ナノ-シリカの分散における超音波ホモジナイザーの役割

超音波ホモジナイザーの分散効果は主に「超音波キャビテーション効果」に基づいており、機械的せん断と音響的な流れの乱れと組み合わせて粒子の微細化と分散を実現します。その中心的なメカニズムは 3 つの段階に分けることができます。まず、超音波発生器が 15kHz-1MHz の高周波音波を生成します。この音波は超音波振幅変成器 (送信ヘッド) を介して分散媒に送信されます。第二に、音波が液体媒体中を伝播するにつれて、高圧ゾーンと低圧ゾーンが交互に形成されます。-低圧ゾーンでは、液体が引き伸ばされて多数の小さな真空気泡 (キャビテーション泡) が形成されます。これらの泡は急速に膨張し、高圧ゾーンの圧力によって激しく崩壊します。-最後に、バブル崩壊の瞬間に、最大数千気圧の圧力を伴う衝撃波、高速マイクロジェット（最大速度 100m/s）、および局所的な極端な温度（最大 5000K）が非常に狭い局所領域で生成されます。これらのエネルギーが協働して、媒体中のナノシリカ凝集体を破壊し、均一に分散させます。機械的に撹拌する場合に比べて、粒子に加わる機械的衝撃力が小さく、偏平になりにくく、粒度分布が尖った分散系が得られます。

ナノ-シリカ凝集体は、軟凝集体（ファンデルワールス力や水素結合などの弱い力によって形成される）と硬質凝集体（粒子間の化学結合によって形成される）に分類されます。機械的撹拌や高速遠心分離などの従来の方法では、硬い凝集物を完全に分解するのが難しく、二次凝集が発生しやすいです。超音波ホモジナイザーによって発生するキャビテーション効果とマイクロジェットは、骨材の内部隙間に正確に作用し、「小型ハンマー」のように骨材構造を内側から引き裂きます。柔らかい骨材と硬い骨材は両方とも、個々のナノ-シリカ粒子または小さなサイズの骨材（通常は元の粒径レベルまで分散）に効率的に分解できます。-たとえば、水溶液中のナノ-シリカの分散では、超音波均質化の後、元は凝集していた粒子を均一な粒径を持つ単分散系に分散させることができます。レーザー粒度分析装置の検出により、ナノ粒子の比表面積の利点を最大限に活用して、粒度分布を大幅に狭くでき、多分散指数 (PDI) を 0.2 未満に低減できることがわかります。一方、超音波ホモジナイザーは、サンプルの特性に応じて出力や振幅などのパラメータを調整し、さまざまな濃度や媒体のナノ-シリカの分散ニーズに適応します。研究室の小さな試験管サンプルであっても、工業生産における高粘度のスラリーであっても、効率的な分散を実現できます。-

ナノ-シリカの分散効果は、そのナノ-効果の程度と応用価値を直接決定します。超音波ホモジナイザーは、キャビテーションに基づいた独自の作動機構を備えており、凝集体の破壊、二次凝集の抑制、分散均一性の最適化、表面改質の補助において重要な役割を果たしており、ナノ-シリカの分散プロセスにおいて不可欠な重要な機器となっています。ナノシリカの高効率、省エネ、無公害操作、優れた適応性により、複合材料、コーティング、セメント、生物医学、その他の分野で広く応用され、ナノシリカ産業の発展を効果的に促進しています。-