미사류 균질기 분쇄 나노 입자 클러스터의 기리 연구

1. 소개

이 글은 마이크로사류균질기 응용전문에 소속되여있으며 전문은 도합 42000자로서 열독하는데 약 20분이 걸린다.

요약

미사류 균질기나노 이산화규소 덩어리를 약 150나노미터의 집합체로 효율적으로 분해할 수 있다.그 파쇄 메커니즘은 주로 침식이며, 최종 세도는 재료 자체에 의해 결정된다. 연구에 따르면 중합 해제를 실현하는 데 필요한 에너지(조작 압력과 처리 횟수로 표현)는 입자 농도나 액체 점도가 증가함에 따라 증가하며, 이 중 점도 상승은 급류를 억제하기 때문에 더 큰 영향을 미친다.이 장비는 고농도의 젤 모양 분산체를 저점도의 뉴턴 유체로 바꿀 정도로 전력 밀도가 높아 강력한 분산 능력을 보여준다.

키워드

미사류 균질기;나노 입자 분산;부서지다끊어지다;소집 해제

2. 전체 프레임

3. 인용문

마이크로 사류 프로세서는 고출력 밀도 설비로서 유액, 부유액, 세포 파쇄 및 나노 재료 합성 등 과정에 광범위하게 응용된다.나노기술의 급속한 발전에 따라 나노입자가 액체에서의 고효률분산 (해단결) 을 실현하는것은 이미 그 상업화응용의 관건적인 절차로 되였다.

그러나 나노 입자의 대규모 생산은 일반적으로 화염 열분해법을 사용하며, 얻은 가루는 초급 입자로 형성된 집합체와 집합체로 구성된다.

일반 교반기를 사용하면 마이크로미터급의 분산 효과를 얻을 수 없기 때문에 로터-정자기, 고압균질기 등 고강도 설비에 의존해야 한다.이 연구는 공정 설계와 증폭의 근거를 제공하기 위해 나노 이산화규소 클러스터를 분해할 때 상업용 마이크로 사류 프로세서의 성능, 메커니즘 및 역학을 체계적으로 평가하기 위한 것이다.

解聚过程可通过剥离、断裂或粉碎三种机制实现，不同破碎机制会导致在处理过程中颗粒粒径分布（PSD）呈现出不同的变化趋势，具体如图 1b 所示 — 분해 과정은 박리, 단열 또는 분쇄 세 가지 메커니즘을 통해 실현될 수 있으며, 서로 다른 분쇄 메커니즘은 처리 과정에서 입자 입경 분포 (PSD) 가 서로 다른 변화 추세를 나타낼 수 있다. 구체적으로 그림 1b와 같다

