Dalam beberapa tahun terakhir, pengembangan material baru telah meningkat pesat di seluruh dunia. Penelitian material bergerak menuju kondisi ekstrem dan kinerja yang lebih tinggi. Di antara material-material baru yang muncul, bubuk ultrahalus telah menarik perhatian yang signifikan.
Penelitian terkini tentang bubuk ultrahalus terutama berfokus pada empat aspek: metode persiapan, struktur mikro, sifat makroskopis, dan aplikasi. Di antara keempat aspek tersebut, teknologi persiapan merupakan faktor yang paling penting.
Terdapat banyak metode untuk menghasilkan bubuk ultrahalus. Berdasarkan keadaan materi yang terlibat, metode-metode tersebut dapat diklasifikasikan menjadi metode fase padat, metode fase cair, dan metode fase gas. Artikel ini memperkenalkan metode-metode utama tersebut. persiapan bubuk ultrahalus teknik dan kemajuan terkini.
Metode Fase Padat
Pemrosesan fase padat adalah metode produksi bubuk tradisional. Metode ini memiliki ciri khas biaya rendah, hasil produksi besar, dan proses yang sederhana. Dengan perkembangan teknologi energi tinggi... penggilingan bola Dan gabungan penggilingan dan klasifikasi jet, Meskipun demikian, metode ini masih banyak digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan kemurnian ultra tinggi dan persyaratan yang ketat. ukuran partikel Kontrol tidak diperlukan. Metode fase padat terutama digunakan untuk menghasilkan bubuk ultrahalus dari bahan yang rapuh.
Penggilingan Mekanis
Penggilingan mekanis mengurangi ukuran partikel melalui gaya mekanis yang diterapkan. Material padat berubah bentuk dan retak di bawah tekanan, menghasilkan partikel yang lebih halus.
Mekanisme penggilingan utama meliputi: kompresi, geser, benturan, dan abrasi.
Batas penggilingan bergantung pada beberapa faktor, seperti:
- Sifat bahan
- Tekanan mekanis yang diterapkan
- Metode penggilingan
- Kondisi proses
- Lingkungan penggilingan
Peralatan penggilingan yang umum meliputi: penggiling jet, penggiling bola, penggiling pengaduk, penggiling aliran udara, dan penggiling koloid.
Rentang Operasi Khas Peralatan Penggilingan Ultrahalus
| Jenis Peralatan | Ukuran Umpan (mm) | Ukuran Produk (μm) | Kekerasan yang Berlaku | Mode Penggilingan |
|---|---|---|---|---|
| Kecepatan tinggi pabrik dampak | < 8 | 3–74 | Sedang / lembut | Kering |
| Pabrik jet | < 2 | 1–30 | Sedang / lembut | Kering |
| Pabrik getaran | < 6 | 1–74 | Keras / sedang / lunak | Kering / basah |
| Penggilingan berpengaduk | < 1 | 1–74 | Keras / sedang / lunak | Kering / basah |
| Pabrik bola | < 10 | 1–100 | Keras / sedang / lunak | Kering / basah |
| Mesin penggiling koloid | < 0,2 | 1–20 | Sedang / lembut | Basah |
Keuntungan:
- Kapasitas produksi besar
- Biaya rendah
- Proses sederhana
- Mekanis-bahan kimia Aktivasi meningkatkan reaktivitas bubuk.
Kekurangan:
- Kemurnian lebih rendah
- Kehalusan terbatas
- Kontrol bentuk partikel yang buruk
Metode ini cocok untuk produksi industri skala besar, seperti mineral pemrosesan mendalam.
Penghancuran Ultrasonik
Penghancuran ultrasonik menggunakan getaran frekuensi tinggi untuk memecah partikel padat. Material biasanya didispersikan dalam media cair, yang paling umum adalah air.
Generator ultrasonik mentransfer energi ke dalam cairan. Ketika energi yang terakumulasi di dalam partikel melebihi energi ikatnya, terjadilah retakan.
Penggilingan ultrasonik hanya efektif untuk partikel yang strukturnya longgar. Metode ini terutama digunakan untuk mendispersikan partikel ultrahalus yang menggumpal dalam cairan. Oleh karena itu, metode ini sering disebut sebagai sistem dispersi ultrasonik dan bukan metode penggilingan yang sebenarnya.
Metode Dekomposisi Termal
Metode ini menghasilkan fase padat baru melalui dekomposisi termal prekursor padat. Reaksi dekomposisi tipikal melibatkan fase padat dan gas. Peralatan dekomposisi termal sederhana. Pemanasan resistansi konvensional sudah cukup. Prosesnya mudah dikendalikan.
Namun, metode ini umumnya terbatas pada bubuk oksida. Partikel yang dihasilkan seringkali kasar atau sangat menggumpal. Penggilingan tambahan biasanya diperlukan untuk mendapatkan bubuk ultrahalus.
