Ultraschall-Sprühpyrolyse für die Herstellung von Nanomaterialien

Ultraschall-Sprühpyrolyse für die Herstellung von Nanomaterialien – Cheersonic

Derzeit besteht ein Bedarf an einer großmaßstäblichen Produktion von Nanopartikeln, die in der Lage sind, die steigenden Mengen an Nanopartikeln aufzunehmen, die für fortgeschrittene Anwendungen erforderlich sind. Technologien zur Erzeugung von Nanopartikelpulvern und -suspensionen existieren seit mehreren Jahrzehnten und werden kontinuierlich verbessert, während auch neue Ansätze untersucht werden. Ein potenziell zuverlässiges Verfahren für die großtechnische Synthese von Nanopartikeln ist das Ultraschall-Sprühpyrolyseverfahren. Dieses Verfahren gilt als relativ kostengünstig und lässt sich leicht vom Labor auf industrielles Niveau skalieren. Mehrere verschiedene Arten von Nanopartikeln und -strukturen können auch durch Ultraschall-Sprühpyrolyseverfahren hergestellt werden, wie z. B. feste oder hohle Nanopartikel, Kern-Schale- und Kugel-in-Kugel-Strukturen usw.

Ultraschall-Sprühsysteme sind die effizientesten unter anderen Arten von Zerstäubern für die Herstellung von Nanomaterialien, wie z. B. pneumatische und elektrostatische, und sind gleichzeitig erschwinglich und haben eine niedrige Tröpfchengeschwindigkeit. Pneumatische Vernebler erzeugen Tröpfchen, indem sie eine unter Druck stehende Flüssigkeit expandieren. Diese Vernebler haben einen hohen Tröpfchenausstoß mit großen Größen um ≈50 µm, und die Tröpfchengröße und Größenverteilung sind schwer zu kontrollieren. Elektrostatische Vernebler verwenden ein elektrostatisches Feld, um Tröpfchen aus einer Flüssigkeit zu extrahieren. Sie haben eine geringe Produktivität und können nur für leitfähige Flüssigkeiten verwendet werden. Ultraschallvernebler erzeugen Tröpfchen in einer engen Größenverteilung von weniger als 10 µm mit akzeptabler Produktivität. Ultraschall-Sprühdüsen erzeugen stabilere und gleichmäßigere Tröpfchen, können jedoch keine so kleinen Tröpfchen wie Ultraschallvernebler erzeugen. Als solche haben Ultraschallvernebler gute Eigenschaften hinsichtlich ihrer Tröpfchenabgabe und werden häufig in Sprühpyrolyseprozessen verwendet.

Die Ultraschall-Sprühpyrolyse kombiniert den Ultraschall, der zum Dispergieren der Vorläuferlösung in Tröpfchen verwendet wird, und die chemische Zersetzung des gelösten Materials in den Tröpfchen bei erhöhten Temperaturen, was zur Bildung eines feinen Pulvers führt. Im Ultraschall-Sprühpyrolyse-Reaktor erfolgt zunächst die Verdampfung von Lösungsmittel aus Tröpfchen, in der nächsten Stufe wird das verbleibende Lösungsmittel in den trockenen Tröpfchen chemisch durch Pyrolyse zersetzt und in der letzten Stufe werden durch den Sinterprozess feine Partikel gewonnen. Der Vorteil des Ultraschall-Sprühpyrolyse-Verfahrens liegt in der Einfachheit des Aufbaus einzelner Prozessabschnitte und der Änderung ihrer Konfiguration, der kontinuierlichen Synthese von Nanomaterialien und der Möglichkeit, Nanopartikel aus verschiedenen Rohstoffen zu synthetisieren.