용어 해석

영어 용어	중국어 번역	정의
분열	파단	단합체가 외력의 작용으로 끊어져 약간의 큰 조각으로 분할되는 과정을 말한다.본고는 이를 침식, 파쇄와 함께 나노 입자 덩어리의 세 가지 주요 파쇄 메커니즘으로 분류하고 서로 다른 메커니즘은 독특한 입경 분포 변화 특징에 대응한다.
침식	침식	유체 절단력을 통해 폴리머 표면에서 미세 입자 (일반적으로 초급 입자 또는 미세 폴리머) 를 지속적으로 분리하는 과정을 말한다.이 연구는 Microfluidizer M110-P 처리 Aerosil이라는 것을 확인했습니다.® 200V 이산화규소 덩어리의주도적 파쇄 메커니즘로터 - 로터 장치 관찰 결과와 일치합니다.
파괴	부서지다	고응력에서 단합체가 순식간에 대량의 입경 분포가 광범위한 파편으로 붕괴되는 것을 말한다.본고는 이를 잠재적인 덩어리 파쇄 메커니즘으로 간주하고 그로 인한 입경 분포 변화 규칙과 단열과 침식에 현저한 차이가 존재한다.
콜모고로프 미크로스케일 (λ)ₖ)	콜모고로프 마이크로스케일	급류 중 가장 작은 소용돌이 척도를 나타내며, 계산 공식은 (람다 ₖ = ν ^ {3/4} / ε ^ {1/4}) 이다.본 연구는 다음과 같이 지적합니다.연속 점도가 높아지면 람다 ₖ가 커진다, 물살의 소용돌이 척도를 크게 하여 나노 클러스터에 대한 파쇄 효율을 약화시킨다.
Reynolds 번호 (Re)	르노 수	유체의 흐름 상태를 판정하는 데 사용되는 무량강수는 본 연구(Re = 4Q_i ρ/(μπ d))로 계산한다.데이터 분석 결과,연속 점도가 증가하면 Re가 크게 감소합니다.(예: 3.8 × 10 × 에서 8.8 × 10² 로 감소) 는 고점도 시스템에서 파쇄 역학이 느려지는 주요 원인인 물살에서 층류로 흐름을 전환합니다.
d₃₂ (Sauter 평균 직경)	소트 평균 지름	면적 가중 평균 알고리즘을 사용하여 과립군이 표면적보다 당량 직경을 나타낸다.이 연구 결과는 작동 조건(압력, 농도, 점도)에 따라Aerosil® 200V 파쇄 후 그 미세한 입자의dØ₂는 약 150nm에서 안정, 이 크기는 기계 파쇄가 도달 할 수있는 한계 (클러스터 크기) 로 인정되며 12 nm의 초급 입경보다 훨씬 큽니다.

4. 기본 절차

프로젝트	콘텐츠
핵심 장치	마이크로 사류 균질기 (Z형 상호작용 챔버, 채널 크기 100 µm)
장치 비교	Silverson 온라인 로터 - 정자기(EMSC 유화 헤드 포함)
작동 압력	35, 69, 103 MPa(즉, 5, 10, 15 kpsi)
분산상	Aerosil® 200V 기상 이산화규소(초급 입경 12nm, 친수)
연속상	증류수(점도 0.001 Pa·s)와 글리세린 용액(점도 0.01, 0.09 Pa·s)
변수 검토	입자 농도 (1, 5, 10, 15, 17% wt.);연속 점도(1% wt.하)
사전 처리	Hielscher UP200S 초음파를 사용하여 초기 분산을 수행하여 차단 방지
표징 방법	입경 분석(Beckman Coulter LS230);형태 관측(FEI XL30 SFEG SEM);흐름 측정(Anton Paar Rheolab QC)

气相二氧化硅⊗200V分散体的形态 — 기상 이산화규소 ⊗200V 분산체의 형태

5. 결과와 토론

전력 입력

펄스 부피법을 통해 35~103 MPa 작동 압력에서 마이크로 사류 균질기의 전력 밀도가 7.8 × 10³ ~ 1.5 × 10 kW/m³ 에 이른다는 것을 계산해 냈는데, 이는 기존 온라인 또는 로트 로터-정자기보다 세 단계 높은 수치로, 나노 클러스터의 고효율 해결을 실현할 수 있는 장비의 핵심 장점은 높은 에너지 입력 강도에 있다는 것을 보여준다.

微射流均质机的功率和比功率输入与在线式和间歇式转子定子所获得的功率和比功率输入的比较 — 마이크로 송류 균질기의 전력 및 비 전력 입력과 온라인 및 간헐적 로터 정자가 얻는 전력 및 비 전력 입력의 비교

1%气相二氧化硅在甘油中的分散体的流动曲线 — 1% 기상 이산화규소가 글리세린 중의 분산체의 유동곡선

분산 매체 유동학

저농도 (1%) Aerosil® 200V 글리세린 분산체 (점도 0.01 및 0.09 Pa·s) 의 유동 행위는 순수 용매와 일치하며 모두 뉴턴 유체로 나타나 저고함량 하의 입자가 공간 네트워크 구조를 형성하지 않았음을 나타낸다.

