Co je ultrazvukové odplyňování?

Ultrazvukové odplyňování v podstatě využívá „kavitačního efektu“, který vzniká, když se ultrazvukové vlny šíří kapalinou, aby stripovaly, agregovaly a vypuzovaly plyny z kapaliny. Jeho hlavní proces lze rozdělit do tří klíčových fází:

 

První fází je tvorba kavitačních bublin. Když ultrazvukové vlny (typicky mezi 20 kHz a 1 MHz) působí na kapalinu, molekuly kapaliny prudce vibrují pod periodickými změnami tlaku zvukových vln. Ve fázi podtlaku zvukových vln se drobné póry v kapalině (jako jsou shluky molekul rozpuštěného plynu nebo mezery na povrchu drobných nečistot) rychle rozšiřují a tvoří četné drobné bublinky neboli „kavitační bubliny“. Ve fázi přetlaku jsou tyto kavitační bubliny rychle stlačeny.

 

Druhou fází je růst a slučování bublin. Při nepřetržitém působení ultrazvukových vln kavitační bubliny nepřetržitě absorbují rozpuštěné plyny z okolní kapaliny. Současně se sousední malé bubliny srážejí a spojují pod pohonem zvukových vln a postupně vytvářejí větší bubliny. Během tohoto procesu plyn rozpuštěný v kapalině plynule přechází z kapalné fáze do plynné fáze, přičemž dochází k přeměně z "rozpuštěného plynu" na "volný plyn".

 

Třetí fází je stoupání a vypuzování bublin. Jak se objem bubliny zvětšuje, její vztlak postupně převyšuje viskózní odpor kapaliny, což způsobuje, že bublina rychle stoupá k hladině kapaliny, nakonec praskne a uvolní svůj vnitřní plyn, čímž dokončí proces odplynění. Kromě toho mohou ultrazvukové vibrace urychlit konvekci kapaliny, dále podporovat migraci a agregaci bublin a zlepšit účinnost odplynění.

Hlavní oblasti použití technologie ultrazvukového odplyňování

 

1. Elektronický a polovodičový průmysl

Při výrobě polovodičových čipů a výrobě LCD panelů mohou drobné vzduchové bublinky v klíčových chemikáliích, jako je fotorezist, leptací roztok a vývojka, způsobit defekty ve fotolitografických vzorech a nerovnoměrné leptání, což má vážný dopad na výtěžnost produktu. Ultrazvukové odplynění může rychle odstranit rozpuštěné plyny a vzduchové bubliny z těchto chemikálií při pokojové teplotě a zajistit tak přesnost fotolitografie a leptání. Kromě toho při čištění elektronických součástek ultrazvukové odplynění zlepšuje pronikání čisticích roztoků, zabraňuje přilnutí vzduchových bublin k povrchům součástí a ovlivňuje účinnost čištění.

2. Chemický a materiálový průmysl

 

Při výrobě nátěrů, inkoustů a lepidel může přítomnost vzduchových bublin vést k defektům, jako jsou dírky, krátery a nedostatečný lesk po nátěru. Ultrazvukové odplynění může rychle odstranit vnitřní vzduchové bubliny po přípravě nátěru, zlepšit vyrovnání a aplikační výkonnost nátěru. Při syntéze polymerních materiálů mohou rozpuštěné plyny v monomerech nebo polymeračních systémech způsobit póry v polymeru, což ovlivňuje mechanické vlastnosti materiálu; ultrazvukové odplynění účinně předchází tomuto problému. Kromě toho při výrobě a použití mazacího oleje a hydraulického oleje může ultrazvukové odplynění odstranit vzduch z oleje, čímž se zabrání oxidaci a znehodnocení a sníží se opotřebení a poruchy zařízení.

3. Potravinářský a nápojový průmysl

Při výrobě ovocné šťávy, piva, nápojů sycených oxidem uhličitým (stupeň odplynění) a mléčných výrobků mohou rozpuštěné plyny způsobit oxidaci a znehodnocení výrobku, což má za následek špatnou chuť nebo přetečení pěny během plnění. Ultrazvukové odplynění může rychle odstranit kyslík, oxid uhličitý a další plyny z kapalin při pokojové teplotě, prodloužit trvanlivost produktu a zlepšit chuťovou stabilitu. Například při procesu zahušťování ovocné šťávy může odplynění zabránit odbarvení koncentrátu a změně chuti v důsledku oxidace; ve fázi před-filtrací výroby piva může odplynění zlepšit účinnost filtrace a zajistit čirost piva.

4. Biofarmaceutický a kosmetický průmysl

Materiály, jako jsou biologická činidla (např. vakcíny, protilátky, enzymové přípravky), extrakty tradiční čínské medicíny a kosmetika (např. pleťové krémy, séra) jsou většinou citlivé na teplo-a snadno oxidují, takže tradiční metody odplyňování se obtížně přizpůsobují. Ultrazvukové odplynění může účinně odstraňovat plyny za nízkých-teploty a bez chemických-podmínek, čímž se zabrání denaturaci materiálu a zajistí se biologická aktivita a účinnost produktu. Například při výrobě vakcíny odplynění zabraňuje tomu, aby vzduchové bubliny ovlivňovaly přesnost a stabilitu dávkování vakcíny; při výrobě kosmetiky odplynění zabraňuje pěnění během používání produktu, což zlepšuje uživatelskou zkušenost.

5. Laboratorní a výzkumné obory

Při chemických a biologických experimentech mohou rozpuštěné plyny v reakčním systému interferovat s reakčním procesem a ovlivnit přesnost experimentálních výsledků. Ultrazvukové odplynění jako rychlá a šetrná metoda odplynění se široce používá při předúpravě experimentálních roztoků, jako je odplyňování vzorků chromatografické analýzy a odplyňování elektrolytů v elektrochemických experimentech, což zajišťuje spolehlivost experimentálních dat.