Son yıllarda, dünya çapında yeni malzeme geliştirme çalışmaları hız kazandı. Malzeme araştırmaları, uç durumlara ve daha yüksek performansa doğru ilerliyor. Yeni ortaya çıkan malzemeler arasında, ultra ince tozlar önemli bir ilgi çekiyor.
Ultra ince tozlar üzerine yapılan güncel araştırmalar esas olarak dört yönü ele almaktadır: hazırlama yöntemleri, mikro yapı, makroskopik özellikler ve uygulamalar. Bunlar arasında hazırlama teknolojisi en kritik faktördür.
Ultra ince tozların üretimi için birçok yöntem mevcuttur. Kullanılan maddenin haline bağlı olarak katı faz yöntemleri, sıvı faz yöntemleri ve gaz faz yöntemleri olarak sınıflandırılabilirler. Bu makale, başlıca yöntemleri tanıtmaktadır. ultra ince toz hazırlama Teknikler ve son gelişmeler.
Katı Faz Yöntemleri
Katı faz işleme, geleneksel bir toz üretim yöntemidir. Düşük maliyet, yüksek verim ve basit süreçler gibi özelliklere sahiptir. Yüksek enerjili teknolojilerin gelişmesiyle birlikte... bilyalı değirmen Ve birleşik jet taşlama ve sınıflandırma, Bu yöntem, ultra yüksek saflık ve sıkı koşulların gerekli olduğu uygulamalarda hala yaygın olarak kullanılmaktadır. parçacık boyutu Kontrol gerekli değildir. Katı faz yöntemleri esas olarak kırılgan malzemelerin ultra ince tozlarının üretimi için kullanılır.
Mekanik Taşlama
Mekanik öğütme, uygulanan mekanik kuvvetler yoluyla parçacık boyutunu küçültür. Katı malzemeler, gerilim altında deforme olur ve kırılır, böylece daha ince parçacıklar oluşur.
Başlıca taşlama mekanizmaları şunlardır: sıkıştırma, kesme, darbe ve aşındırma.
Öğütme limiti, aşağıdakiler gibi birçok faktöre bağlıdır:
- Malzeme özellikleri
- Uygulanan mekanik gerilim
- Öğütme yöntemi
- Proses koşulları
- Öğütme ortamı
Tipik taşlama ekipmanları şunlardır: jet değirmenleri, bilyalı değirmenler, karıştırmalı değirmenler, hava akışlı değirmenler ve kolloid değirmenleri.
Ultra ince öğütme ekipmanlarının tipik çalışma aralıkları
| Ekipman Türü | Besleme Boyutu (mm) | Ürün Boyutu (μm) | Uygulanabilir Sertlik | Öğütme Modu |
|---|---|---|---|---|
| Yüksek hızlı darbeli değirmen | < 8 | 3–74 | Orta / yumuşak | Kuru |
| Jet değirmeni | < 2 | 1–30 | Orta / yumuşak | Kuru |
| Titreşim değirmeni | < 6 | 1–74 | Sert / orta / yumuşak | Kuru / ıslak |
| Karıştırıcılı değirmen | < 1 | 1–74 | Sert / orta / yumuşak | Kuru / ıslak |
| Bilyalı değirmen | < 10 | 1–100 | Sert / orta / yumuşak | Kuru / ıslak |
| Kolloid değirmeni | < 0.2 | 1–20 | Orta / yumuşak | Islak |
Avantajları:
- Büyük üretim kapasitesi
- Düşük maliyet
- Basit işlem
- Mekanik-kimyasal Aktivasyon, tozun reaktivitesini artırır.
Dezavantajları:
- Daha düşük saflık
- Sınırlı incelik
- Zayıf parçacık şekli kontrolü
Bu yöntem, aşağıdakiler gibi büyük ölçekli endüstriyel üretim için uygundur: mineral Derinlemesine işleme.