이에 비해 고농도 (15% 와 17%) 의 수기예분산체는 전형적인 가소성절단희화행위를 보이고있는데 그 류동곡선은 幂律모델 (예를 들면 15% 농도일 때 = 0.033 감마 ̇^0.81, r² = 0.9998) 에 부합되여 립자간에 겔모양의 3차원네트워크가 형성되였음을 실증한다.

가장 중요한 것은 15% 농도 샘플이 한 번에 통과되는 등 마이크로 사류 균질기의 높은 절단 처리를 거친 후, 이 네트워크 구조가 효과적으로 파괴되고, 분산체 유동 행위가 뉴턴 유체로 전환되며, 점도가 약 0.004-0.006 Pa.s로 현저하게 낮아지는데, 이 전환은 설비의 강력한 집합 해제와 구조 파괴 능력을 직관적으로 증명한다.

15%气相二氧化硅在水中的预分散体以及使用微射流处理过程中的流动曲线。 — 15% 의 기상이산화규소는 물속의 예분산체 및 미사류처리과정에서의 류동곡선을 사용한다.

15%和17%的预分散体以及17%气相二氧化硅在水中的最终分散体的流动曲线比较。 — 15% 와 17% 의 예분산체, 17% 의 기상이산화규소가 물속에 있는 최종분산체의 류동곡선을 비교한다.

在35MPa的操作压力下，1%气相二氧化硅在甘油溶液(粘度为0.01Pa秒)中的粒度分布演变 — 35MPa의 작동 압력에서 글리세린 용액 (점도 0.01Pa 초) 에서 1% 의 기상 이산화규소의 입도 분포 변화

미사류 균질기 분쇄 나노 입자 클러스터의 메커니즘

연구는 미사류 균질기 파쇄 나노 입자 클러스터의 주도적 기리가 침식이라는 것을 명확히 밝혀냈다.입경 분포의 변천은 처리 과정에서 비교적 큰 클러스터 크기가 점차 줄어들고, 동시에 마이크로미터 초미세먼지의 비율이 안정적으로 증가하는 것을 보여주는데, 이는 침식 작용의 전형적인 특징이다.이 기리는 저자가 전기에 온라인 로터-정자기를 채용하여 같은 물계를 연구했다는 결론과 일치한다.이는 고출력 밀도의 미사류 균질기에서도분쇄 기리는 주로 재료 자체의 성질(고-액 체계)에 의해 결정되는 것이지, 설비 유형이나 조작 조건이 아니다.처리 후 입경 분포는 항상 쌍봉 특징을 나타내기 때문에, 후속 분석은 미세 입자의 소트 평균 지름과 그 체적 분수의 변화에 초점을 맞춘다.

과립 농도와 출력 입력이 파쇄 동력학에 미치는 종합적인 영향

저농도 조건 (1% 와 5%) 에서는 단 한 번의 미사류 균질기를 통해 클러스터의 해합을 실현할 수 있다.그러나 농도가 10% 이상으로 높아졌을 때 마이크로미터 수준의 분산을 실현하기 위해서는 처리 횟수를 늘리거나 조작 압력 (즉, 전력 입력) 을 높여야 한다.입경분포의 변천특징은 모든 농도에서 파쇄의 주도적기리가 모두 침식이라는것을 한층 더 실증하였다.구체적인 데이터에 따르면 1차 처리는 초미세먼지 점수를 85% 이상 달성할 수 있으며, 조작 조건을 최적화함으로써 최종적으로 100% 의 집결 목표를 달성할 수 있다.이것은 고농도 체계에 대해 에너지 입력을 강화함으로써 그 파쇄 동력학의 둔화를 효과적으로 극복할 수 있다는 것을 증명한다.

