实验1000W超声波纳米材料分散器

实验1000W超声波纳米材料分散器​

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近年来,纳米技术发展迅速,席卷了整个科学技术领域,在纺织、化工、生物、医药、国防等行业均成为研究热点。纳米TiO2具有良好的耐候性、耐腐蚀性、较高的化学稳定性、热稳定性、无毒等性能,已广泛应用于涂料、塑料、橡胶和油墨等行业。而其*的颜色效应、光催化作用及紫外线屏蔽等功能,使其在汽车工业、防晒化妆品、废水处理、杀菌、环保等方面倍受青睐[1] 。现今一些白色、浅色皮革涂层在日光和紫外光的照射下极易发生颜色变化,为了适应高档革的发展需求,将纳米TiO2用于皮革涂饰工程,可以显著改善这些问题,提高皮革的附加值[2]。而其中纳米颗粒的团聚分散问题因严重阻碍了纳米TiO2的广泛应用,成为了一个非常棘手而又必须解决的问题[3],分散技术是影响纳米材料性能的关键。纳米TiO2在水溶液中的分散状况直接影响其在纳米电镀、光催化涂料等工业上的实际应用[4] ,因此,在使用前必须解决其团聚问题。 目前,声化学领域的研究非常活跃,声化学在纳米材料中的应用主要是基于超声波的特殊分散性能。超声波是频率在20~106kHz的机械波,其波速一般约为1500m/s,波长为10~0.01cm [5]。超声波的波长远大于分子尺寸,本身不能对分子产生作用,而是通过对分子周围环境的物理作用影响分子,即利用超声空化作用所产生的冲击波所具有的粉碎作用,达到分散微粒的目的。 超声波在介质中的传播过程存在一个随正负压强的交变周期。在正压相位时,超声波对介质分子挤压,改变了介质原来的密度,使其增大;而在负压相位时,使介质分子间的平均距离超过使液体介质保持不变的临界分子距离,这时液体介质就会发生断裂,形成微泡,微泡逐渐长大成为空化气泡。当声压力足够大时,气泡会猛烈崩溃。气泡崩溃时产生高速的微射流、冲击波,同时在极短的时间内,在空化泡周围的极小空间内产生高达4724e以上的高温和100MPa的高压,这些构成了物质进行化学和物理变化的特殊环境。当这种作用发生在固体表面时,冲击波和微射流会清洗或侵蚀固体表面、破碎固体。同时,由于颗粒周围液体所起的强烈混合作用,加速了热和物质传递过程,甚至促进了物质在固体空隙中的扩散 [6,7] 。 因此可用超声波来分散纳米材料,就是利用超声空化时产生的局部高温、高压、强冲击波和微射流等,较大幅度地弱化纳米微粒间的纳米作用能,有效地防止纳米微粒团聚而使之充分分散。但使用过热超声搅拌时,随着热能和机械能的增加,颗粒碰撞的几率也增加,反而导致进一步的团聚。因此,用超声波分散纳米材料存在适的工艺条件。基于此,本文主要研究超声波对纳米二氧化钛粉体分散性的影响,并确定了超声分散条件。

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