دور الخالط بالموجات فوق الصوتية في تشتت نانو-السيليكا

يعتمد تأثير التشتت للمجانسات بالموجات فوق الصوتية بشكل أساسي على "تأثير التجويف بالموجات فوق الصوتية"، والذي يحقق، جنبًا إلى جنب مع القص الميكانيكي واضطراب التدفق الصوتي، تحسين الجسيمات وتشتتها. يمكن تقسيم آليته الأساسية إلى ثلاث مراحل: أولاً، ينتج مولد الموجات فوق الصوتية موجات صوتية عالية التردد - تبلغ 15 كيلو هرتز-1 ميجا هرتز، والتي يتم نقلها إلى وسط التشتت من خلال محول سعة الموجات فوق الصوتية (رأس المرسل). ثانيًا، مع انتشار الموجات الصوتية في الوسط السائل، يتم تشكيل مناطق الضغط العالي- والضغط المنخفض- بالتناوب. في منطقة الضغط المنخفض{10}، يتمدد السائل ليشكل عددًا كبيرًا من فقاعات الفراغ الصغيرة (فقاعات التجويف). تتوسع هذه الفقاعات بسرعة وتنهار بعنف تحت ضغط منطقة الضغط العالي-. أخيرًا، في لحظة انهيار الفقاعة، يتم إنشاء موجات صدمية بضغوط تصل إلى آلاف الضغط الجوي،-ونفاثات صغيرة عالية السرعة (تصل سرعتها إلى 100 متر/ثانية)، ودرجات حرارة محلية قصوى (تصل إلى 5000 كلفن) في منطقة محلية صغيرة جدًا. تعمل هذه الطاقات معًا لتفتيت وتشتيت مجاميع السيليكا النانوية في الوسط. بالمقارنة مع التحريك الميكانيكي، تتعرض الجسيمات لقوة تأثير ميكانيكية أقل، ومن غير المرجح أن تصبح مسطحة، ويمكن الحصول على نظام تشتت مع توزيع مدبب لحجم الجسيمات.

يتم تصنيف ركام السيليكا النانوية- إلى ركام ناعم (يتكون من قوى ضعيفة مثل قوى فان دير فالس والروابط الهيدروجينية) وركام صلب (يتكون من روابط كيميائية بين الجزيئات). من الصعب أن تعمل الطرق التقليدية مثل التحريك الميكانيكي والطرد المركزي عالي السرعة- على تكسير الركام الصلب بشكل كامل وتكون عرضة للتكتل الثانوي. يمكن لتأثير التجويف والنفاثات الصغيرة الناتجة عن المجانسات بالموجات فوق الصوتية أن تعمل بدقة على الفجوات الداخلية للركام، مما يؤدي إلى تمزيق الهيكل الركام من الداخل مثل "المطرقة المصغرة". يمكن تقسيم كل من الركام الناعم والصلب بكفاءة إلى جزيئات سيليكا نانوية - فردية أو مجاميع صغيرة الحجم - (عادةً ما يتم تشتيتها إلى مستوى حجم الجسيم الأصلي). على سبيل المثال، في تشتيت سيليكا النانو- في محلول مائي، بعد التجانس بالموجات فوق الصوتية، يمكن تشتيت الجزيئات المتكتلة في الأصل إلى نظام أحادي التشتت بحجم جسيم موحد. يُظهر اكتشاف محلل حجم الجسيمات بالليزر أنه يمكن تضييق توزيع حجم الجسيمات بشكل كبير، ويمكن تقليل مؤشر تعدد التشتت (PDI) إلى أقل من 0.2، مع الاستفادة الكاملة من ميزة مساحة السطح المحددة للجسيمات النانوية. وفي الوقت نفسه، يمكن للمجانس بالموجات فوق الصوتية ضبط المعلمات مثل طاقة الخرج والسعة وفقًا لخصائص العينة، والتكيف مع احتياجات التشتت لسيليكا النانو- بتركيزات ووسائط مختلفة. سواء كانت عينة صغيرة من أنبوب اختبار في المختبر أو ملاطًا عالي اللزوجة-في الإنتاج الصناعي، يمكنها تحقيق تشتيت فعال.

يحدد تأثير التشتت لسيليكا النانو- بشكل مباشر مدى تأثيرات النانو- وقيمة التطبيق. تلعب المجانسات بالموجات فوق الصوتية، بآلية عملها الفريدة القائمة على التجويف، دورًا حاسمًا في تفتيت التكتلات، وتثبيط التكتل الثانوي، وتحسين توحيد التشتت، والمساعدة في تعديل السطح، مما يجعلها قطعة أساسية لا غنى عنها من المعدات في عملية تشتيت السيليكا النانوية-. لقد أدت كفاءتها العالية وتوفيرها للطاقة-والتشغيل الخالي من التلوث والقدرة على التكيف القوية إلى تطبيقها على نطاق واسع في المواد المركبة والطلاءات والأسمنت والطب الحيوي ومجالات أخرى، مما أدى بشكل فعال إلى تعزيز تطوير صناعة السيليكا النانوية-.