galiausiai burbulo griūties momentu labai mažoje vietovėje sukuriamos smūginės bangos, kurių slėgis siekia tūkstančius atmosferų, didelio greičio mikrosrovės (greičiai iki 100 m/s) ir vietinės ekstremalios temperatūros (iki 5000 K). Šios energijos veikia kartu, kad suskaidytų ir tolygiai paskirstytų nano silicio dioksido agregatus terpėje. Palyginti su mechaniniu maišymu, dalelės patiria mažesnę mechaninio smūgio jėgą, mažiau linkusios tapti plokščios ir gali gauti dispersinę sistemą su smailiu dalelių dydžio pasiskirstymu.

Nano{0}}silicio dioksido agregatai skirstomi į minkštus agregatus (susidaro silpnų jėgų, pvz., van der Waalso jėgų ir vandenilio jungčių) ir kietuosius agregatus (susidaro cheminiais ryšiais tarp dalelių). Tradiciniais metodais, tokiais kaip mechaninis maišymas ir greitas centrifugavimas, sunku visiškai suskaidyti kietus užpildus ir jie linkę į antrinę aglomeraciją. Ultragarsinių homogenizatorių sukuriamas kavitacijos efektas ir mikropurkštukai gali tiksliai veikti vidinius agregatų tarpus ir išplėšti agregato struktūrą iš vidaus kaip „miniatiūrinis plaktukas“. Tiek minkšti, tiek kieti užpildai gali būti efektyviai suskaidomi į atskiras nano-silicio dioksido daleles arba mažus -dydžių agregatus (paprastai išsklaidytus iki pradinio dalelių dydžio). Pavyzdžiui, dispersijoje nano-silicio dioksidas vandeniniame tirpale, po ultragarso homogenizavimo, iš pradžių aglomeruotos dalelės gali būti išsklaidytos į vienodo dydžio dalelių monodispersinę sistemą. Lazerinis dalelių dydžio analizatorius rodo, kad dalelių dydžio pasiskirstymas gali būti žymiai susiaurinamas, o polidispersiškumo indeksas (PDI) gali būti sumažintas iki mažesnio nei 0, 2, visiškai išnaudojant nanodalelių specifinį paviršiaus plotą. Tuo tarpu ultragarsinis homogenizatorius gali reguliuoti tokius parametrus kaip išėjimo galia ir amplitudė, atsižvelgdamas į mėginio charakteristikas, prisitaikydamas prie skirtingų koncentracijų ir terpės nano{12}silicio dioksido sklaidos poreikių. Nesvarbu, ar tai mažas mėgintuvėlio mėginys laboratorijoje, ar didelio{14}}klampumo suspensija pramoninėje gamyboje, jis gali pasiekti efektyvų sklaidą.

Nano -silicio dioksido dispersinis poveikis tiesiogiai lemia jo nano-poveikio mastą ir taikymo vertę. Ultragarsiniai homogenizatoriai, kurių unikalus veikimo mechanizmas pagrįstas kavitacija, atlieka lemiamą vaidmenį skaidant aglomeratus, slopinant antrinę aglomeraciją, optimizuojant dispersijos vienodumą ir padedant modifikuoti paviršių, todėl jie yra nepakeičiama pagrindinė nano-silicio dioksido dispersijos proceso įranga. Dėl didelio efektyvumo, energijos taupymo, veikimo be taršos ir didelio pritaikomumo jie plačiai naudojami kompozicinėse medžiagose, dangose, cemente, biomedicinoje ir kitose srityse, veiksmingai skatinant nano-silicio dioksido pramonės plėtrą.