Μηχανή διασποράς αιθάλης υπερήχων μεγάλης ισχύος με τιτανένια κεφαλή υπερήχων, μηχανή ομογενοποίησης υπερήχων

Μηχανή διασποράς αιθάλης άνθρακα υπερήχων μεγάλης ισχύος

Η ουσία της διασποράς αιθάλης άνθρακα με υπερήχους έγκειται στην αξιοποίηση του φαινομένου ακουστικής σπηλαίωσης που παράγεται από τους υπερήχους σε υγρό μέσο, σε συνδυασμό με τη δράση διάτμησης της δόνησης υψηλής συχνότητας, για την επίτευξη της διάσπασης και της ομοιόμορφης διασποράς των συσσωματωμάτων αιθάλης άνθρακα, ενώ ταυτόχρονα ενισχύεται η σταθερότητα του συστήματος διασποράς. Ο πυρηνικός του μηχανισμός μπορεί να χωριστεί σε τρία στάδια: Πρώτον, η δημιουργία φαινομένου σπηλαίωσης: Όταν οι υπέρηχοι (συχνότητα τυπικά 20kHz-100kHz) διέρχονται από το σύστημα διασποράς αιθάλης άνθρακα, το υγρό μέσο δημιουργεί εναλλασσόμενες περιοχές συμπίεσης και αραιώσεως. Στο στάδιο της αραιώσεως, σχηματίζονται μικροσκοπικές φυσαλίδες κενού σπηλαίωσης μέσα στο υγρό. Στο στάδιο της συμπίεσης, αυτές οι φυσαλίδες σπηλαίωσης καταρρέουν βίαια σε εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα (μικροδευτερόλεπτα), απελευθερώνοντας στιγμιαία τοπικές υψηλές θερμοκρασίες (έως 5000Κ ή υψηλότερες), υψηλές πιέσεις (που υπερβαίνουν τα 1000 atm) και μικρο-πίδακες με ταχύτητες που υπερβαίνουν τα 100 m/s. Αυτή η ακραία φυσική δράση, σαν μια μικροσκοπική "έκρηξη", επηρεάζει με ακρίβεια τα αδύναμα σημεία των συσσωματωμάτων αιθάλης άνθρακα, σχίζοντάς τα σε μικροσκοπικά σωματίδια κοντά στα αρχικά σωματίδια, σπάζοντας έτσι τη δομή συσσωμάτωσης στη ρίζα της.

Δεύτερον, υπάρχουν φαινόμενα διάτμησης και ανάμιξης: η μηχανική δόνηση υψηλής συχνότητας των υπερήχων προκαλεί έντονη αναταραχή και μικρο-ρευστομηχανική στο μέσο διασποράς, δημιουργώντας συνεχείς δυνάμεις διάτμησης που περαιτέρω βελτιώνουν τα ατελώς διασπασμένα συσσωματώματα αιθάλης άνθρακα. Ταυτόχρονα, προάγει την ομοιόμορφη κατανομή των σωματιδίων αιθάλης άνθρακα στο μέσο, αποτρέποντας τη δευτερογενή συσσωμάτωση που προκαλείται από υπερβολικά υψηλές τοπικές συγκεντρώσεις.

Τέλος, υπάρχει φαινόμενο σταθεροποίησης: η υπερηχητική δόνηση επιταχύνει επίσης την προσρόφηση μορίων διασπορέα στην επιφάνεια των σωματιδίων αιθάλης άνθρακα, βοηθώντας στο σχηματισμό ενός σταθερού στρώματος προσρόφησης. Μέσω στερεοχημικής παρεμπόδισης ή ηλεκτροστατικής απώθησης, αυτό το στρώμα εμποδίζει την επανα-συσσωμάτωση των διασπαρμένων σωματιδίων αιθάλης άνθρακα, παρατείνοντας την περίοδο σταθερότητας του συστήματος διασποράς. Επιπλέον, η υπερηχητική επεξεργασία αυξάνει τις πολικές ομάδες στην επιφάνεια της αιθάλης άνθρακα, βελτιώνοντας τη συμβατότητα διασποράς της σε πολικά μέσα. Για παράδειγμα, πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι ο λόγος οξυγόνου προς άνθρακα στην επιφάνεια της αιθάλης άνθρακα μπορεί να αυξηθεί από 4,2% σε 7,5% μετά από υπερηχητική επεξεργασία, βελτιώνοντας σημαντικά τη σταθερότητα διασποράς της σε υδατικά συστήματα.

Μια μηχανή διασποράς υπερήχων είναι μια συσκευή που χρησιμοποιεί υπερηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας για να διασπά συσσωματωμένα σωματίδια, να αναμιγνύει αδιάλυτα υγρά και να δημιουργεί σταθερές, ομοιόμορφες αναρτήσεις ή γαλακτώματα.

