किस प्रकार की मशीन सिलिकॉन डाइऑक्साइड पाउडर का फैलाव कर सकती है?

किस प्रकार की मशीन सिलिकॉन डाइऑक्साइड पाउडर को फैला सकती है?

उच्च सतह ऊर्जा के कारण, टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO₂) पाउडर आसानी से वैन डेर वाल्स बलों और हाइड्रोजन बंधों (विशेष रूप से नैनो-आकार के TiO₂) के माध्यम से स्थिर समुच्चय बनाता है। सीधे उपयोग से इसके ऑप्टिकल, उत्प्रेरक और छिपाने वाले गुण कम हो सकते हैं, जिसके लिए वैज्ञानिक तरीकों से कुशल फैलाव की आवश्यकता होती है। निम्नलिखित चार दृष्टिकोणों से टाइटेनियम डाइऑक्साइड पाउडर फैलाव समाधानों को व्यवस्थित रूप से प्रस्तुत करता है: मुख्य फैलाव सिद्धांत, विशिष्ट फैलाव विधियाँ (परिचालन विवरण सहित), प्रमुख प्रभावित करने वाले कारक और अनुप्रयोग परिदृश्य अनुकूलन।

1. मुख्य फैलाव सिद्धांत
टाइटेनियम डाइऑक्साइड फैलाव का सार है "समूहों को तोड़कर बिखरे हुए कणों को स्थिर करना", जिसके लिए दो प्रमुख मुद्दों के लिए एक साथ समाधान की आवश्यकता होती है:

समूह संरचना का विघटन: कणों के बीच आकर्षण (वैन डेर वाल्स बल, हाइड्रोजन बंध, और इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण) को दूर करने के लिए भौतिक या रासायनिक विधियों का उपयोग किया जाता है ताकि माइक्रोन/नैनोस्केल समूहों को प्राथमिक कणों में अलग किया जा सके।

द्वितीयक जमावट का दमन: सतह संशोधन या परिक्षेपणों का जोड़ प्राथमिक कण की सतह पर एक "स्टेरिक बाधा" या "इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण परत" बनाता है, जो बिखरे हुए कणों को फिर से सोखने और जमा होने से रोकता है।

क्या आप जानते हैं कि किस प्रकार की मशीन सिलिकॉन डाइऑक्साइड पाउडर को फैला सकती है?

अल्ट्रासोनिक फैलाव एक भौतिक प्रक्रिया है जो सामग्री समूहों को तोड़ने और कणों या अणुओं के समान फैलाव को प्राप्त करने के लिए उच्च-आवृत्ति ध्वनि तरंग ऊर्जा (आमतौर पर 20kHz-100kHz आवृत्ति रेंज में, मानव श्रवण की सीमा से परे) का उपयोग करती है। मुख्य सिद्धांत तरल माध्यम में ध्वनि तरंगों द्वारा उत्पन्न "गुहिकायन प्रभाव" है। यह ऊर्जा बिखरी हुई सामग्री में स्थानांतरित हो जाती है, उन बलों को तोड़ती है जो समूहों को बांधते हैं (जैसे वैन डेर वाल्स बल और हाइड्रोजन बंध), अंततः एक स्थिर, समान फैलाव बनाते हैं।

1. मुख्य सिद्धांत: गुहिकायन प्रभाव
अल्ट्रासोनिक फैलाव का सार "गुहिकायन प्रभाव" का अनुप्रयोग है, एक ऐसी प्रक्रिया जिसे तीन चरणों में विभाजित किया जा सकता है और यह फैलाव का मुख्य प्रेरक बल है:

गुहिकायन बुलबुला निर्माण: जब उच्च-आवृत्ति ध्वनि तरंगें एक तरल के माध्यम से फैलती हैं, तो वे समय-समय पर "संपीड़न क्षेत्र" और "विरलीकरण क्षेत्र" उत्पन्न करती हैं। विरलीकरण क्षेत्र में (जहां दबाव अचानक गिरता है), तरल में छोटे बुलबुले (या घुली हुई गैसें) तेजी से फैलती हैं, जिससे अदृश्य "गुहिकायन बुलबुले" बनते हैं।

