Role ultrazvukového homogenizátoru v disperzi nano-oxidu křemičitého

Disperzní účinek ultrazvukových homogenizátorů je založen především na "ultrazvukovém kavitačním efektu", který ve spojení s mechanickým střihem a akustickou poruchou proudění dosahuje zjemnění a disperze částic. Jeho základní mechanismus lze rozdělit do tří fází: Za prvé, ultrazvukový generátor vytváří vysokofrekvenční zvukové vlny 15 kHz- 1 MHz, které jsou přenášeny do disperzního média přes ultrazvukový amplitudový transformátor (hlava vysílače). Zadruhé, jak se zvukové vlny šíří v kapalném médiu, vytvářejí se střídající se zóny vysokého-a nízkého-tlaku. V zóně nízkého tlaku- se kapalina napíná a vytváří velké množství malých vakuových bublinek (kavitačních bublin). Tyto bubliny se rychle roztahují a prudce se hroutí pod tlakem zóny vysokého-tlaku. A konečně, v okamžiku kolapsu bubliny se ve velmi malé místní oblasti generují rázové vlny s tlaky až tisíců atmosfér, vysokorychlostní mikrotrysky (rychlost až 100 m/s) a místní extrémní teploty (až 5000 K). Tyto energie spolupracují, aby rozbily a rovnoměrně rozptýlily nano-křemičité agregáty v médiu. Ve srovnání s mechanickým mícháním jsou částice vystaveny menší mechanické nárazové síle, je méně pravděpodobné, že se zploští a mohou získat disperzní systém se špičatou distribucí velikosti částic.

Agregáty nano{0}}oxidu křemičitého se dělí na měkké agregáty (tvořené slabými silami, jako jsou van der Waalsovy síly a vodíkové vazby) a tvrdé agregáty (tvořené chemickými vazbami mezi částicemi). Tradiční metody, jako je mechanické míchání a vysokorychlostní{2}}odstřeďování, je obtížné zcela rozložit tvrdé agregáty a jsou náchylné k sekundární aglomeraci. Kavitační efekt a mikrotrysky generované ultrazvukovými homogenizátory mohou přesně působit na vnitřní mezery kameniva a trhat strukturu kameniva zevnitř jako „miniaturní kladivo“. Měkké i tvrdé agregáty lze efektivně rozložit na jednotlivé nano-částice oxidu křemičitého nebo malé- agregáty (obvykle rozptýlené na původní úroveň velikosti částic). Například při disperzi nano-oxidu křemičitého ve vodném roztoku lze po ultrazvukové homogenizaci původně aglomerované částice dispergovat do monodisperzního systému s jednotnou velikostí částic. Detekce pomocí laserového analyzátoru velikosti částic ukazuje, že distribuci velikosti částic lze výrazně zúžit a index polydisperzity (PDI) lze snížit pod 0,2, při plném využití výhody specifického povrchu nanočástic. Mezitím může ultrazvukový homogenizátor upravit parametry, jako je výstupní výkon a amplituda, podle charakteristik vzorku a přizpůsobit se potřebám disperze nano-oxidu křemičitého o různých koncentracích a médiích. Bez ohledu na to, zda se jedná o malý vzorek zkumavky v laboratoři nebo o vysokou-viskozitní kaši v průmyslové výrobě, může dosáhnout účinné disperze.

Disperzní efekt nano-oxidu křemičitého přímo určuje rozsah jeho nano-efektů a aplikační hodnotu. Ultrazvukové homogenizátory se svým unikátním pracovním mechanismem založeným na kavitaci hrají klíčovou roli při rozbíjení aglomerátů, inhibici sekundární aglomerace, optimalizaci rovnoměrnosti disperze a napomáhání při úpravě povrchu, což z nich činí nepostradatelný klíčový kus zařízení v procesu disperze nano-oxidu křemičitého. Jejich vysoká účinnost, úspora energie, provoz bez znečištění-a velká přizpůsobivost vedly k jejich širokému použití v kompozitních materiálech, nátěrech, cementu, biomedicíně a dalších oblastech, což účinně podporuje rozvoj průmyslu nano-siliky.