יישום סונוכימיה אולטרסאונד בהכנת ננו-חומרים

אפקט קוויטציה

התנודות בתדר גבוה הנוצרות באמצעות התפשטות אולטרסאונד בנוזל גורמות לקביטציה, ויוצרות בועות בגודל מיקרון שקורסות במהירות, ומשחררות טמפרטורות ולחצים מקומיים גבוהים. סביבה קשה זו מאיצה תגובות כימיות, בעוד שהמיקרו-סילונים שנוצרים מקדמים פיזור ננו-חלקיקים ומונעים הצטברות.

השפעה סינרגטית של השפעות מכניות ותרמיות

התנודות המכניות של אולטרסאונד משפרות את יעילות הערבוב של המגיבים, בעוד שהחום הנוצרת באמצעות קוויטציה מוריד את כוח ההפעלה של התגובה. לדוגמה, בחיזור פאזה נוזלית בסיוע אולטרסאונד, אפשרויות מלח מתכתי מצטמצמות במהירות לננו-חלקיקי מתכת תחת קוויטציה, וכתוצאה מכך פיזור חלקיקים אחיד יותר.

כיום, התחומים המיוחדים של סונוכימיה באולטרסאונד משמשים לסינתזה של מספר לא מבוטל של חומרים בקנה מידה ננומטרי: סגסוגות פלדה, תחמוצות, סולפידים, חומרי פחמן, חומרים ביולוגיים וכו'.

ניקח לדוגמה סיליקון פוליקריסטלי:

1. פיזור יעיל ומעבר מסה טוב יותר: גלי אולטרסאונד יוצרים בועות קוויטציה בנוזל באמצעות רטט בתדר גבוה. הסביבה המקומית בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה, שנוצרת בעת קריסת הבועות, מפרקת בהצלחה את הצטברות החלקיקים. בשלב הסינתזה של סיליקון רב-גבישי, פגיעה זו מאיצה את תהליך מעבר המסה של תגובת פירוק הסילאן, ומגדילה את מטען שקיעת הסיליקון הרב-גבישי ביותר מ-30%, תוך דיכוי היווצרות תוצרי לוואי של סיליקון אמורפי ושיפור דרסטי של טוהר הגביש.
2. אופטימיזציה של ביצועי החומר הכוללים: בתהליכי איכול כימיים או ניקוי, השפעת הקביטציה משפרת את אחידות התגובה, מפחיתה סדקים מיקרוסקופיים ושכבות נזק על פני פרוסת הסיליקון, ובכך משפרת את יעילות ההמרה הפוטואלקטרית של תאים פוטו-וולטאיים. בהכנת ננו-חומרים, כוח אולטרסאונד יכול לנהל במדויק את המדידה והפיזור של חלקיקי ננו-סיליקון, לדכא הצטברות ולהבטיח את המוליכות והיציבות שלהם בתרחיפים של אלקטרודות או חומרים מרוכבים.
3. יעילות התהליך והפחתת הערך: היעילות הגבוהה של סונוכימיה אולטרסאונד מקצרת מיד את מחזור הייצור. שיטות ניקוי או איכול מסורתיות שלוקחות מספר שעות ניתנות לקיצור לעשרות דקות בעזרת סיוע אולטרסאונד, מה שמפחית את צריכת החוזק ביותר מ-40%. בהכנת משחה, פונקציית הפיזור המהירה שלה משפרת את יכולת הזרימה ופיזור החלקיקים של משחת כסף או אלומיניום, מפחיתה פגמי הדפסה ומשפרת את מוליכות האלקטרודה. יתר על כן, המכשיר מפחית משמעותית את עלויות הטיפול הסביבתי על ידי צמצום השימוש בריאגנטים כימיים ופריקת שפכים.

סונוכימיה אולטרסאונדית של FUNSONIC משיגה יותר מיתרון אחד בפרקטיקה של סיליקון פולי-קריסטלי באמצעות פיזור ידידותי לסביבה, שיפור קוויטציה ובקרה ספציפית, כגון תכונות חומר משופרות, יעילות מערכת אופטימלית ועלויות סביבתיות מופחתות. היא חושפת יתרונות מיוחדים, במיוחד בסינתזה, פיזור ופונקציונליזציה של ננו-חלקיקים. עם פיתוחים טכנולוגיים בלתי פוסקים ואופטימיזציה של מכשירים, פוטנציאל היישום שלה באנרגיה חדשה, הגנת הסביבה והביו-רפואה יגדל עוד יותר.