實(shí)驗(yàn)1000W超聲波納米材料分散器?

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近年來,納米技術(shù)發(fā)展迅速,席卷了整個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,在紡織、化工、生物、醫(yī)藥、國防等行業(yè)均成為研究熱點(diǎn)。納米TiO2具有良好的耐候性、耐腐蝕性、較高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無毒等性能,已廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、橡膠和油墨等行業(yè)。而其*的顏色效應(yīng)、光催化作用及紫外線屏蔽等功能,使其在汽車工業(yè)、防曬化妝品、廢水處理、殺菌、環(huán)保等方面倍受青睞[1] 。現(xiàn)今一些白色、淺色皮革涂層在日光和紫外光的照射下極易發(fā)生顏色變化,為了適應(yīng)高檔革的發(fā)展需求,將納米TiO2用于皮革涂飾工程,可以顯著改善這些問題,提高皮革的附加值[2]。而其中納米顆粒的團(tuán)聚分散問題因嚴(yán)重阻礙了納米TiO2的廣泛應(yīng)用,成為了一個(gè)非常棘手而又必須解決的問題[3],分散技術(shù)是影響納米材料性能的關(guān)鍵。納米TiO2在水溶液中的分散狀況直接影響其在納米電鍍、光催化涂料等工業(yè)上的實(shí)際應(yīng)用[4] ,因此,在使用前必須解決其團(tuán)聚問題。 目前,聲化學(xué)領(lǐng)域的研究非常活躍,聲化學(xué)在納米材料中的應(yīng)用主要是基于超聲波的特殊分散性能。超聲波是頻率在20~106kHz的機(jī)械波,其波速一般約為1500m/s,波長為10~0.01cm [5]。超聲波的波長遠(yuǎn)大于分子尺寸,本身不能對(duì)分子產(chǎn)生作用,而是通過對(duì)分子周圍環(huán)境的物理作用影響分子,即利用超聲空化作用所產(chǎn)生的沖擊波所具有的粉碎作用,達(dá)到分散微粒的目的。 超聲波在介質(zhì)中的傳播過程存在一個(gè)隨正負(fù)壓強(qiáng)的交變周期。在正壓相位時(shí),超聲波對(duì)介質(zhì)分子擠壓,改變了介質(zhì)原來的密度,使其增大;而在負(fù)壓相位時(shí),使介質(zhì)分子間的平均距離超過使液體介質(zhì)保持不變的臨界分子距離,這時(shí)液體介質(zhì)就會(huì)發(fā)生斷裂,形成微泡,微泡逐漸長大成為空化氣泡。當(dāng)聲壓力足夠大時(shí),氣泡會(huì)猛烈崩潰。氣泡崩潰時(shí)產(chǎn)生高速的微射流、沖擊波,同時(shí)在極短的時(shí)間內(nèi),在空化泡周圍的極小空間內(nèi)產(chǎn)生高達(dá)4724e以上的高溫和100MPa的高壓,這些構(gòu)成了物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)和物理變化的特殊環(huán)境。當(dāng)這種作用發(fā)生在固體表面時(shí),沖擊波和微射流會(huì)清洗或侵蝕固體表面、破碎固體。同時(shí),由于顆粒周圍液體所起的強(qiáng)烈混合作用,加速了熱和物質(zhì)傳遞過程,甚至促進(jìn)了物質(zhì)在固體空隙中的擴(kuò)散 [6,7] 。 因此可用超聲波來分散納米材料,就是利用超聲空化時(shí)產(chǎn)生的局部高溫、高壓、強(qiáng)沖擊波和微射流等,較大幅度地弱化納米微粒間的納米作用能,有效地防止納米微粒團(tuán)聚而使之充分分散。但使用過熱超聲攪拌時(shí),隨著熱能和機(jī)械能的增加,顆粒碰撞的幾率也增加,反而導(dǎo)致進(jìn)一步的團(tuán)聚。因此,用超聲波分散納米材料存在適的工藝條件。基于此,本文主要研究超聲波對(duì)納米二氧化鈦粉體分散性的影響,并確定了超聲分散條件。

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