-
Электронная почта
fengjunjie@noozle.com.cn
-
Телефон
13918684639
-
Адрес
Шанхайский район Сунцзян, улица Шэньган, дом 3255, дом 4.
Nuoze Fluid Technology (Shanghai) Co., Ltd
Изучение механизма дробления наночастиц с помощью микроструйных гомогенизаторов
Дата:2025-11-14Читать:1
Изучение механизма дробления наночастиц с помощью микроструйных гомогенизаторов
I. ВВЕДЕНИЕ
Эта статья относится к теме применения микроструйного гомогенизатора, полный текст 42 000 слов, чтение занимает около 20 минут.
резюме
микроструйный гомогенизаторОн может эффективно распылять кластеры нано - диоксида кремния в кластеры размером около 150 нм.Его механизм дробления в основном эрозия, и окончательная тонкость определяется самим материаломИсследование показало, что энергия, необходимая для достижения диссоциации (выражается в рабочем давлении и частоте обработки), увеличивается с увеличением концентрации частиц или вязкости жидкости, где повышение вязкости оказывает более значительное влияние на подавление турбулентности. Устройство имеет высокую плотность мощности и может даже преобразовывать гелеобразные дисперсии при высоких концентрациях в низковязкую ньютоновскую жидкость, демонстрируя сильную дисперсионную способность.
ключевое слово
Микроструйный гомогенизатор; Распределение наночастиц; Сломанный; Разрыв; Дисполимеризация
II. Общие рамки
III. ВВЕДЕНИЕ
Микроструйные процессоры, как устройства высокой плотности мощности, широко используются в таких процессах, как эмульсия, суспензия, дробление клеток и синтез наноматериалов. С быстрым развитием нанотехнологий достижение эффективной дисперсии (воссоединения) наночастиц в жидкостях стало ключевым шагом в их коммерческом применении.
Однако крупномасштабное производство наночастиц, как правило, осуществляется методом пиролиза пламени, и полученный порошок состоит из агрегатов и агрегатов, образованных первичными частицами.
Использование обычных смесителей не может достичь эффекта дисперсии субмикронного уровня, поэтому необходимо полагаться на высокопрочное оборудование, такое как ротор - статор, гомогенизатор высокого давления. Целью исследования является систематическая оценка характеристик, механизмов и динамики коммерческого микроструйного процессора при распылении кластеров нано - диоксида кремния, с тем чтобы обеспечить основу для технологического проектирования и усиления.
Толкование терминов
| Английские термины | Китайский перевод | Определения |
|---|---|---|
| Разрыв | Разрыв | Процесс разрушения агрегата под действием внешних сил и его деления на несколько крупных фрагментов. В этой статье он и эрозия, дробление и перечислены в качестве трех основных механизмов дробления кластеров наночастиц, различные механизмы соответствуют уникальным характеристикам эволюции распределения диаметра частиц. |
| Эрозия | Эрозия | Под этим понимается процесс непрерывного извлечения мелких частиц (обычно первичных частиц или микроагрегатов) с поверхности агрегата силой сдвига жидкости. Исследование подтвердило, что Aerosil обрабатывается для Microfluidizer M110 - P ® 200V двуокись кремнияВедущий механизм дробленияИ согласуется с наблюдениями роторно - статорного оборудования. |
| Разрушение | Сломать | Под высоким напряжением агрегат мгновенно распадается на большое количество частиц с широким распределением фрагментов. В настоящем документе это рассматривается как потенциальный механизм кластерного дробления, который приводит к значительным различиям между эволюцией распределения диаметра частиц и разрушением и эрозией. |
| Микрошкала Кольмогорова (λ) ₖ) | микромасштаб Колмогорова | Наименьший вихревой масштаб, характеризующий турбулентность, рассчитывается по формуле (λ83424 = ^ ^ {3 / 4} / Эпсилон ^ ^ 1 / 4}). В исследовании отмечается, чтоНепрерывное повышение вязкости фазы приводит к увеличению λ ₖЭто увеличивает масштаб турбулентного вихря, тем самым снижая его эффективность разрушения нанокластеров. |
| Номер Рейнольдса (Re) | число Рейнольдса | Безразмерные числа, используемые для определения состояния потока жидкости, были рассчитаны в этом исследовании (Re = 4Q i / (μπ d)). Анализ данных показывает,Непрерывное повышение вязкости фазы значительно снижает Re(Например, с 3,8 × 10 ⁴ до 8,8 × 10 ²) происходит переход потока от турбулентного к ламинарному потоку, что является основной причиной замедления динамики разрушения в системах с высокой вязкостью. |
| d₃₂ (Средний диаметр Сотер) | Средний диаметр Сота | Для определения эквивалентного диаметра группы частиц по отношению к площади поверхности используется средневзвешенный по площади алгоритм. Результаты этого исследования показывают, что при различных условиях эксплуатации (давление, концентрация, вязкость), Aerosil ® 200 В После дробления тонких частицСтабилизируется около 150 нмЭтот размер был определен как предел, который может быть достигнут механическим дроблением (коллективный размер), намного превышающий его первичный диаметр зерна 12 нм. |
