Ультразвуковые гомогенизаторы: волшебный ключ к дисперсии наноматериалов

Среди многочисленных методов решения проблемы агломерации наноматериалов ультразвуковые гомогенизаторы стали мощным инструментом для исследователей и промышленных производителей. Принцип работы ультразвуковых гомогенизаторов основан на ряде физических эффектов, создаваемых ультразвуком в жидкой среде, в первую очередь включая кавитацию и другие физические эффекты. Эти эффекты работают синергетически, обеспечивая эффективное диспергирование наноматериалов.

 

Кавитация является основным рабочим механизмом ультразвуковых гомогенизаторов. Когда ультразвук распространяется в жидкости, он создает чередующиеся области высокого-давления и низкого-давления. В области низкого-давления расстояние между молекулами жидкости увеличивается, образуя крошечные полости. Эти полости быстро расширяются, образуя кавитационные пузыри. В последующей области высокого-давления кавитационные пузырьки подвергаются интенсивному сжатию и быстро разрушаются. Этот процесс происходит в течение чрезвычайно короткого времени. Мгновенный коллапс кавитационных пузырей локально создает экстремальные физические условия, такие как температуры, достигающие тысяч градусов Цельсия, и давление в тысячи атмосфер, сопровождаемые сильными микроструями и ударными волнами со скоростью, достигающей 100 м/с. Этого экстремального энерговыделения достаточно, чтобы разрушить силы агломерации между наноматериалами, вызывая редисперсию агломерированных наночастиц.

 

Помимо кавитации, ультразвук вызывает ряд физических эффектов, которые способствуют диспергированию наноматериалов. Под воздействием ультразвука в жидкости происходит эффективное перемешивание и течение. Этот поток обеспечивает частые столкновения между наночастицами, а также между наночастицами и молекулами жидкости. В результате этих столкновений, микрофазного потока и ударных волн морфология поверхности частиц меняется, что еще больше нарушает их агрегированную структуру. Такое механическое перемешивание помогает равномерно диспергировать наночастицы в жидкой среде, предотвращая их повторную-агрегацию. Ультразвуковые колебания также изменяют распределение заряда на поверхности наночастиц, увеличивая электростатическое отталкивание между частицами, тем самым улучшая стабильность дисперсной системы наноматериала.

 

Его приложения ярко засияли.

В секторе новой энергетики литиевые батареи, как одно из наиболее широко используемых устройств хранения энергии, имеют решающее значение для развития таких отраслей, как автомобили на новой энергии и портативные электронные устройства. Ультразвуковое гомогенизирующее оборудование играет ключевую роль в диспергировании материалов электродов литиевых батарей, значительно улучшая их характеристики.

 

Ультразвуковые гомогенизаторы также можно использовать при приготовлении электролитов литиевых батарей. Благодаря ультразвуковой обработке присадки в электролите распределяются равномерно, производительность электролита оптимизируется, а общая производительность аккумулятора еще больше улучшается.

 

В биомедицинской области оборудование для ультразвуковой гомогенизации также широко используется и имеет большое значение, особенно при приготовлении носителей наномедицинских препаратов и биосенсоров.

 

Наночастицы, как новая система доставки лекарств, могут эффективно повысить эффективность лекарств и снизить их токсичность. Обычные наночастицы включают липосомы, наночастицы и наномицелы. Эти носители обычно инкапсулируют лекарства в наноструктуры, а затем доставляют их к месту поражения посредством кровообращения. При приготовлении наночастиц ультразвуковые гомогенизаторы позволяют добиться равномерного смешивания и диспергирования лекарств и материалов-носителей, точно контролируя размер частиц и морфологию носителя. Если взять в качестве примера приготовление липосом, то кавитационный эффект ультразвука может привести к тому, что липидные материалы, такие как фосфолипиды, будут образовывать однородные небольшие пузырьки в водном растворе, инкапсулируя в них лекарственное средство. Липосомы, приготовленные с помощью ультразвука, обладают характеристиками однородного размера частиц и хорошей стабильностью, что может повысить эффективность инкапсуляции лекарств, позволяя им более стабильно существовать in vivo, уменьшая высвобождение лекарств в не-целевые ткани и обеспечивая целевую доставку лекарств. Экспериментальные данные показывают, что наночастицы, приготовленные с помощью ультразвуковых гомогенизаторов, могут достичь эффективности инкапсулирования лекарственного средства более 80%, что на 20–30% выше, чем традиционные методы приготовления, что значительно улучшает использование лекарств.

В области электронной информации полупроводниковые материалы и электронные пасты являются ключевыми базовыми материалами для производства электронных продуктов. Ультразвуковое гомогенизирующее оборудование играет важную роль в улучшении однородности материалов и характеристик электронных изделий во время их подготовки.

 

Электронные пасты — это смешанные материалы, состоящие из металлических порошков, органических носителей и добавок, широко используемые при производстве печатных плат, толсто-интегральных схем и электронных компонентов. Во время приготовления электронных паст ультразвуковое гомогенизирующее оборудование обеспечивает равномерное диспергирование металлических порошков (таких как порошок серебра и медный порошок) внутри органического носителя, предотвращая агломерацию. Если взять в качестве примера серебряную пасту, то равномерно диспергированный серебряный порошок может образовывать более плотную и непрерывную проводящую сеть, улучшая проводимость и адгезию электронной пасты. При производстве печатных плат использование гомогенизированной ультразвуком серебряной пасты приводит к более четким схемам, более стабильной проводимости, уменьшению обрывов и коротких замыканий, а также повышению качества и надежности печатных плат. Кроме того, ультразвуковое гомогенизирующее оборудование может точно контролировать реологические свойства электронных паст, регулируя параметры процесса, делая их более подходящими для различных требований к процессу печати и дополнительно повышая точность производства и производительность электронных продуктов.