Ultrasonik Tozlaştırma
Ultrasonik öğütme, katı parçacıkları kırmak için yüksek frekanslı titreşim kullanır. Malzeme genellikle sıvı bir ortamda, en yaygın olarak suda dağıtılır.
Ultrasonik bir jeneratör sıvıya enerji aktarır. Parçacıkların içindeki birikmiş enerji, bağlanma enerjilerini aştığında kırılma meydana gelir.
Ultrasonik öğütme yalnızca gevşek yapılı parçacıklar için etkilidir. Esas olarak sıvılar içindeki kümelenmiş ultra ince parçacıkları dağıtmak için kullanılır. Bu nedenle, gerçek bir öğütme yöntemi yerine genellikle ultrasonik dağıtım sistemi olarak adlandırılır.
Termal Bozunma Yöntemi
Bu yöntem, katı öncüllerin termal ayrışması yoluyla yeni katı fazlar üretir. Tipik ayrışma reaksiyonları katı ve gaz fazlarını içerir. Termal ayrışma ekipmanı basittir. Geleneksel dirençli ısıtma yeterlidir. İşlemin kontrolü kolaydır.
Ancak bu yöntem genellikle oksit tozlarıyla sınırlıdır. Elde edilen parçacıklar genellikle iri taneli veya aşırı derecede kümelenmiş olur. Ultra ince tozlar elde etmek için genellikle ek öğütme gereklidir.
Yüksek Sıcaklıkta Katı Hal Reaksiyonu
Bu yöntem, ham maddelerin bileşimini ve oranını tasarlayarak başlar. Yaygın reaktifler arasında oksitler, karbonatlar ve hidroksitler bulunur. Malzemeler homojen bir şekilde karıştırılır ve sıkıştırılarak kompakt hale getirilir. Daha sonra istenen fazı oluşturmak için yüksek sıcaklıkta kalsine edilirler. Sinterlenmiş ürün son olarak hedef parçacık boyutuna öğütülür. Bu yöntem, karmaşık elektronik seramik tozları için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Dikkate alınması gereken başlıca hususlar şunlardır:
- Başlangıç maddelerinin seçimi, reaksiyon koşullarını ve ürünlerini büyük ölçüde etkiler.
- Reaksiyon sırası, nihai tozun özelliklerini etkiler.
Avantajları:
- Seri üretime uygundur.
- Nispeten düşük maliyet
Dezavantajları:
- Parçacık boyutunu 0,5–1 μm'nin altına düşürmek zordur.
- Mekanik öğütme, safsızlıkların ortaya çıkmasına neden olabilir.
Sıvı Faz Yöntemleri
Sıvı faz yöntemleri, esnek işlemler, kolay kullanım ve hassas parçacık boyutu kontrolü sunar. Bileşim kontrolüne ve kolay katkılamaya olanak tanırlar. Karıştırma moleküler veya atomik düzeyde gerçekleşebilir. Elde edilen tozlar yüksek yüzey aktivitesi gösterir. Bu yöntemler, metal oksit ultra ince tozların üretimi için laboratuvarlarda ve endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yağış Yöntemi
Çökeltme, en yaygın sıvı faz sentez yöntemlerinden biridir.
Çözünebilir tuzlar çözeltide tepkimeye girerek çözünmeyen bileşikler oluştururlar, bunlar şunlardır:
- Hidroksitler
- Karbonatlar
- Sülfatlar
- Oksalatlar
Daha sonra çökelen madde ısıtma veya doğrudan işlem yoluyla ayrıştırılarak nihai ürün elde edilir.
Başlıca yağış teknikleri şunlardır:
- Doğrudan yağış
- Birlikte çökelme
- Homojen çökelme
- Karmaşık çökelme
- Hidroliz çökelmesi
Avantajları:
- Basit reaksiyon süreci
- Düşük maliyet
- Kolay endüstriyel ölçeklendirme
- Tekli veya kompozit oksitler için uygundur.