गुहिकायन बुलबुला पतन: जब ध्वनि तरंग संपीड़न क्षेत्र में फैलती है (जहां दबाव अचानक बढ़ता है), तो विस्तार करने वाले गुहिकायन बुलबुले बहुत कम समय में (माइक्रोसेकंड के क्रम में) हिंसक रूप से ढह जाते हैं, जिससे स्थानीयकृत उच्च तापमान (5000K तक), उच्च दबाव (1000atm तक), और तीव्र माइक्रोजेट (100m/s तक की प्रवाह दर के साथ) उत्पन्न होते हैं।

फैलाव: ढहते गुहिकायन बुलबुले के माइक्रोजेट आसपास के जमा हुए कणों पर मजबूत प्रभाव और कतरनी बल लगाते हैं, सीधे कणों के बीच जमावट संरचना को तोड़ते हैं। इसके अतिरिक्त, उच्च तापमान और उच्च दबाव वाला वातावरण अंतर-आणविक बलों को कमजोर करता है, जिससे आणविक स्तर पर समान फैलाव प्राप्त करने में मदद मिलती है। II. अल्ट्रासोनिक फैलाव के प्रमुख तत्व
कुशल अल्ट्रासोनिक फैलाव प्राप्त करने के लिए, निम्नलिखित चार प्रमुख तत्वों को नियंत्रित किया जाना चाहिए। विभिन्न पैरामीटर संयोजन सीधे फैलाव प्रभाव को प्रभावित करते हैं:

तत्व श्रेणी प्रमुख पैरामीटर फैलाव पर प्रभाव
अल्ट्रासोनिक सिस्टम आवृत्ति (20kHz-100kHz) कम आवृत्ति (20-40kHz): गुहिकायन बुलबुला पतन ऊर्जा मजबूत होती है, जो मोटे कणों (जैसे, माइक्रोन-आकार के कणों) को फैलाने के लिए उपयुक्त है; उच्च आवृत्ति (>40kHz): नैनोपार्टिकल्स या संवेदनशील प्रणालियों (जैसे, बायोमोलेक्यूल्स) के लिए अधिक उपयुक्त ऊर्जा उत्पन्न करता है।

पावर घनत्व (W/cm²): बहुत कम शक्ति: समूहों को तोड़ने में अप्रभावी; बहुत अधिक शक्ति: द्वितीयक जमावट (स्थानीयकृत ओवरहीटिंग) या माध्यम के छींटे पड़ सकते हैं। फैलाव प्रणाली के अनुसार पावर घनत्व को समायोजित किया जाना चाहिए।
फैलाव माध्यम चिपचिपाहट और सतह तनाव: कम-चिपचिपाहट और कम-सतह-तनाव वाले माध्यम (जैसे, पानी और इथेनॉल) गुहिकायन के लिए अधिक प्रवण होते हैं और उनमें उच्च फैलाव दक्षता होती है। उच्च-चिपचिपाहट वाले माध्यमों (जैसे, ग्लिसरॉल) को ऊर्जा हानि की भरपाई के लिए बढ़ी हुई शक्ति की आवश्यकता होती है। रासायनिक गुण (ध्रुवीय/गैर-ध्रुवीय): माध्यम में बिखरे हुए चरण (जैसे, कण) के साथ अच्छी संगतता होनी चाहिए ताकि हाइड्रोफोबिक-हाइड्रोफिलिक प्रतिकर्षण के कारण पुन: जमावट को रोका जा सके (सहायता के लिए परिक्षेपणों को जोड़ा जा सकता है)।

बिखरा हुआ चरण: कण आकार/आकृति विज्ञान: माइक्रोन-आकार के, ब्लॉक कणों को उच्च गुहिकायन ऊर्जा की आवश्यकता होती है; नैनो-आकार के, गोलाकार कणों को फैलाना आसान होता है, लेकिन पुन: जमावट और पुन: अवशोषण को रोकने के लिए शक्ति को नियंत्रित किया जाना चाहिए।

