Le rôle de l'homogénéisateur à ultrasons dans la dispersion de la nano-silice

L'effet de dispersion des homogénéisateurs ultrasoniques repose principalement sur « l'effet de cavitation ultrasonique » qui, associé au cisaillement mécanique et à la perturbation acoustique du flux, permet d'affiner et de disperser les particules. Son mécanisme de base peut être divisé en trois étapes : Premièrement, le générateur d'ultrasons produit des ondes sonores à haute fréquence-de 15 kHz-1 MHz, qui sont transmises au milieu de dispersion via un transformateur d'amplitude ultrasonique (tête émettrice). Deuxièmement, à mesure que les ondes sonores se propagent dans le milieu liquide, des zones alternées de haute-pression et de basse-pression se forment. Dans la zone de basse-pression, le liquide est étiré pour former un grand nombre de minuscules bulles de vide (bulles de cavitation). Ces bulles se dilatent rapidement et s'effondrent violemment sous la pression de la zone de haute pression. Enfin, au moment de l'effondrement de la bulle, des ondes de choc avec des pressions allant jusqu'à des milliers d'atmosphères, des microjets à grande vitesse (vitesses allant jusqu'à 100 m/s) et des températures extrêmes locales (jusqu'à 5 000 K) sont générés dans une très petite zone locale. Ces énergies travaillent ensemble pour briser et disperser uniformément les agrégats de nano-silice dans le milieu. Par rapport à l'agitation mécanique, les particules sont soumises à une force d'impact mécanique moindre, sont moins susceptibles de devenir plates et peuvent obtenir un système de dispersion avec une distribution granulométrique pointue.

Les agrégats de nano-silice sont classés en agrégats mous (formés par des forces faibles telles que les forces de Van der Waals et les liaisons hydrogène) et en agrégats durs (formés par des liaisons chimiques entre les particules). Les méthodes traditionnelles telles que l'agitation mécanique et la centrifugation à grande vitesse-sont difficiles à décomposer complètement les agrégats durs et sont sujettes à une agglomération secondaire. L'effet de cavitation et les microjets générés par les homogénéisateurs à ultrasons peuvent agir avec précision sur les interstices internes des granulats, déchirant la structure des granulats de l'intérieur comme un « marteau miniature ». Les agrégats mous et durs peuvent être efficacement décomposés en particules de nano-silice individuelles ou en agrégats-de petite taille (généralement dispersés au niveau de taille des particules d'origine). Par exemple, dans la dispersion de nano-silice en solution aqueuse, après homogénéisation par ultrasons, les particules initialement agglomérées peuvent être dispersées dans un système monodispersé de granulométrie uniforme. La détection par analyseur granulométrique laser montre que la distribution granulométrique peut être considérablement réduite et que l'indice de polydispersité (PDI) peut être réduit en dessous de 0,2, en utilisant pleinement l'avantage de la surface spécifique des nanoparticules. Pendant ce temps, l'homogénéisateur ultrasonique peut ajuster des paramètres tels que la puissance de sortie et l'amplitude en fonction des caractéristiques de l'échantillon, en s'adaptant aux besoins de dispersion de la nano-silice de différentes concentrations et milieux. Qu'il s'agisse d'un petit échantillon de tube à essai en laboratoire ou d'une suspension à haute viscosité dans la production industrielle, il peut obtenir une dispersion efficace.

L'effet de dispersion de la nano-silice détermine directement l'étendue de ses nano-effets et sa valeur d'application. Les homogénéisateurs à ultrasons, avec leur mécanisme de travail unique basé sur la cavitation, jouent un rôle crucial dans la rupture des agglomérats, l'inhibition de l'agglomération secondaire, l'optimisation de l'uniformité de la dispersion et l'assistance à la modification de la surface, ce qui en fait un équipement clé indispensable dans le processus de dispersion de la nano-silice. Leur haute efficacité, leurs économies d'énergie, leur fonctionnement sans pollution-et leur forte adaptabilité ont conduit à leur application généralisée dans les matériaux composites, les revêtements, le ciment, la biomédecine et d'autres domaines, favorisant efficacement le développement de l'industrie de la nano-silice.