Dezavantajları:
- Zorlu filtreleme
- Kalıntı halindeki çökelme maddeleri safsızlık olarak
- Yıkama sırasında ürün kaybı
Hidrotermal Yöntem
Hidrotermal yöntem, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında kapalı bir sistemde çalışır. Reaksiyonlar su, sulu çözeltiler veya buhar içinde gerçekleşir.
Bu yöntemle elde edilen tozların içeriği şu şekildedir:
- Küçük parçacık boyutu
- Yüksek saflıkta
- İyi dağılım
- Dar boyut dağılımı
- Kontrollü kristal yapı
- Minimal kümelenme
Yüksek sıcaklıklarda görülen faz dönüşümü, ayrışma veya buharlaşma sorunlarını önleyebilir.
Yaygın hidrotermal teknikler şunlardır:
Hidroliz oksidasyonu, hidrotermal çökelme, sentez, dehidrasyon, ayrışma, kristalizasyon, anodik oksidasyon ve ark aktif elektrot yöntemleri.
Bu yöntem güçlü bir gelişim potansiyeli göstermektedir.
Mikroemülsiyon (Ters Misel) Yöntemi
Mikroemülsiyonlar, su, yağ, yüzey aktif maddeler ve yardımcı yüzey aktif maddelerden oluşan termodinamik olarak kararlı sistemlerdir. Su/yağ mikroemülsiyonları mikro reaktörler gibi davranır ve nano ölçekte parçacık büyümesini kısıtlar.
Reaksiyon çok küçük su çekirdeklerinde gerçekleştiğinden, reaksiyon ürünlerinin büyümesi su çekirdeklerinin yarıçapı ile sınırlıdır. Bu nedenle, su çekirdeklerinin boyutu, ultra ince toz parçacıklarının boyutunu doğrudan belirler. Farklı yüzey aktif maddeler ve yardımcı yüzey aktif maddeler seçilerek, farklı boyutlarda su çekirdekleri oluşturulur ve böylece farklı parçacık boyutlarına sahip ultra ince tozların sentezlenmesi mümkün olur.
Bu yöntem, nano-Fe₂O₃, nano-Al(OH)₃, nano-CdS ve nano-Fe–B kompozitlerinin sentezlenmesinde kullanılmıştır.
Sol-Jel Yöntemi
Sol-jel yöntemi, metal-organik veya inorganik öncülleri aşağıdaki yollarla katı hale dönüştürür:
Çözelti → sol → jel → ısı işlemi.
Jel oluşum mekanizmalarına bağlı olarak, şunları içerir:
- Kolloidal sol tipi
- İnorganik polimer tipi
- Karmaşık tip
Bu yöntem şu sonuçları üretir:
- Küresel parçacıklar
- Dar boyut dağılımı
- Minimal kümelenme
- Amorf veya nanokristalin oksitler
Aynı zamanda sinterleme sıcaklığını düşürür ve yoğunlaşma kinetiğini hızlandırır.
Çözücü Buharlaştırma Yöntemi
Bu yöntem, çözeltiden çözücüyü uzaklaştırır. Aşırı doygunluk, çözünen maddenin çökelmesine neden olur. Homojenliği sağlamak için çözeltiler ince damlacıklara dağıtılır. Genellikle püskürtme teknikleri kullanılır.
Başlıca varyantlar şunlardır:
- Dondurarak kurutma
- Sprey kurutma
- Sıcak gazyağı ile kurutma
- Sprey piroliz
Sprey piroliz işlemi:
- Çözücü, damlacık yüzeylerinden buharlaşır.
- Damlacıklar hacim olarak küçülür.
- Çözünen madde merkeze doğru yayılır.
- Isı, gaz fazından damlacıklara aktarılır.
- Isı damlacıkların içinde iletilir.
Avantajları:
- Küresel tozlar üretir.
- İyi akışkanlık
- Karmaşık oksitler için uygundur.