Reaksi Padat Suhu Tinggi
Metode ini dimulai dengan mendesain komposisi dan rasio bahan baku. Reaktan umum meliputi oksida, karbonat, dan hidroksida. Bahan-bahan tersebut dicampur secara merata dan ditekan menjadi bentuk padat. Kemudian, bahan tersebut dikalsinasi pada suhu tinggi untuk membentuk fasa yang diinginkan. Produk hasil sinterisasi akhirnya digiling hingga mencapai ukuran partikel yang diinginkan. Metode ini banyak digunakan untuk bubuk keramik elektronik yang kompleks.
Pertimbangan utama meliputi:
- Pemilihan bahan awal sangat memengaruhi kondisi reaksi dan produk yang dihasilkan.
- Urutan reaksi memengaruhi sifat akhir bubuk.
Keuntungan:
- Cocok untuk produksi massal
- Biaya yang relatif rendah
Kekurangan:
- Ukuran partikel sulit dikurangi hingga di bawah 0,5–1 μm.
- Penggilingan mekanis dapat menimbulkan kotoran.
Metode Fase Cair
Metode fase cair menawarkan proses yang fleksibel, pengoperasian yang mudah, dan kontrol ukuran partikel yang presisi. Metode ini memungkinkan kontrol komposisi dan doping yang mudah. Pencampuran dapat terjadi pada tingkat molekuler atau atomik. Serbuk yang dihasilkan menunjukkan aktivitas permukaan yang tinggi. Metode ini banyak digunakan di laboratorium dan industri untuk memproduksi serbuk ultrahalus oksida logam.
Metode Presipitasi
Presipitasi adalah salah satu metode sintesis fase cair yang paling umum.
Garam yang larut bereaksi dalam larutan membentuk senyawa yang tidak larut, seperti:
- Hidroksida
- Karbonat
- Sulfat
- Oksalat
Endapan tersebut kemudian diuraikan dengan pemanasan atau perlakuan langsung untuk mendapatkan produk akhir.
Teknik pengendapan utama meliputi:
- Curah hujan langsung
- Ko-presipitasi
- Curah hujan homogen
- Presipitasi kompleks
- Pengendapan hidrolisis
Keuntungan:
- Proses reaksi sederhana
- Biaya rendah
- Kemudahan penskalaan industri
- Cocok untuk oksida tunggal atau komposit
Kekurangan:
- Penyaringan yang sulit
- Zat pengendap residu sebagai pengotor
- Kerugian produk selama pencucian
Metode Hidrotermal
Metode hidrotermal beroperasi dalam sistem tertutup di bawah suhu dan tekanan tinggi. Reaksi terjadi dalam air, larutan berair, atau uap.
Metode ini menghasilkan bubuk dengan:
- Ukuran partikel kecil
- Kemurnian tinggi
- Dispersi yang baik
- Distribusi ukuran sempit
- Struktur kristal terkontrol
- Aglomerasi minimal
Hal ini dapat menghindari masalah transformasi fasa, dekomposisi, atau penguapan yang terjadi pada suhu tinggi.
Teknik hidrotermal umum meliputi:
Metode hidrolisis oksidasi, pengendapan hidrotermal, sintesis, dehidrasi, dekomposisi, kristalisasi, oksidasi anodik, dan elektroda aktif busur.
Metode ini menunjukkan potensi pengembangan yang kuat.
Metode Mikroemulsi (Misel Terbalik)
Mikroemulsi adalah sistem yang stabil secara termodinamika yang terdiri dari: air, minyak, surfaktan, dan ko-surfaktan. Mikroemulsi W/O bertindak sebagai mikro-reaktor. Mikroemulsi ini membatasi pertumbuhan partikel pada skala nano.
Karena reaksi terjadi dalam inti air yang sangat kecil, pertumbuhan produk reaksi dibatasi oleh jari-jari inti air tersebut. Oleh karena itu, ukuran inti air secara langsung menentukan ukuran partikel bubuk ultrahalus. Dengan memilih surfaktan dan ko-surfaktan yang berbeda, inti air dengan ukuran berbeda dapat terbentuk, sehingga memungkinkan sintesis bubuk ultrahalus dengan ukuran partikel yang berbeda.
Metode ini telah digunakan untuk mensintesis: nano-Fe₂O₃, nano-Al(OH)₃, nano-CdS, dan komposit nano-Fe–B.
Metode Sol–Gel
Metode sol-gel mengubah prekursor organologam atau anorganik menjadi padatan melalui:
larutan → sol → gel → perlakuan panas.