IV. Основные процессы
| проект | содержание |
|---|---|
| Основное оборудование | Микроструйный гомогенизатор (Z - образная интерактивная камера, размер канала 100 мкм)
|
| Оборудование сравнения | Сетевой ротор Silverson - статор (с эмульсионной головкой EMSC) |
| Рабочее давление | 35, 69, 103 МПа (т.е. 5, 10, 15 кpsi) |
| Дискретная фаза | Aerosil ® 200 В газофазный диоксид кремния (первичный диаметр частиц 12 нм, гидрофильный) |
| Непрерывная фаза | Дистиллированная вода (вязкость 0001 Па · с) и глицериновый раствор (вязкость 0,01, 0,09 Па · с) |
| Изучение переменных | Концентрация гранул (1, 5, 10, 15, 17 wt.); Непрерывная фазовая вязкость (1% WT. ниже) |
| Предварительная обработка | Предварительное рассеивание с помощью ультразвукового аппарата Hielscher UP200S для предотвращения засорения |
| Метод представления | Анализ размера частиц (Beckman Coulter LS230). Физические наблюдения (FEI XL30 SFEG SEM). Измерение потока (Anton Paar Rheolab QC) |
V. Итоги и обсуждение
Ввод мощности
Плотность мощности микроструйного гомогенизатора при рабочем давлении от 35 до 103 МПа, рассчитанная методом импульсного объема, составляет от 7,8 × 10 м³ до 1,5 × 10 м³ kW / м³, что на три порядка выше, чем у обычных роторов - статоров в Интернете или партиях, что свидетельствует о том, что основным преимуществом устройства для достижения эффективной диссоциации нанокластеров является его высокая интенсивность ввода энергии.
Диффузная диэлектрическая реология
Низкая концентрация (1%) Aerosil ® Динамическое поведение дисперсантов глицерина 200 В (вязкость 0,01 и 0,09 Па · с) соответствует чистому растворителю и проявляется в ньютоновой жидкости, что указывает на то, что частицы при низком содержании твердости не образуют структуру пространственной сети.
Напротив, высокая концентрация (15% и 17%) предварительного рассеяния на водной основе демонстрирует типичное поведение разрежения псевдопластического сдвига, кривая потока которого соответствует степенной модели (например, концентрация 15%, тау = 0033 гамма ^ 0,81, r² = 09998), подтверждая образование гелеобразной трехмерной сети между частицами.
Наиболее важным является то, что после обработки микроструйным гомогенизатором высокого сдвига (например, 15% концентрации проб через один проход) структура сети эффективно разрушается, поведение потока дисперсии преобразуется в ньютоновскую жидкость, а вязкость значительно снижается примерно до 0004 - 0006 Па · с, что наглядно подтверждает мощную способность устройства к диссоциации и разрушению структуры.
Механизм дробления кластеров наночастиц
Исследования ясно показали, что доминирующим механизмом для дробления кластеров наночастиц в микроструйных гомогенизаторах является эрозия. Эволюция распределения размеров частиц свидетельствует о постепенном уменьшении размеров более крупных кластеров в процессе обработки при неуклонном увеличении доли мелких субмикронных частиц, что является типичной особенностью эрозии. Этот механизм согласуется с выводами, сделанными автором ранее при изучении одной и той же системы с использованием онлайнового ротора - статора. Это показывает, что даже в микроструйных гомогенизаторах с высокой плотностью мощностиМеханизм дробления в основном определяется свойствами самого материала (твердой - жидкой системы), а не типом оборудования или условиями эксплуатацииПоскольку распределение диаметра частиц после обработки часто характеризуется двойными пиками, последующий анализ фокусируется на изменении среднего диаметра сота и его объемной доли мелких частиц субмикрона.
Совокупное влияние концентрации частиц и входной мощности на динамику дробления
В условиях низкой концентрации (1% и 5%) декомпрессия кластера может быть достигнута только один раз с помощью микроструйного гомогенизатора. Однако, когда концентрация повышается до 10% и выше, для достижения дисперсии на уровне субмикрон необходимо увеличить количество обработки или увеличить рабочее давление (т. е. вход мощности). Эволюционные характеристики распределения диаметра частиц также подтверждают, что доминирующий механизм дробления является эрозией при всех концентрациях. Конкретные данные показывают, что первый раунд обработки может привести к тому, что доля мелких частиц достигнет более 85%, в то время как оптимизация условий работы в конечном итоге может достичь 100% цели декомпрессии. Это доказывает, что для систем с высокой концентрацией замедление их динамики разрушения может быть эффективно преодолено за счет увеличения ввода энергии.
