Kas yra ultragarsinis degazavimas?

Ultragarsinis degazavimas iš esmės naudoja "kavitacijos efektą", atsirandantį ultragarso bangoms sklindant per skystį, kad būtų pašalintos, sukauptos ir pašalintos dujos iš skysčio. Jo pagrindinį procesą galima suskirstyti į tris pagrindinius etapus:

 

Pirmasis etapas yra kavitacijos burbuliukų susidarymas. Kai ultragarso bangos (paprastai nuo 20 kHz iki 1 MHz) veikia skystį, skysčio molekulės stipriai vibruoja, kai periodiškai keičiasi garso bangų slėgis. Garso bangų neigiamo slėgio fazėje mažytės skysčio poros (pavyzdžiui, ištirpusių dujų molekulių sankaupos arba mažų priemaišų paviršiaus tarpai) greitai plečiasi, sudarydamos daugybę mažyčių burbuliukų arba „kavitacijos burbuliukų“. Teigiamo slėgio fazėje šie kavitacijos burbuliukai greitai suspaudžiami.

 

Antrasis etapas – burbuliukų augimas ir susiliejimas. Nepertraukiamai veikiant ultragarso bangoms, kavitacijos burbuliukai nuolat sugeria ištirpusias dujas iš aplinkinio skysčio. Tuo pačiu metu gretimi maži burbuliukai susiduria ir susilieja veikiant garso bangoms, palaipsniui sudarydami didesnius burbulus. Šio proceso metu skystyje ištirpusios dujos nuolat pereina iš skystosios fazės į dujinę fazę, realizuodamos transformaciją iš „ištirpusių dujų“ į „laisvąsias dujas“.

 

Trečias etapas – burbuliukų kilimas ir išstūmimas. Didėjant burbulo tūriui, jo plūdrumas palaipsniui viršija skysčio klampų atsparumą, todėl burbulas greitai kyla į skysčio paviršių, galiausiai sprogsta ir išleidžia savo vidines dujas, taip užbaigdamas degazavimo procesą. Be to, ultragarso vibracijos gali pagreitinti skysčių konvekciją, toliau skatindamos burbulų migraciją ir agregaciją bei pagerindamos degazavimo efektyvumą.

Pagrindinės ultragarso degazavimo technologijos taikymo sritys

 

1. Elektronikos ir puslaidininkių pramonė

Puslaidininkinių lustų gamyboje ir skystųjų kristalų skydelių gamyboje maži oro burbuliukai pagrindinėse cheminėse medžiagose, tokiose kaip fotorezistas, ėsdinimo tirpalas ir ryškalas, gali sukelti fotolitografinių raštų defektus ir netolygų ėsdinimą, o tai labai paveikti produkto išeigą. Ultragarsinis degazavimas gali greitai pašalinti ištirpusias dujas ir oro burbuliukus iš šių cheminių medžiagų kambario temperatūroje, užtikrinant fotolitografijos ir ėsdinimo procesų tikslumą. Be to, valant elektroninius komponentus, ultragarsinis degazavimas pagerina valymo tirpalų prasiskverbimą, neleidžiant oro burbuliukams prilipti prie komponentų paviršių ir paveikti valymo efektyvumą.

2. Chemijos ir medžiagų pramonė

 

Gaminant dangas, rašalą ir klijus dėl oro burbuliukų gali atsirasti defektų, tokių kaip skylutės, krateriai ir nepakankamas blizgesys po padengimo. Ultragarsinis degazavimas gali greitai pašalinti vidinius oro burbuliukus po dangos paruošimo, pagerinant dangos išlyginimą ir dengimo efektyvumą. Sintezuojant polimerines medžiagas, monomeruose arba polimerizacijos sistemose ištirpusios dujos gali sukelti polimero poras, kurios turi įtakos medžiagos mechaninėms savybėms; Ultragarsinis degazavimas efektyviai išvengia šios problemos. Be to, gaminant ir naudojant tepalinę alyvą ir hidraulinę alyvą ultragarsinis degazavimas gali pašalinti orą iš alyvos, užkertant kelią oksidacijai ir gedimui, taip pat sumažinant įrangos susidėvėjimą ir gedimus.

3. Maisto ir gėrimų pramonė

Gaminant vaisių sultis, alų, gazuotus gėrimus (degazavimo stadija) ir pieno produktus, ištirpusios dujos gali sukelti produkto oksidaciją ir gedimą, dėl ko išpilstymo metu gali atsirasti prastas skonis arba putos. Ultragarsinis degazavimas gali greitai pašalinti deguonį, anglies dioksidą ir kitas dujas iš skysčių kambario temperatūroje, pratęsiant produkto galiojimo laiką ir pagerinant skonio stabilumą. Pavyzdžiui, vaisių sulčių koncentravimo procese degazavimas gali užkirsti kelią koncentrato spalvos pakitimui ir skonio pokyčiams dėl oksidacijos; Alaus gamybos išankstinio-filtravimo etape degazavimas gali pagerinti filtravimo efektyvumą ir užtikrinti alaus skaidrumą.

4. Biofarmacijos ir kosmetikos pramonė

Tokios medžiagos kaip biologiniai agentai (pvz., vakcinos, antikūnai, fermentų preparatai), tradicinės kinų medicinos ekstraktai ir kosmetika (pvz., veido kremai, serumai) dažniausiai yra jautrios karščiui- ir lengvai oksiduojasi, todėl tradicinius degazavimo metodus sunku pritaikyti. Ultragarsinis degazavimas gali efektyviai pašalinti dujas esant žemai -temperatūrai, be cheminių medžiagų-, užkertant kelią medžiagos denatūravimui ir užtikrinant produkto biologinį aktyvumą bei veiksmingumą. Pavyzdžiui, gaminant vakciną, degazavimas neleidžia oro burbuliukams paveikti vakcinos išdavimo tikslumą ir stabilumą; kosmetikos gamyboje degazuojant išvengiama putojimo gaminio naudojimo metu, pagerėja vartotojo patirtis.

5. Laboratorijos ir tyrimų sritys

Atliekant cheminius ir biologinius eksperimentus, reakcijos sistemoje ištirpusios dujos gali trukdyti reakcijos procesui ir turėti įtakos eksperimentinių rezultatų tikslumui. Ultragarsinis degazavimas, kaip greitas ir švelnus degazavimo metodas, plačiai naudojamas eksperimentinių tirpalų, tokių kaip chromatografinės analizės mėginių degazavimas ir elektrolitų degazavimas elektrocheminiuose eksperimentuose, išankstiniam apdorojimui, užtikrinant eksperimentinių duomenų patikimumą.