Aplicació de la sonoquímica ultrasònica en la preparació de nanomaterials

Efecte de cavitació

Les vibracions d'alta freqüència generades mitjançant la propagació ultrasònica en líquid provoquen cavitació, formant bombolles de la mida d'un micròmetre que col·lapsen ràpidament, alliberant temperatures i pressions excessives localitzades. Aquest entorn sever accelera les reaccions químiques, mentre que els microdots resultants promouen la dispersió de nanopartícules i eviten l'aglomeració.

Efecte sinèrgic dels efectes mecànics i tèrmics

Les vibracions mecàniques dels ultrasons milloren l'efectivitat de la barreja dels reactius, mentre que la calor generada a través de la cavitació redueix el poder d'activació de la reacció. Per exemple, en la reducció en fase líquida assistida per ultrasons, les opcions de sals metàl·liques es redueixen ràpidament a nanopartícules metàl·liques sota cavitació, donant lloc a una distribució de partícules més uniforme.

Actualment, les llars especials de la sonoquímica d'ultrasons s'utilitzen en la síntesi de força materials a nanoescala: aliatges d'acer, òxids, sulfurs, materials de carboni, biomaterials, etc.

Prenent com a exemple el silici policristal·lí:

1. Dispersió d'alta eficiència i millor transferència de massa: les ones ultrasòniques generen bombolles de cavitació en medis líquids mitjançant vibracions d'alta freqüència. L'entorn localitzat d'alta temperatura i alta pressió que es produeix durant la deformació de les bombolles trenca amb èxit l'aglomeració de partícules. En l'etapa de síntesi de silici policristal·lí, aquest impacte accelera el mètode de canvi de massa de la reacció de descomposició del silà, augmentant la càrrega de deposició de silici policristal·lí en més d'un 30%, alhora que suprimeix la formació de subproductes de silici amorf i millora dràsticament la puresa del cristall.
2. Optimització del rendiment general del material: En els processos de gravat o neteja química, l'impacte de cavitació millora la uniformitat de la resposta, redueix les microesquerdes i les capes danyades a la superfície de la oblia de silici, millorant així l'eficàcia de la conversió fotoelèctrica de les cèl·lules fotovoltaiques. En la preparació de nanomaterials, la potència ultrasònica pot controlar amb precisió la mesura i la distribució de partícules de nanosilici, suprimint l'aglomeració i assegurant la seva conductivitat i estabilitat en suspensions d'elèctrodes o materials compostos.
3. Eficàcia del procés i reducció de valor: L'eficàcia excessiva de la sonoquímica ultrasònica escurça alhora el cicle de fabricació. Les tàctiques tradicionals de neteja o gravat que triguen unes quantes hores es poden escurçar a desenes de minuts amb assistència ultrasònica, reduint el consum d'energia en més d'un 40%. En la preparació de la pasta, la seva ràpida funcionalitat de dispersió millora la fluïdesa i la distribució de partícules de la pasta de plata o alumini, redueix els defectes d'impressió i millora la conductivitat dels elèctrodes. A més, el dispositiu redueix substancialment els costos de solució ambiental minimitzant l'ús de reactius químics i l'abocament d'aigües residuals.

La sonoquímica ultrasònica FUNSONIC aconsegueix més d'un avantatge en la pràctica del silici policristal·lí a través de la dispersió respectuosa amb el medi ambient, la millora de la cavitació i el control específic, com ara propietats del material ampliades, eficiència del sistema optimitzada i costos ambientals reduïts. Revela avantatges especials, en particular en la síntesi, dispersió i funcionalització de nanopartícules. Amb els desenvolupaments tecnològics continus i l'optimització de dispositius, les seves potencialitats d'aplicació en noves energies, protecció del medi ambient i biomedicina creixeran encara més.