комбинированное влияние вязкости дисперсной среды и ввода мощности на динамику дробления
Поддерживая низкую концентрацию частиц в 1% и повышая вязкость дисперсной среды с 0001 Па · с (вода) до 0,01 Па · с (глицериновый раствор), необходимое количество диссоциации при давлении 35 МПа увеличивается с 1 до 3 раз. При дальнейшем увеличении вязкости до 0,09 Па · с процесс дробления замедляется. Тем не менее, негативные эффекты высокой вязкости могут быть эффективно компенсированы за счет повышения эксплуатационного давления (т. е. ввода мощности), например, при 103 МПа дисперсия, которая обрабатывает 0,09 Па · с, может завершить диссоциацию всего за 2 прохода. Увеличение вязкости оказывает более сильное замедляющее воздействие на динамику разрушения, чем влияние концентрации частиц, что связано с тем, что высокая вязкость значительно снижает число Рейнольдса и увеличивает микромасштаб Колмогорова, тем самым подавляя интенсивность турбулентности.
Предел дисперсии - минимальный размер получаемых частиц
Независимо от изменения эксплуатационного давления, концентрации частиц или вязкости в непрерывной фазе, средний диаметр получаемых мелких частиц остается стабильным на уровне около 150 нм. Этот размер намного больше, чем обозначенный диаметр первичного зерна 12 нм,Это говорит о том, что предел механического дробления - не первичные частицы, а их кластеры.А.
Это явление коренится в процессе производства материала: метод пламени при температуре приводит к столкновению первичных частиц, слиянию и частичному плавлению через прочные мостовые связи, которые частично расплавляются через прочные - Si - O - Si - Bridge, образуя монолитные кластеры, которые трудно разобрать механическими силами.Таким образом, минимальный размер определяется характеристиками самого материала.А.
Сравнение характеристик оборудования
Микроструйный гомогенизатор сравнивается с производительностью онлайн - ротора - статора. Результаты показали, что доминирующий механизм дробления обоих устройств является эрозией и что средний диаметр мелких частиц, который в конечном итоге может быть достигнут, одинаков (около 150 нм), что еще раз доказываетОкончательная дисперсия определяется свойствами материала.. При сходной плотности энергии динамика дробления в жидкостях с низкой вязкостью схожа; Тем не менее, в условиях высокой вязкости микроструйный гомогенизатор демонстрирует значительное преимущество, скорость образования мелких частиц намного выше, чем ротор - статор. Эта разница объясняется тем, что микроструйные гомогенизаторы обеспечивают плотность мощности на несколько порядков выше, тем самым более эффективно преодолевая подавление турбулентности высокой вязкостью. Несмотря на то, что эти два устройства не являются прямыми альтернативами в зависимости от масштабов обработки (лабораторного и промышленного уровней), сравнение подчеркивает производительность микроструйных гомогенизаторов для обработки высоковязких нанодисперсных систем.
VI. ВЫВОДЫ
Эта исследовательская система оценила свойства микроструйного гомогенизатора для распыления кластеров нано - диоксида кремния и пришла к следующим основным выводам:
Эффективная способность к диссоциации:: Устройство обеспечивает эффективную декомпрессию, получая дисперсии с точностью около 150 нанометров в диапазоне концентрации частиц до 17% и вязкости 0,09 Па · с.
Механизм дробления и предел: Механизм дробления доминирует какЭрозияИ минимальный достижимый размер определяется свойствами самого материала, механическая сила не может разрушить прочный коллектив, образованный методом пламени.
Ключевые параметрыА.
Низкая концентрация / вязкостьСледующий проход завершает разрушение. АКонцентрация частициливязкость в непрерывной фазеУвеличение, динамика дробления замедляется, требуетсяБолее высокое количество проходов или эксплуатационное давление(Ввод энергии) для достижения дисперсии. Увеличение вязкостиСнижая число Рейнольдса и подавляя турбулентность, влияние на динамику увеличивается по сравнению с концентрациейБолее заметно.А. Перемены в поведении: Высокая энергия сдвига устройстваРазрушение трехмерной сетевой структуры дисперсантов высокой концентрацииЭто превращает его из псевдопластической жидкости в ньютоновскую жидкость.
Преимущества работы оборудования: ееПлотность мощностиЭффективность дробления в системах с высокой вязкостьюЛучше, чем ротор - статорА.
Микроструйный гомогенизатор является мощным инструментом для подготовки нанодисперсий в масштабе, механизм дробления и конечная тонкость которого определяются материалом, а динамика дробления может быть оптимизирована с помощью эксплуатационных параметров.
Комплексное решение для выравнивания микроструй