Απλή εξήγηση:

Χρησιμοποιεί υπερηχητική σπηλαίωση — μικροσκοπικές φυσαλίδες σχηματίζονται και καταρρέουν βίαια στο υγρό — δημιουργώντας ισχυρά κύματα κρούσης και μικρο-πίδακες που:

Διασπούν συσσωματωμένα σωματίδια (γραφένιο, νανοσωλήνες άνθρακα, χρωστικές, νανοϋλικά)
Αναμιγνύουν λάδι και νερό σε σταθερά γαλακτώματα
Διασπείρουν σκόνες ομοιόμορφα σε υγρά χωρίς καθίζηση

Κύριες χρήσεις:

Διασπορά γραφενίου, CNTs, νανοσωματιδίων
Παρασκευή μελανιών, επιστρώσεων, πολτών μπαταριών
Προετοιμασία γαλακτωμάτων σε καλλυντικά, τρόφιμα

Βασική δομή:

Υπερηχητικός γεννήτρια
Μετατροπέας (μετατρέπει ηλεκτρισμό σε δόνηση)
Ανιχνευτής / κέρατο (παραδίδει δόνηση στο υγρό)

Παράμετρος

Περιγραφή

Έλεγχος Παραμέτρων Εξοπλισμού

1. Υπερηχητική Συχνότητα: Η συχνότητα επηρεάζει άμεσα την ένταση της σπηλαίωσης και την ακρίβεια της διασποράς. Για εύκολα συσσωματούμενες σκόνες όπως η αιθάλη άνθρακα, οι υπέρηχοι χαμηλής συχνότητας (20kHz-40kHz) έχουν ισχυρότερη διεισδυτική ικανότητα και μπορούν να διασπάσουν αποτελεσματικά μεγάλα συσσωματώματα, καθιστώντας τους κατάλληλους για συστήματα διασποράς αιθάλης άνθρακα χονδρόκοκκων, υψηλού ιξώδους. Οι υπέρηχοι υψηλής συχνότητας (60kHz-100kHz) προσφέρουν υψηλότερη ακρίβεια διασποράς και είναι κατάλληλοι για διασπορά αιθάλης άνθρακα που απαιτεί νανο-κλιμακωτή βελτίωση, όπως η διασπορά αιθάλης άνθρακα Pt/C σε καταλύτες κυψελών καυσίμου. Οι υπέρηχοι χαμηλής συχνότητας γύρω στα 25kHz είναι οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενοι, εξισορροπώντας την ένταση της σπηλαίωσης και την αποδοτικότητα προσρόφησης του διασπορέα, αποφεύγοντας την ανεπαρκή προσρόφηση του διασπορέα λόγω υπερβολικά μικρών φυσαλίδων σπηλαίωσης σε υψηλές συχνότητες.

2. Υπερηχητική Ισχύς και Πυκνότητα Ισχύος: Η ισχύς είναι μια βασική παράμετρος που επηρεάζει την απόδοση διασποράς και πρέπει να προσαρμόζεται ευέλικτα ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων της αιθάλης άνθρακα και το ιξώδες του υλικού. Χαμηλή ισχύς (50%-70% της ονομαστικής ισχύος) είναι κατάλληλη για συστήματα αιθάλης άνθρακα με μικρά μεγέθη σωματιδίων (10-50nm) και χαμηλό ιξώδες, αποφεύγοντας τη διάσπαση σωματιδίων και την υποβάθμιση που προκαλείται από υπερβολική ισχύ. Υψηλή ισχύς (70%-90% της ονομαστικής ισχύος) είναι κατάλληλη για υλικά αιθάλης άνθρακα με μεγαλύτερα μεγέθη σωματιδίων (50-200nm) και σοβαρή συσσωμάτωση, διασπώντας αποτελεσματικά τα συσσωματώματα. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η πυκνότητα ισχύος είναι πιο σημαντική από τη συνολική ισχύ. Για υδατικά συστήματα αιθάλης άνθρακα, συνιστάται πυκνότητα ισχύος 0,8-1,2 W/cm², ενώ για συστήματα αιθάλης άνθρακα με βάση διαλύτη/UV μελάνι, συνιστάται 1,0-1,5 W/cm². Υπερβολική πυκνότητα ισχύος (>2,0 W/cm²) μπορεί να καταστρέψει τη δομή της αιθάλης άνθρακα, οδηγώντας σε μπλε απόχρωση.

3. Χρόνος Υπερήχων: Ο χρόνος υπερήχων πρέπει να ταιριάζει με την ισχύ και τα χαρακτηριστικά του υλικού. Μεγαλύτερος χρόνος δεν είναι απαραίτητα καλύτερος. Για συμβατική διασπορά αιθάλης άνθρακα (όπως αρχική διασπορά σε μελάνια), η υπερηχητική επεξεργασία για 5-10 λεπτά είναι επαρκής για τη διάσπαση των συσσωματωμάτων. Για δύσκολα διασπώμενα συστήματα αιθάλης άνθρακα υψηλού ιξώδους (όπως σύνθετα υλικά αιθάλης άνθρακα/φυσικού καουτσούκ), ο χρόνος επεξεργασίας μπορεί να παραταθεί σε 30-60 λεπτά, απαιτώντας διακοπτόμενη ψύξη (5 λεπτά κάθε φορά) για την αποφυγή υπερθέρμανσης του υλικού. Πειράματα δείχνουν ότι περίπου 1 ώρα υπερηχητικής επεξεργασίας σε θερμοκρασία δωματίου είναι το βέλτιστο χρονικό παράθυρο για τα περισσότερα συστήματα αιθάλης άνθρακα. Υπερβολική υπερηχητική επεξεργασία μπορεί να οδηγήσει σε δευτερογενή συσσωμάτωση των σωματιδίων αιθάλης άνθρακα, καταστροφή της δομής του φορέα, ακόμη και αποτυχία του διασπορέα.