Berdasarkan mekanisme pembentukan gel, hal ini meliputi:
- Jenis sol koloid
- Jenis polimer anorganik
- Tipe kompleks
Metode ini menghasilkan:
- Partikel berbentuk bola
- Distribusi ukuran sempit
- Aglomerasi minimal
- Oksida amorf atau nanokristalin
Hal ini juga menurunkan suhu sintering dan mempercepat kinetika densifikasi.
Metode Penguapan Pelarut
Metode ini menghilangkan pelarut dari larutan. Kejenuhan berlebih menyebabkan pengendapan zat terlarut. Untuk menjaga keseragaman, larutan didispersikan menjadi tetesan-tetesan kecil. Teknik penyemprotan umumnya digunakan.
Varian utama meliputi:
- Pengeringan beku
- Pengeringan semprot
- Pengeringan minyak tanah panas
- Pirolisis semprot
Proses pirolisis semprot:
- Pelarut menguap dari permukaan tetesan
- Tetesan air menyusut volumenya
- Zat terlarut berdifusi menuju pusat.
- Perpindahan panas dari fase gas ke tetesan
- Panas merambat di dalam tetesan
Keuntungan:
- Menghasilkan bubuk berbentuk bulat.
- Kemampuan mengalir yang baik
- Cocok untuk oksida kompleks
- Kemurnian tinggi
Kekurangan:
- Hanya berlaku untuk garam yang larut.
Metode Fase Gas
Metode fase gas membentuk partikel ultrahalus secara langsung dalam fase gas.
Mereka dibagi menjadi:
- Proses fisik (penguapan–kondensasi)
- Proses kimia (reaksi fase gas)
Metode pemanasan meliputi:
pemanasan resistansi, sintesis api, plasma, dan pemanasan laser.
Fitur utama:
- Kemurnian tinggi
- Distribusi ukuran partikel yang sempit
- Dispersi yang sangat baik
- Ukuran partikel sangat kecil
Penguapan–Kondensasi dalam Gas Bertekanan Rendah
Setiap material padat dapat membentuk nanopartikel melalui penguapan dan kondensasi.
Sumber pemanasan dan atmosfer yang berbeda menyebabkan berbagai proses.
Metode pemanasan meliputi:
Pemanasan resistansi, pelepasan busur listrik, plasma, pemanasan induksi, pemanasan laser, dan pemanasan berkas elektron. Metode plasma, induksi, dan laser sangat menjanjikan untuk aplikasi industri.
Deposisi Uap Kimia (CVD)
CVD menggunakan senyawa logam volatil sebagai prekursor. Senyawa-senyawa ini terurai atau bereaksi dalam fase gas untuk membentuk nanopartikel.
Metode ini sangat efektif untuk material dengan titik leleh tinggi.
Berdasarkan mode pemanasan, CVD meliputi:
- CVD Termal
- Penyakit kardiovaskular yang diperburuk oleh plasma
- Laser CVD
Keuntungan:
- Kemurnian sangat tinggi
- Kontrol proses yang presisi
- Kontrol antarmuka tingkat atom
- Komposisi dan struktur kristal yang fleksibel
CVD banyak digunakan dalam mikroelektronika, pelapisan fungsional, dan sintesis partikel ultrahalus.
Metode Sputtering
Dalam proses sputtering, lucutan pijar dihasilkan di antara elektroda. Ion-ion membombardir material target, melepaskan atom-atom. Atom-atom yang terlempar mendingin dan mengembun atau bereaksi membentuk bubuk ultrahalus.
Metode ini dapat menghasilkan:
- Bubuk logam dengan titik leleh tinggi
- Bubuk senyawa
- Serbuk komposit
Keuntungan:
- Distribusi ukuran partikel yang sempit
Kekurangan:
- Hasil produksi sangat rendah
Metode lainnya meliputi sintesis templat, sintesis uap logam, dan kondensasi fase gas.
Kesimpulan
Penelitian tentang pembuatan bubuk ultrahalus berkembang pesat. Teknologi baru terus bermunculan, sementara metode tradisional terus ditingkatkan. Dalam praktiknya, proses dipilih atau dikombinasikan berdasarkan persyaratan bubuk yang diinginkan. Pemilihan material dan optimasi parameter lebih lanjut meningkatkan kinerja bubuk. Dibandingkan dengan negara-negara maju, industri manufaktur bubuk di Tiongkok masih menghadapi tantangan. Isu-isu utama meliputi oksidasi, aglomerasi, dan penyerapan kelembapan. Mengatasi masalah-masalah ini sangat penting untuk mencapai produksi industri bubuk ultrahalus dalam skala besar.
Terima kasih sudah membaca. Semoga artikel saya bermanfaat. Silakan tinggalkan komentar di bawah. Anda juga bisa menghubungi perwakilan pelanggan Zelda online untuk pertanyaan lebih lanjut.
— Diposting oleh Emily Chen