Ultraheli homogenisaatori roll nano{0}}ränidioksiid hajutamisel

Ultraheli homogenisaatorite dispersiooniefekt põhineb peamiselt "ultraheli kavitatsiooniefektil", mis koos mehaanilise nihke ja akustilise vooluhäirega saavutab osakeste täpsustamise ja hajumise. Selle põhimehhanismi saab jagada kolmeks etapiks: Esiteks tekitab ultraheligeneraator kõrgsageduslikke helilaineid sagedusega 15 kHz-1MHz, mis edastatakse ultraheli amplituuditrafo (saatja pea) kaudu dispersioonikeskkonda. Teiseks, kui helilained levivad vedelas keskkonnas, moodustuvad vahelduvad kõrgrõhu{6}}ja madalrõhutsoonid. Madala{10}}rõhu tsoonis venitatakse vedelikku, moodustades suure hulga pisikesi vaakummulle (kavitatsioonimulle). Need mullid laienevad kiiresti ja varisevad tugevalt kokku kõrgrõhutsooni rõhu all. Lõpuks tekitatakse mullide kokkuvarisemise hetkel väga väikeses piirkonnas lööklaineid rõhuga kuni tuhandete atmosfääridega, suure kiirusega mikrojugasid (kiirus kuni 100 m/s) ja kohalikke äärmuslikke temperatuure (kuni 5000 K). Need energiad töötavad koos, et lõhustada ja ühtlaselt hajutada nano-ränidioksiid agregaadid keskkonnas. Võrreldes mehaanilise segamisega mõjuvad osakesed väiksemale mehaanilisele löögijõule, muutuvad väiksema tõenäosusega lamedaks ja võivad saada terava osakese suuruse jaotusega dispersioonisüsteemi.

Nano-ränidioksiid agregaadid liigitatakse pehmeteks täitematerjalideks (moodustunud nõrkade jõudude, nagu van der Waalsi jõudude ja vesiniksidemete mõjul) ja kõvadeks täitematerjalideks (moodustuvad osakestevaheliste keemiliste sidemete kaudu). Traditsioonilised meetodid, nagu mehaaniline segamine ja kiire tsentrifuugimine{2}}, on kõvade täitematerjalide täielikuks lagundamiseks rasked ja võivad sekundaarsele aglomeratsioonile kalduda. Ultraheli homogenisaatorite tekitatud kavitatsiooniefekt ja mikrojoad võivad täpselt toimida agregaatide sisemistele tühikutele, rebides agregaadi struktuuri seestpoolt nagu "miniatuurne haamer". Nii pehmeid kui ka kõvasid agregaate saab tõhusalt jaotada üksikuteks nano-ränidioksiidosakesteks või väikesteks-suurusteks agregaatideks (tavaliselt hajutatud osakeste algsuuruse tasemele). Näiteks nano-ränidioksiid vesilahuses dispergeerimisel saab pärast ultraheliga homogeniseerimist algselt aglomeeritud osakesed dispergeerida ühtlase osakeste suurusega monodispersseks süsteemiks. Laserosakeste suuruse analüsaatori tuvastamine näitab, et osakeste suuruse jaotust saab oluliselt kitsendada ja polüdisperssuse indeksit (PDI) saab vähendada alla 0, 2, kasutades täielikult ära nanoosakeste eripinna eelised. Samal ajal saab ultrahelihomogenisaator reguleerida parameetreid, nagu väljundvõimsus ja amplituud, vastavalt proovi omadustele, kohandudes erinevate kontsentratsioonide ja keskkonnaga nano{12}ränidioksiid hajutamise vajadustega. Olenemata sellest, kas tegemist on väikese katseklaasi prooviga laboris või suure{14}}viskoossusega lobriga tööstuslikus tootmises, võib see saavutada tõhusa dispersiooni.

Nano-ränidioksiid hajutav toime määrab otseselt selle nano-efektide ulatuse ja kasutusväärtuse. Ultraheli homogenisaatorid oma ainulaadse kavitatsioonil põhineva töömehhanismiga mängivad üliolulist rolli aglomeraatide lõhkumisel, sekundaarse aglomeratsiooni pärssimisel, dispersiooni ühtluse optimeerimisel ja pinna muutmisel, muutes need nano-ränidioksiidi dispersiooniprotsessis asendamatuks võtmeseadmeks. Nende kõrge tõhusus, energiasäästlikkus, saastevaba-töö ja tugev kohanemisvõime on viinud nende laialdase kasutamiseni komposiitmaterjalides, kattekihtides, tsemendis, biomeditsiinis ja muudes valdkondades, edendades tõhusalt nano-ränidioksiidtööstuse arengut.