随着固体浓度增加，微流控均质机性能的研究结果总结:在不同操作压力下每次通过时细颗粒的百分比 — 고체 농도가 증가함에 따라 미세 흐름 제어 균질기 성능에 대한 연구 결과 요약: 다른 작동 압력에서 통과 할 때마다 미세 입자의 백분율

5%的气相二氧化硅水悬浮液，压力为35兆帕 — 5% 의 기상 이산화규소 물 부유액, 압력은 35메가파스칼

10%的气相二氧化硅水悬浮液，压力为35兆帕 — 10% 의 기상 이산화규소 물 부유액, 압력 은 35 메가파스칼 이다

10%的气相二氧化硅水悬浮液，压力为69兆帕 — 10% 의 기상 이산화규소 물 부유액, 압력 은 69 메가파스칼 이다

随着颗粒浓度增加微射流均质机性能结果总结:实现100%破碎成细粉所需的通过次数 — 입자 농도가 증가함에 따라 미사류 균질기 성능 결과 총결: 100% 를 고운 가루로 분쇄하는 데 필요한 통과 횟수

颗粒浓度和操作压力(功率输入)对破碎动力学的影响 — 입자 농도 및 작동 압력(전력 입력)이 파쇄 동력학에 미치는 영향

在103兆帕下运行的微射流均质机，在0.01帕·秒的甘油中破碎1%气相二氧化硅时粒径分布的演变。 — 103메가파스칼에서 운행하는 마이크로사류균질기는 0.01파스칼초의 글리세린에서 1% 기상이산화규소를 파쇄할 때 립경분포의 변천이다.

분산 매체의 점도와 출력 입력이 파쇄 동력학에 미치는 종합적인 영향

1%의 저입자 농도를 유지해 분산매체 점도를 0.001Pa·s(물)에서 0.01Pa·s(글리세린 용액)로 높인 뒤 35MPa 압력에서 필요한 해중 횟수를 1회에서 3회로 늘렸다.점도가 0.09Pa·s로 더 증가하면 파쇄 과정이 더 지연됩니다.그러나 103 MPa에서 0.09 Pa.s를 처리하는 분산체는 작동 압력 (즉, 전력 입력) 을 높여 고점도로 인한 부정적인 효과를 효과적으로 보상할 수 있습니다.과립농도의 영향보다 점도의 증가는 파쇄동력학에 대한 완화작용이 더욱 격렬한데, 이는 높은 점도가 르노수를 현저하게 낮추고 콜모고로프의 미세척도를 증가시켜 물살의 강도를 억제하기 때문이다.

在不同操作压力下每次通过所获得的细颗粒百分比 — 작동 압력에 따라 매번 통과하는 초미세먼지 백분율

69MPa对0.09Pa·s甘油分散体中1%气相二氧化硅破碎过程的影响。 — 69MPa는 0.09Pa·s 글리세린 분산체 중 1% 가스상 이산화규소 파쇄 과정에 미치는 영향이다.

103MPa对0.09Pa·s甘油分散体中1%气相二氧化硅破碎过程的影响。 — 103MPa는 0.09Pa·s 글리세린 분산체 중 1% 가스상 이산화규소 파쇄 과정에 미치는 영향이다.

实现100%破碎成细粉所需的通过次数 — 100% 가루로 깨뜨리는 데 필요한 통과 횟수 달성

분산 한계 - 얻을 수 있는 최소 입경

조작 압력, 입자 농도 또는 연속 점도가 어떻게 변하든 얻은 초미세먼지의 소트 평균 지름은 150나노미터 정도로 안정되어 있다.이 크기는 표시된 12나노미터 초급 입경보다 훨씬 크다.기계 파쇄의 한계는 초급 입자가 아니라 그 집합체임을 나타낸다。

