Kaj je ultrazvočno razplinjevanje?

Ultrazvočno razplinjevanje v bistvu izkorišča "učinek kavitacije", ki nastane, ko se ultrazvočni valovi širijo skozi tekočino, da odstranijo, združijo in izločijo pline iz tekočine. Njegov glavni proces lahko razdelimo na tri ključne faze:

 

Prva faza je nastanek kavitacijskih mehurčkov. Ko ultrazvočni valovi (običajno med 20kHz in 1MHz) delujejo na tekočino, molekule tekočine močno vibrirajo pod periodičnimi spremembami tlaka zvočnih valov. V fazi negativnega tlaka zvočnih valov se drobne pore v tekočini (kot so grozdi raztopljenih plinskih molekul ali vrzeli na površini drobnih nečistoč) hitro razširijo in tvorijo številne drobne mehurčke ali "kavitacijske mehurčke". V fazi pozitivnega tlaka se ti kavitacijski mehurčki hitro stisnejo.

 

Druga stopnja je rast in spajanje mehurčkov. Pod neprekinjenim delovanjem ultrazvočnih valov kavitacijski mehurčki nenehno absorbirajo raztopljene pline iz okoliške tekočine. Hkrati se sosednji majhni mehurčki pod vplivom zvočnih valov trčijo in združujejo ter postopoma tvorijo večje mehurčke. Med tem postopkom plin, raztopljen v tekočini, neprekinjeno prehaja iz tekoče faze v plinasto fazo, pri čemer se izvede transformacija iz "raztopljenega plina" v "prosti plin".

 

Tretja stopnja je dvig in izgon mehurčkov. Ko se prostornina mehurčka povečuje, njegov vzgon postopoma presega viskozni upor tekočine, kar povzroči, da se mehurček hitro dvigne na površino tekočine, sčasoma poči in sprosti svoj notranji plin, s čimer se zaključi postopek razplinjevanja. Poleg tega lahko ultrazvočne vibracije pospešijo konvekcijo tekočine, dodatno spodbujajo migracijo mehurčkov in agregacijo ter izboljšajo učinkovitost odplinjevanja.

Glavna področja uporabe tehnologije ultrazvočnega odplinjevanja

 

1. Elektronska in polprevodniška industrija

Pri proizvodnji polprevodniških čipov in proizvodnji LCD plošč lahko drobni zračni mehurčki v ključnih kemikalijah, kot so fotorezist, raztopina za jedkanje in razvijalec, povzročijo napake v fotolitografskih vzorcih in neenakomerno jedkanje, kar resno vpliva na izkoristek izdelka. Ultrazvočno razplinjevanje lahko hitro odstrani raztopljene pline in zračne mehurčke iz teh kemikalij pri sobni temperaturi, kar zagotavlja natančnost postopkov fotolitografije in jedkanja. Poleg tega pri čiščenju elektronskih komponent ultrazvočno razplinjevanje izboljša prodiranje čistilnih raztopin, s čimer prepreči, da bi se zračni mehurčki prijeli na površine komponent in vplivali na učinkovitost čiščenja.

2. Kemična industrija in industrija materialov

 

Pri proizvodnji premazov, črnil in lepil lahko prisotnost zračnih mehurčkov povzroči napake, kot so luknje, kraterji in nezadosten sijaj po nanosu. Ultrazvočno razplinjevanje lahko hitro odstrani notranje zračne mehurčke po pripravi premaza, kar izboljša izravnavo in učinkovitost nanašanja premaza. Pri sintezi polimernih materialov lahko raztopljeni plini v monomerih ali polimerizacijskih sistemih povzročijo pore v polimeru, kar vpliva na mehanske lastnosti materiala; ultrazvočno razplinjevanje se tej težavi učinkovito izogne. Poleg tega lahko pri proizvodnji in uporabi mazalnega in hidravličnega olja ultrazvočno razplinjevanje odstrani zrak iz olja, prepreči oksidacijo in poslabšanje ter zmanjša obrabo in okvare opreme.

3. Prehrambena industrija in industrija pijač

Pri proizvodnji sadnih sokov, piva, gaziranih pijač (stopnja razplinjevanja) in mlečnih izdelkov lahko raztopljeni plini povzročijo oksidacijo in kvarjenje izdelka, kar ima za posledico slab okus ali prelivanje pene med stekleničenjem. Ultrazvočno razplinjevanje lahko hitro odstrani kisik, ogljikov dioksid in druge pline iz tekočin pri sobni temperaturi, kar podaljša rok uporabnosti izdelka in izboljša stabilnost okusa. Na primer, v procesu koncentriranja sadnega soka lahko razplinjevanje prepreči razbarvanje koncentrata in spremembo okusa zaradi oksidacije; v fazi pred-filtracije proizvodnje piva lahko razplinjevanje izboljša učinkovitost filtracije in zagotovi bistrost piva.

4. Biofarmacevtska in kozmetična industrija

Materiali, kot so biološki dejavniki (npr. cepiva, protitelesa, encimski pripravki), izvlečki tradicionalne kitajske medicine in kozmetični izdelki (npr. kreme za obraz, serumi), so večinoma občutljivi na toploto-in zlahka oksidirajo, zaradi česar je tradicionalne metode razplinjevanja težko prilagoditi. Ultrazvočno razplinjevanje lahko učinkovito odstrani plin pri nizki-temperaturi,-brez kemikalij, s čimer prepreči denaturacijo materiala ter zagotovi biološko aktivnost in učinkovitost izdelka. Na primer, pri proizvodnji cepiva razplinjevanje preprečuje, da bi zračni mehurčki vplivali na natančnost in stabilnost razdeljevanja cepiva; v kozmetični proizvodnji se z razplinjevanjem prepreči penjenje med uporabo izdelka, kar izboljša uporabniško izkušnjo.

5. Laboratorij in raziskovalna področja

Pri kemijskih in bioloških poskusih lahko raztopljeni plini v reakcijskem sistemu motijo ​​reakcijski proces in vplivajo na točnost eksperimentalnih rezultatov. Ultrazvočno razplinjevanje kot hitra in nežna metoda razplinjevanja se pogosto uporablja pri predobdelavi eksperimentalnih raztopin, kot je razplinjevanje kromatografskih analiznih vzorcev in razplinjevanje elektrolitov v elektrokemičnih poskusih, kar zagotavlja zanesljivost eksperimentalnih podatkov.