התפקיד של ההומגנייזר האולטראסוני בפיזור הננו-סיליקה

השפעת הפיזור של הומוגגניזרים קוליים מבוססת בעיקר על "אפקט הקוויטציה האולטרה-סונית", אשר, בשילוב עם גזירה מכנית והפרעה בזרימה אקוסטית, משיגה עידון ופיזור חלקיקים. ניתן לחלק את מנגנון הליבה שלו לשלושה שלבים: ראשית, המחולל האולטראסוני מייצר גלי קול-תדר גבוה של 15kHz-1MHz, אשר מועברים למדיום הפיזור באמצעות שנאי משרעת קולי (ראש משדר). שנית, כאשר גלי הקול מתפשטים בתווך הנוזלי, נוצרים לסירוגין אזורי לחץ גבוה- ולחץ נמוך-. באזור{10}}הלחץ הנמוך, הנוזל נמתח ליצירת מספר רב של בועות ואקום זעירות (בועות קוויטציה). הבועות הללו מתרחבות במהירות ומתמוטטות באלימות תחת הלחץ של אזור הלחץ הגבוה-. לבסוף, ברגע של התמוטטות הבועות, נוצרים גלי הלם עם לחצים של עד אלפי אטמוספרות,- מיקרו-סילונים מהירים (מהירויות של עד 100 מטר לשנייה) וטמפרטורות קיצוניות מקומיות (עד 5000K) באזור מקומי קטן מאוד. אנרגיות אלו פועלות יחד כדי לפרק ולפזר באופן אחיד את אגרגטי הננו-סיליקה במדיום. בהשוואה לערבול מכני, החלקיקים נתונים לכוח פגיעה מכני פחות, נוטים פחות להיות שטוחים ויכולים להשיג מערכת פיזור עם חלוקת גודל חלקיקים מחודדת.

אגרגטים של ננו-סיליקה מסווגים לצברים רכים (הנוצרים על ידי כוחות חלשים כגון כוחות ואן דר ואלס וקשרי מימן) ואגרגטים קשים (הנוצרים על ידי קשרים כימיים בין חלקיקים). שיטות מסורתיות כגון ערבוב מכני וצנטריפוגה- במהירות גבוהה קשות לפירוק מוחלט של אגרגטים קשים והן נוטות להצטברות משנית. אפקט הקוויטציה וסילוני המיקרו הנוצרים על-ידי הומוגגניזרים קוליים יכולים לפעול במדויק על הפערים הפנימיים של אגרגטים, ולקרוע את מבנה האגרגט מבפנים כמו "פטיש מיניאטורי". ניתן לפרק ביעילות אגרגטים רכים וקשים לחלקיקי ננו-סיליקה בודדים או אגרגטים קטנים בגודל- (בדרך כלל מפוזרים לרמת גודל החלקיקים המקורית). לדוגמה, בפיזור של ננו-סיליקה בתמיסה מימית, לאחר הומוגזציה קולית, ניתן לפזר את החלקיקים שנאגרו במקור לתוך מערכת חד-מפוזרת עם גודל חלקיקים אחיד. זיהוי מנתח גודל חלקיקים בלייזר מראה שניתן לצמצם משמעותית את התפלגות גודל החלקיקים, וניתן להפחית את מדד הפיזור הפולידי (PDI) מתחת ל-0.2, תוך ניצול מלא של יתרון שטח הפנים הספציפי של ננו-חלקיקים. בינתיים, ההומוגגנייזר האולטראסוני יכול להתאים פרמטרים כגון הספק פלט ומשרעת בהתאם למאפייני הדגימה, תוך התאמה לצרכי הפיזור של ננו-סיליקה בריכוזים שונים ובאמצעי תקשורת שונים. בין אם מדובר בדגימת מבחנה קטנה במעבדה ובין אם מדובר במתרחת-בצמיגות גבוהה בייצור תעשייתי, היא יכולה להשיג פיזור יעיל.

אפקט הפיזור של ננו-סיליקה קובע ישירות את מידת השפעות הננו- וערך היישום שלו. הומוגניזרים אולטרא-קוליים, עם מנגנון העבודה הייחודי שלהם המבוסס על קוויטציה, ממלאים תפקיד מכריע בפירוק אגרטלים, בלימת אגלומרציה משנית, אופטימיזציה של אחידות הפיזור, וסיוע בשינוי פני השטח, מה שהופך אותם לציוד מפתח הכרחי בתהליך פיזור הסיליקה הננו-. היעילות הגבוהה, חיסכון באנרגיה, פעולתם ללא זיהום- ויכולת ההסתגלות החזקה שלהם הובילו ליישומם הנרחב בחומרים מרוכבים, ציפויים, מלט, ביו-רפואה ותחומים אחרים, ולמעשה מקדמים את הפיתוח של תעשיית הננו-סיליקה.