Ролята на ултразвуковия хомогенизатор в дисперсията на нано-силициев диоксид

Ефектът на дисперсията на ултразвуковите хомогенизатори се основава главно на "ефекта на ултразвукова кавитация", който, във връзка с механичното срязване и акустичното смущение на потока, постига усъвършенстване на частиците и дисперсия. Неговият основен механизъм може да бъде разделен на три етапа: Първо, ултразвуковият генератор произвежда високо-честотни звукови вълни от 15kHz-1MHz, които се предават към дисперсионната среда чрез ултразвуков амплитуден трансформатор (предавателна глава). Второ, докато звуковите вълни се разпространяват в течната среда, се образуват редуващи се зони с високо-налягане и ниско-налягане. В зоната с ниско{10}}налягане течността се разтяга, за да образува голям брой малки вакуумни мехурчета (кавитационни мехурчета). Тези мехурчета се разширяват бързо и се свиват бурно под натиска на зоната с високо-налягане. И накрая, в момента на колапс на мехурчета, ударни вълни с налягания до хиляди атмосфери, високо{16}}скоростни микроструи (скорости до 100m/s) и локални екстремни температури (до 5000K) се генерират в много малка местна област. Тези енергии работят заедно, за да раздробят и равномерно разпръснат нано-силициевите агрегати в средата. В сравнение с механичното разбъркване, частиците са подложени на по-малка сила на механичен удар, по-малко вероятно е да станат плоски и могат да получат дисперсна система с подчертано разпределение на размера на частиците.

Нано-агрегатите от силициев диоксид се класифицират на меки агрегати (образувани от слаби сили, като сили на Ван дер Ваалс и водородни връзки) и твърди агрегати (образувани от химически връзки между частиците). Традиционните методи като механично разбъркване и високо-скоростно центрофугиране трудно разграждат напълно твърдите агрегати и са склонни към вторична агломерация. Ефектът на кавитация и микроструите, генерирани от ултразвукови хомогенизатори, могат точно да действат върху вътрешните празнини на агрегатите, разкъсвайки структурата на агрегатите отвътре като "миниатюрен чук". И меките, и твърдите агрегати могат да бъдат ефективно разбити на отделни частици нано-силициев диоксид или агрегати с малък-размер (обикновено диспергирани до нивото на първоначалния размер на частиците). Например, при дисперсията на нано-силициев диоксид във воден разтвор, след ултразвукова хомогенизация, първоначално агломерираните частици могат да бъдат диспергирани в монодисперсна система с еднакъв размер на частиците. Откриването на лазерен анализатор на размера на частиците показва, че разпределението на размера на частиците може да бъде значително стеснено и индексът на полидисперсност (PDI) може да бъде намален до под 0,2, като се използва напълно предимството на специфичната повърхност на наночастиците. Междувременно ултразвуковият хомогенизатор може да регулира параметри като изходна мощност и амплитуда според характеристиките на пробата, като се адаптира към нуждите от дисперсия на нано-силициев диоксид с различни концентрации и среди. Независимо дали става дума за малка проба от епруветка в лабораторията или суспензия с висок-вискозитет при промишлено производство, тя може да постигне ефективна дисперсия.

Дисперсионният ефект на нано-силициевия диоксид директно определя степента на неговите нано-ефекти и стойността на приложение. Ултразвуковите хомогенизатори, с техния уникален работен механизъм, базиран на кавитация, играят решаваща роля в разбиването на агломерати, инхибиране на вторична агломерация, оптимизиране на равномерността на дисперсията и подпомагане на повърхностната модификация, което ги прави незаменима ключова част от оборудването в процеса на дисперсия на нано-силициев диоксид. Тяхната висока ефективност, икономия на енергия, работа без-замърсяване и силна адаптивност доведоха до широкото им приложение в композитни материали, покрития, цимент, биомедицина и други области, като ефективно насърчават развитието на нано{6}}силициевата индустрия.