Роль ультразвукового гомогенизатора в диспергировании нано-кремнезема

Эффект дисперсии ультразвуковых гомогенизаторов в основном основан на «эффекте ультразвуковой кавитации», который в сочетании с механическим сдвигом и акустическим возмущением потока обеспечивает измельчение и дисперсию частиц. Его основной механизм можно разделить на три этапа: во-первых, ультразвуковой генератор производит высокочастотные звуковые волны -частотой 15 кГц-1 МГц, которые передаются в дисперсионную среду через ультразвуковой амплитудный преобразователь (головку передатчика). Во-вторых, по мере распространения звуковых волн в жидкой среде образуются чередующиеся зоны высокого-давления и низкого-давления. В зоне низкого-давления жидкость растягивается с образованием большого количества крошечных вакуумных пузырьков (кавитационных пузырьков). Эти пузырьки быстро расширяются и резко разрушаются под давлением зоны высокого-давления. Наконец, в момент схлопывания пузыря на очень небольшой локальной площади генерируются ударные волны с давлением до тысяч атмосфер, высокоскоростные микроструи (скорости до 100 м/с) и локальные экстремальные температуры (до 5000К). Эти энергии работают вместе, чтобы разрушить и равномерно диспергировать агрегаты нанокремнезема в среде. По сравнению с механическим перемешиванием частицы подвергаются меньшему механическому удару, с меньшей вероятностью станут плоскими и могут получить дисперсионную систему с точечным распределением частиц по размерам.

Агрегаты нано-кремнезема подразделяются на мягкие агрегаты (образованные слабыми силами, такими как силы Ван-дер-Ваальса и водородные связи) и твердые агрегаты (образованные химическими связями между частицами). Традиционные методы, такие как механическое перемешивание и высокоскоростное-центрифугирование, с трудом позволяют полностью разрушить твердые агрегаты и склонны к вторичной агломерации. Эффект кавитации и микроструи, создаваемые ультразвуковыми гомогенизаторами, способны точно воздействовать на внутренние зазоры заполнителей, разрывая структуру заполнителя изнутри, как «миниатюрный молоток». Как мягкие, так и твердые агрегаты можно эффективно разбить на отдельные частицы нано-кремнезема или агрегаты небольшого-размера (обычно диспергированные до исходного размера частиц). Например, при дисперсии нано-кремнезема в водном растворе после ультразвуковой гомогенизации первоначально агломерированные частицы могут диспергироваться в монодисперсную систему с однородным размером частиц. Обнаружение лазерным анализатором размера частиц показывает, что распределение частиц по размерам может быть значительно сужено, а индекс полидисперсности (PDI) может быть уменьшен до уровня ниже 0,2, полностью используя преимущество удельной площади поверхности наночастиц. Между тем, ультразвуковой гомогенизатор может регулировать такие параметры, как выходная мощность и амплитуда, в соответствии с характеристиками образца, адаптируясь к потребностям дисперсии нано-кремнезема различных концентраций и сред. Будь то небольшой образец пробирки в лаборатории или суспензия высокой-вязкости в промышленном производстве, он может обеспечить эффективное диспергирование.

Дисперсионный эффект нано-кремнезема напрямую определяет степень его нано-эффекта и ценность применения. Ультразвуковые гомогенизаторы с их уникальным рабочим механизмом, основанным на кавитации, играют решающую роль в разрушении агломератов, подавлении вторичной агломерации, оптимизации однородности дисперсии и содействии модификации поверхности, что делает их незаменимым ключевым элементом оборудования в процессе диспергирования нано-кремнезема. Их высокая эффективность, энергосбережение, работа без загрязнения-и высокая адаптируемость привели к их широкому применению в композитных материалах, покрытиях, цементе, биомедицине и других областях, эффективно способствуя развитию промышленности нано-кремнезема.