NanopartikelSie haben eine geringe Partikelgröße, eine hohe Oberflächenenergie und neigen zur spontanen Agglomeration. Die Agglomeration beeinflusst die Vorteile von Nanopulvern erheblich. Daher ist die Verbesserung der Dispersion und Stabilität von Nanopulvern in flüssigen Medien ein wichtiges Forschungsthema.
Die Partikeldispersion ist ein in den letzten Jahren neu entwickeltes und aufstrebendes Themengebiet. Unter Partikeldispersion versteht man den Vorgang, Pulverpartikel in einem flüssigen Medium zu trennen und zu dispergieren und sie gleichmäßig in der Flüssigkeitsphase zu verteilen. Dieser Vorgang umfasst im Wesentlichen die drei Schritte Benetzung, Deagglomeration und Stabilisierung der dispergierten Partikel. Unter Benetzung versteht man das langsame Einbringen von Pulver in den im Mischsystem gebildeten Wirbel, sodass an der Pulveroberfläche adsorbierte Luft oder andere Verunreinigungen durch Flüssigkeit ersetzt werden. Unter Deagglomeration versteht man das Dispergieren von Aggregaten größerer Partikelgröße in kleinere Partikel durch mechanische oder Superwachstumsmethoden. Unter Stabilisierung versteht man die Sicherstellung einer langfristig gleichmäßigen Dispersion der Pulverpartikel in der Flüssigkeit. Man unterscheidet physikalische und chemische Dispersion. Die Ultraschalldispersion ist eines der physikalischen Dispersionsverfahren.
UltraschalldispersionMethode: Ultraschall zeichnet sich durch kurze Wellenlänge, nahezu geradlinige Ausbreitung und leichte Energiekonzentration aus. Er kann die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen erhöhen, die Reaktionszeit verkürzen und die Selektivität der Reaktion steigern. Zudem kann er chemische Reaktionen anregen, die ohne Ultraschallwellen nicht ablaufen können. Bei der Ultraschalldispersion wird die zu verarbeitende Partikelsuspension direkt in das Supergenerationsfeld eingebracht und mit Ultraschallwellen geeigneter Frequenz und Leistung behandelt. Es handelt sich um ein hochintensives Dispersionsverfahren. Der Mechanismus der Ultraschalldispersion beruht vermutlich auf Kavitation. Die Ausbreitung der Ultraschallwellen erfolgt über das Medium, wobei sich während der Ausbreitung der Ultraschallwellen im Medium abwechselnd positiver und negativer Druckverhältnisse abwechselt. Das Medium wird unter wechselnden positiven und negativen Drücken zusammengedrückt und gezogen. Werden Ultraschallwellen mit ausreichend großer Amplitude auf das flüssige Medium angewendet, um einen konstanten kritischen Molekülabstand aufrechtzuerhalten, platzt das flüssige Medium und bildet Mikrobläschen, die sich zu Kavitationsbläschen entwickeln. Diese Blasen können sich einerseits im flüssigen Medium wieder auflösen oder aufsteigen und verschwinden; sie können auch in der Resonanzphase des Ultraschallfeldes kollabieren. Die Praxis hat gezeigt, dass es für die Dispersion von Suspensionen eine geeignete Supergenerationsfrequenz gibt, deren Wert von der Partikelgröße der suspendierten Partikel abhängt. Daher empfiehlt es sich, nach einer Supergenerationsphase die Supergeneration für einige Zeit zu unterbrechen und die Supergeneration fortzusetzen, um eine Überhitzung zu vermeiden. Auch die Kühlung mit Luft oder Wasser während der Supergeneration ist eine gute Methode.