4. Λειτουργία Υπερήχων: Η παλμική λειτουργία (π.χ., 2 δευτερόλεπτα ενεργή, 1 δευτερόλεπτο ανενεργή) είναι ανώτερη από τη συνεχή λειτουργία. Οι διακοπτόμενες περίοδοι διαχέουν αποτελεσματικά τη θερμότητα, αποτρέποντας αλλαγές στις ιδιότητες της αιθάλης άνθρακα που προκαλούνται από τοπική υπερθέρμανση, και μειώνοντας τη φθορά του υπερηχητικού ανιχνευτή.

Τα τελευταία χρόνια, τα νανοϋλικά Β χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες βιομηχανίες για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης των υλικών. Για παράδειγμα, η προσθήκη βαφής γραφενίου στην μπαταρία μπορεί να παρατείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, ενώ η προσθήκη οξειδίου του πυριτίου στο γυαλί μπορεί να αυξήσει τη διαφάνεια και την ανθεκτικότητα του γυαλιού.

Το κύριο περιεχόμενο της νανοτεχνολογίας είναι πώς να λυθεί το πρόβλημα της συσσωμάτωσης νανοσωματιδίων. Επειδή τα νανοσωματίδια είναι από μόνα τους πολύ εύκολο να συσσωματωθούν, είναι πολύ δύσκολο να ληφθεί ένα μόνο διασπαρμένο νανοσωματίδιο. Το πώς να διασπαρθούν ομοιόμορφα τα νανοσωματίδια στη μήτρα είναι η βασική τεχνολογία της νανοτεχνολογίας.

Για να ληφθούν εξαιρετικά νανοσωματίδια, απαιτείται μια αποτελεσματική μέθοδος. Η υπερηχητική σπηλαίωση δημιουργεί αμέσως αμέτρητες περιοχές υψηλής και χαμηλής πίεσης στο διάλυμα. Αυτές οι περιοχές υψηλής και χαμηλής πίεσης συγκρούονται συνεχώς μεταξύ τους για να παράγουν ισχυρή δύναμη διάτμησης, να αποπολυμερίσουν και να μειώσουν το μέγεθος του υλικού. Οι υπέρηχοι που χρησιμοποιούνται στη διασπορά νανοϋλικών απαιτούν γενικά σχετικά μεγάλη ηχητική πίεση και υπερηχητικό πλάτος. Επομένως, ο τύπος κέρατος, δηλαδή ο τύπος ανιχνευτή, χρησιμοποιείται συχνότερα επί του παρόντος.

Συστάσεις

1. Εάν είστε νέοι στα νανοϋλικά και θέλετε να κατανοήσετε την επίδραση της υπερηχητικής διασποράς, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε εργαστηριακά υλικά 1000W / 1500W.

2. Εάν είστε μια μικρομεσαία επιχείρηση που διαχειρίζεται λιγότερους από 5 τόνους υγρού ημερησίως, μπορείτε να επιλέξετε να προσθέσετε έναν υπερηχητικό ανιχνευτή στη δεξαμενή αντίδρασης. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν ανιχνευτή 3000W.

3. Εάν πρόκειται για μια μεγάλη επιχείρηση που χρειάζεται να επεξεργάζεται δεκάδες τόνους ή ακόμη και εκατοντάδες τόνους υγρού καθημερινά, απαιτείται ένα εξωτερικό σύστημα υπερηχητικής κυκλοφορίας. Πολλά σετ υπερηχητικού εξοπλισμού μπορούν να επεξεργαστούν την κυκλοφορία ταυτόχρονα για να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα.

Χαρακτηριστικά

1. Μοναδικός σχεδιασμός κεφαλής εστίασης, υψηλότερη συγκέντρωση ενέργειας, μεγαλύτερο πλάτος και καλύτερο αποτέλεσμα ομογενοποίησης.

2 Η διαδικασία υπερηχητικής επεξεργασίας μπορεί να ελεγχθεί, οπότε και η τελική κατάσταση της διασποράς είναι ελεγχόμενη, μειώνοντας έτσι σημαντικά τη ζημιά στα συστατικά του διαλύματος.

3 Μπορεί να διασπείρει υλικά σε νανο-κλίμακα και μπορεί να χειριστεί διαλύματα υψηλού ιξώδους. Ο εξοπλισμός μπορεί να είναι εξοπλισμένος με έλεγχο PLC, καθιστώντας τη λειτουργία ευκολότερη και το αποτέλεσμα πιο ακριβές