이 현상은 재료의 생산 공정에서 비롯된다: 화염법은 온도에서 초급 입자를 충돌시키고, 합병하고, 견고한 브리지 키 부분을 녹이고, 견고한 -Si-O-Si-브리지 키 부분을 녹여 기계력에 의해 해체되기 어려운 전체적인 집합체를 형성한다.따라서 최소 최대 치수는 본질적으로 재료 자체의 특성에 의해 결정됩니다.。

장치 성능 비교

미사류 균질기와 온라인 로터-정자기의 성능을 비교하였다.그 결과 두 장비의 주도적 파쇄 메커니즘이 모두 침식되고 최종적으로 도달 할 수있는 초미세먼지 평균 지름도 동일 (약 150 나노미터) 하다는 것이 다시 한번 입증되었습니다.최종 분산 세도는 재료 속성에 의해 결정됩니다..에너지 밀도가 비슷할 때 저점도 유체에서 둘의 파쇄 동력학은 비슷하다;그러나 고점도 조건에서 미세 사류 균질기는 회전자-정자기보다 초미세먼지 생성 속도가 훨씬 높은 뚜렷한 우위를 보이고 있다.이 차이는 마이크로 사류 균질기가 여러 레벨보다 높은 출력 밀도를 제공하여 높은 점도의 난류 억제 작용을 더욱 효과적으로 극복할 수 있기 때문이다.비록 두 설비는 직접 대체관계가 아니라 처리규모가 다름에 따라 (실험실급과 공업급) 하지만 비교결과 미사류균질기가 고점도 나노분산체계를 처리하는 면에서 성능을 뚜렷이 보여주었다.

分散介质粘度和操作压力(功率输入)对破碎动力学的影响 — 분산 매체 점도 및 작동 압력 (전력 입력) 이 파쇄 동력학에 미치는 영향

使用微射流均质机获得的细颗粒的索特平均直径 — 미사류 균질기로 얻은 초미세먼지의 소트 평균 지름

使用微射流均质机和在线转子-定子获得的细颗粒的索特平均直径的比较 — 미사류 균질기와 온라인 로터-정자로 얻은 초미세먼지의 소트 평균 지름 비교

6. 결론

이 연구 시스템은 나노 이산화규소 클러스터를 분해하는 데 사용되는 마이크로 사류 균질기의 성능을 평가하여 다음과 같은 핵심 결론을 얻었습니다.

효율적인 클러스터링 기능: 이 장비는 분해를 효과적으로 실현할 수 있으며, 최대 17% 의 입자 농도와 0.09 Pa.s의 점도 범위 내에서 약 150 나노미터 세도의 분산체를 얻을 수 있습니다.
파쇄 기리와 한계: 파쇄 주도 기리는침식또한 최소 최대 크기는 재료 자체의 속성에 의해 결정되며, 기계력은 화염법으로 형성된 견고한 집합체를 파괴할 수 없다.
주요 작업 매개 변수：

저농도 / 점도주문 통과 시 파쇄 완료.
따라서과립 농도또는연속 접착도증가, 파쇄 동력학 완화, 필요통과 횟수 또는 작동 압력 증가(에너지 입력) 분산을 실현합니다.
점도 증가르노수를 낮추고 물살을 억제함으로써 동력학에 미치는 영향은 농도보다 증가한다더욱 두드러지다。

유동 행위 전환: 장치의 높은 절단력고농도 분산체의 3차원 네트워크 구조를 파괴하다가소성 유체에서 뉴턴 유체로 변환합니다.
장치 성능 이점: 해당전력 밀도고점도 시스템에서의 파쇄 효율온라인 로터보다 우수함 - 로터。

마이크로사류균질기는 나노분산체를 규모적으로 제조하는 강대한 도구로서 그 파쇄기리와 최종세도는 재료에 의해 결정되며 파쇄동력학은 조작매개 변수를 통해 최적화될수 있다.

마이크로 송신 균질 처리 전체 솔루션

마지막 기사:서로 다른 기원 유형에 기초한 원반식 기류 분쇄기 특성 연구

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