प्रारंभिक जमावट: प्रारंभिक जमावट जितनी गंभीर होगी (जैसे, कठोर समूह), फैलाव का समय उतना ही लंबा होगा या अधिक उपयुक्त फैलाव विधि (मोटे-क्रशिंग के बाद महीन-फैलाव)।
परिचालन की स्थिति: फैलाव समय: बहुत कम: अधूरा फैलाव; बहुत लंबा: कण घर्षण या माध्यम तापमान में वृद्धि हो सकती है (जिसके लिए शीतलन और तापमान नियंत्रण की आवश्यकता होती है)।

तापमान/दबाव: उच्च तापमान गुहिकायन बुलबुला स्थिरता को कम करते हैं (घटी हुई पतन ऊर्जा); उच्च दबाव गुहिकायन बुलबुला निर्माण को रोकते हैं। ऑपरेशन आमतौर पर वायुमंडलीय दबाव पर किया जाता है। III. अल्ट्रासोनिक फैलाव के लाभ और सीमाएँ

1. मुख्य लाभ
उच्च फैलाव दक्षता: पारंपरिक यांत्रिक सरगर्मी (जो मैक्रोस्कोपिक कतरनी बलों पर निर्भर करती है) की तुलना में, अल्ट्रासोनिक माइक्रोफ्लुइडिक्स नैनोस्केल समूहों पर कार्य कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक गहन फैलाव और कम समय लगता है (आमतौर पर कुछ मिनट से लेकर दस मिनट तक)।
व्यापक प्रणाली प्रयोज्यता: इसका उपयोग तरल-ठोस (जैसे, नैनोपार्टिकल्स को पानी में फैलाना), तरल-तरल (जैसे, इमल्शन तैयार करना, जैसे तेल-पानी इमल्शन), और यहां तक कि तरल-गैस (जैसे, पानी में घुली हुई हवा तैयार करना) प्रणालियों में किया जा सकता है।

कोई यांत्रिक संदूषण नहीं: फैलाव प्रक्रिया ध्वनिक ऊर्जा पर निर्भर करती है और इसमें घूमने वाले भागों (जैसे, उत्तेजक) की आवश्यकता नहीं होती है। यह यांत्रिक घिसाव और आंसू के कारण अशुद्धता संदूषण से बचाता है, जिससे यह उच्च-शुद्धता प्रणालियों (जैसे, अर्धचालक सामग्री और दवा की तैयारी) के लिए उपयुक्त हो जाता है।

लचीला संचालन: उपकरण को लघु किया जा सकता है (प्रयोगशाला जांच प्रकार) या औद्योगिक (पाइपलाइन गर्त प्रकार), और विभिन्न परिदृश्यों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए मापदंडों (आवृत्ति, शक्ति) को वास्तविक समय में समायोजित किया जा सकता है। 2. प्रमुख सीमाएँ
उच्च ऊर्जा हानि: उच्च-आवृत्ति ध्वनि तरंगें उच्च-चिपचिपाहट वाले माध्यमों में तेजी से क्षीण हो जाती हैं, जिसके लिए गुहिकायन प्रभाव को बनाए रखने के लिए उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च ऊर्जा खपत होती है।

स्थानीयकृत ओवरहीटिंग का जोखिम: यदि गुहिकायन बुलबुले के पतन से उत्पन्न उच्च तापमान को जल्दी से नष्ट नहीं किया जा सकता है, तो वे गर्मी के प्रति संवेदनशील पदार्थों (जैसे, प्रोटीन और पॉलिमर) के विकृतीकरण या अपघटन का कारण बन सकते हैं।

उच्च उपकरण लागत: औद्योगिक-ग्रेड अल्ट्रासोनिक फैलाव उपकरण (जैसे, उच्च-शक्ति टैंक अल्ट्रासोनिक मशीन) के निर्माण और रखरखाव की लागत पारंपरिक मिश्रण उपकरण की तुलना में अधिक होती है।

कण चयनात्मकता: उच्च कठोरता और घनत्व वाले कणों (जैसे, धातु पाउडर) के लिए फैलाव प्रभाव सीमित हो सकता है, जिसके लिए अन्य विधियों (जैसे, अल्ट्रासोनिकेशन के साथ संयुक्त बॉल मिलिंग) के उपयोग की आवश्यकता होती है। IV. विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य
अपनी उच्च दक्षता, प्रदूषण-मुक्त और सटीक प्रदर्शन के कारण, अल्ट्रासोनिक फैलाव का व्यापक रूप से विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है:

सामग्री विज्ञान: नैनोमटेरियल तैयारी (जैसे, प्रवाहकीय कंपोजिट बनाने के लिए ग्रेफीन को रेजिन में फैलाना, एंटीबैक्टीरियल गुणों को बढ़ाने के लिए नैनो-टाइटेनियम डाइऑक्साइड को कोटिंग्स में फैलाना);

बायोमेडिसिन: दवा की तैयारी (जैसे, खराब घुलनशील दवा कणों को नैनोसस्पेंशन में फैलाना ताकि अवशोषण में सुधार हो सके), सेल फैलाव (इंट्रासेल्युलर प्रोटीन/न्यूक्लिक एसिड के निष्कर्षण की सुविधा, अनिवार्य रूप से "कोशिका-स्तर का फैलाव");
कोटिंग्स और स्याही: वर्णक फैलाव (जैसे, कोटिंग डेलेमिनेशन को रोकने और रंग एकरूपता में सुधार करने के लिए कार्बन ब्लैक और टाइटेनियम डाइऑक्साइड को रेजिन में फैलाना);

खाद्य उद्योग: इमल्शन तैयारी (जैसे, स्वाद बढ़ाने के लिए नैनो-आकार की क्रीम को दूध में फैलाना, या शेल्फ लाइफ बढ़ाने के लिए स्थिर प्रोबायोटिक इमल्शन तैयार करना);
पर्यावरण प्रबंधन: अपशिष्ट जल उपचार (प्रदूषकों के साथ संपर्क क्षेत्र को बढ़ाने और फ्लोकुलेशन को बढ़ाने के लिए फ्लोकुलेंट कणों को नैनो-स्केल में फैलाना);

इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग: अर्धचालक पेस्ट तैयारी (जैसे, समान चालकता सुनिश्चित करने के लिए चिप प्रवाहकीय पेस्ट के लिए चांदी के नैनोपार्टिकल्स को कार्बनिक वाहकों में फैलाना)। V. सामान्य उपकरण प्रकार

अनुप्रयोग परिदृश्य के आधार पर, अल्ट्रासोनिक फैलाव उपकरण को मुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है:

प्रोब-प्रकार अल्ट्रासोनिक डिस्पर्सर (विसर्जन): ये एक अल्ट्रासोनिक जांच (टाइटेनियम मिश्र धातु से बनी, ध्वनि तरंगों को प्रसारित करने वाली) पर आधारित हैं जो सीधे फैलाव प्रणाली में डूबी हुई है, ऊर्जा को केंद्रित करती है और उन्हें छोटे प्रयोगशाला नमूना बैचों (जैसे, 10mL-1L) या उच्च-चिपचिपाहट प्रणालियों के लिए उपयुक्त बनाती है।

गर्त-प्रकार अल्ट्रासोनिक डिस्पर्सर (गैर-विसर्जन): अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर को प्रतिक्रिया टैंक की दीवार पर लगाया जाता है, जो टैंक की दीवार के माध्यम से माध्यम में ध्वनि तरंगों को प्रसारित करता है। ये डिस्पर्सर औद्योगिक निरंतर उत्पादन के लिए उपयुक्त हैं (जैसे, असेंबली लाइन प्रसंस्करण, सैकड़ों लीटर तक की एकल-समय प्रसंस्करण मात्रा के साथ), जांच पहनने से मुक्त हैं, और साफ करने में आसान हैं।

संक्षेप में, अल्ट्रासोनिक फैलाव गुहिकायन प्रभाव पर आधारित एक महीन फैलाव तकनीक है। इसका मुख्य मूल्य नैनो-समूह और उच्च-शुद्धता फैलाव की चुनौतियों का समाधान करने में निहित है, जिन्हें पारंपरिक तरीकों से संबोधित करना मुश्किल है। यह सामग्री, दवा और खाद्य उद्योगों में एक अपरिहार्य प्रमुख प्रक्रिया बन गई है।