- Yüksek saflıkta
Dezavantajları:
- Sadece çözünebilen tuzlar için geçerlidir.
Gaz Fazı Yöntemleri
Gaz fazı yöntemleri, ultra ince parçacıkları doğrudan gaz fazında oluşturur.
Bunlar şu şekilde ayrılır:
- Fiziksel süreçler (buharlaşma-yoğuşma)
- Kimyasal süreçler (gaz fazı reaksiyonları)
Isıtma yöntemleri şunlardır:
Dirençli ısıtma, alev sentezi, plazma ve lazerle ısıtma.
Başlıca özellikler:
- Yüksek saflıkta
- Dar parçacık boyutu dağılımı
- Mükemmel dağılım
- Çok küçük parçacık boyutu
Düşük Basınçlı Gazda Buharlaşma-Yoğuşma
Herhangi bir katı madde, buharlaşma ve yoğunlaşma yoluyla nanopartiküller oluşturabilir.
Farklı ısı kaynakları ve atmosferler çeşitli süreçlere yol açar.
Isıtma yöntemleri şunlardır:
Dirençli ısıtma, ark deşarjı, plazma, indüksiyonlu ısıtma, lazerle ısıtma ve elektron ışınıyla ısıtma. Plazma, indüksiyon ve lazer yöntemleri özellikle endüstriyel uygulamalar için umut vadeden yöntemlerdir.
Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD)
CVD yöntemi, öncü madde olarak uçucu metal bileşikleri kullanır. Bu bileşikler gaz fazında ayrışarak veya reaksiyona girerek nanopartiküller oluşturur.
Yüksek erime noktasına sahip malzemeler için son derece etkilidir.
Isıtma moduna bağlı olarak, CVD şunları içerir:
- Termal CVD
- Plazma destekli kardiyovasküler hastalık
- Lazer CVD
Avantajları:
- Son derece yüksek saflık
- Hassas süreç kontrolü
- Atom düzeyinde arayüz kontrolü
- Esnek bileşim ve kristal yapı
CVD, mikroelektronik, fonksiyonel kaplamalar ve ultra ince parçacık sentezinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Püskürtme Yöntemi
Püskürtme işleminde, elektrotlar arasında bir parıltılı deşarj oluşturulur. İyonlar hedef malzemeyi bombardıman ederek atomları dışarı atar. Püskürtülen atomlar soğur ve yoğunlaşır veya reaksiyona girerek ultra ince tozlar oluşturur.
Bu yöntem şunları üretebilir:
- Yüksek erime noktalı metal tozları
- Bileşik tozlar
- Kompozit tozlar
Avantajları:
- Dar parçacık boyutu dağılımı
Dezavantajları:
- Üretim verimi çok düşük.
Diğer yöntemler arasında şablon sentezi, metal buharı sentezi ve gaz fazı yoğunlaşması yer almaktadır.
Çözüm
Ultra ince toz hazırlama üzerine yapılan araştırmalar hızla artmaktadır. Yeni teknolojiler ortaya çıkmaya devam ederken, geleneksel yöntemler de sürekli olarak geliştirilmektedir. Uygulamada, süreçler hedef toz gereksinimlerine göre seçilir veya birleştirilir. Malzeme seçimi ve parametre optimizasyonu, toz performansını daha da iyileştirir. Gelişmiş ülkelerle karşılaştırıldığında, Çin'in toz üretim endüstrisi hala zorluklarla karşı karşıyadır. Başlıca sorunlar arasında oksidasyon, topaklanma ve nem emilimi yer almaktadır. Bu sorunların çözülmesi, ultra ince tozların büyük ölçekli endüstriyel üretimini sağlamak için elzemdir.
"Okuduğunuz için teşekkürler. Umarım makalem yardımcı olur. Lütfen aşağıya yorum bırakın. Daha fazla bilgi için Zelda online müşteri temsilcisiyle de iletişime geçebilirsiniz."
— Gönderen Emily Chen