超声波分散二氧化钛纳米颗粒

二氧化钛纳米颗粒凭借光催化降解污染物、提升涂料性能、实现化妆品防晒等独特优势,在多领域应用广泛。但因其高表面能易团聚,导致比表面积减小、催化活性降低、涂层质量下降等问题。相比之下,超声波分散成为解决 二氧化钛纳米颗粒团聚的有效方法。

一、超声波分散的原理​

超声波分散主要是利用超声波在介质中传播时产生的空化效应、机械振动等作用来打破 二氧化钛纳米颗粒的团聚体。​

空化效应是超声波分散的核心机制。当超声波在液体介质中传播时,会产生交替的压缩和拉伸区域。在拉伸区域,液体中的微小气泡会迅速膨胀,而在压缩区域,这些气泡又会急剧破裂。气泡破裂瞬间会产生巨大的冲击力和局部高温高压环境,这种强大的力量能够克服纳米颗粒之间的范德华力等吸引力,将团聚的颗粒分散开来。​

同时,超声波的机械振动也会对颗粒产生剪切作用,进一步促进团聚体的破碎和分散,使二氧化钛纳米颗粒能够均匀地分散在介质中。​

二、超声波分散的优势​

与其他分散方法相比,超声波分散具有以下显著优势:​

效率高:超声波能够在短时间内对纳米颗粒产生强烈的作用,快速实现分散,大大缩短了分散时间。​
操作简便:只需将超声波设备的探头或容器放入含有二氧化钛纳米颗粒的悬浮液中,设置好相关参数即可进行分散操作,无需复杂的工艺流程。​
对颗粒损伤小:相较于一些机械搅拌等方法,超声波分散不会对二氧化钛纳米颗粒的结构造成较大破坏,能够较好地保持其原有性能。​
分散效果好:能够有效地打破纳米颗粒的团聚体,使颗粒分散得更加均匀,提高悬浮液的稳定性。​

超声波分散二氧化钛纳米颗粒 - 超声分散纳米颗粒 - 上海瀚翎

三、影响分散效果的因素​

超声波功率:功率过低时,产生的空化效应和机械振动强度不足,难以有效分散团聚体;功率过高则可能导致液体过热,甚至损坏纳米颗粒的结构,同时还会增加能耗。因此,需要选择合适的超声波功率。​
处理时间:在一定范围内,随着处理时间的延长,分散效果会逐渐变好。但当达到一定时间后,分散效果趋于稳定,继续延长时间不仅不会提高分散效果,还可能造成能源浪费。​
溶液浓度:溶液浓度过高时,纳米颗粒之间的距离较近,容易再次发生团聚,影响分散效果;浓度过低则会降低分散效率,增加成本。​
温度:温度对空化效应有较大影响。温度过高时,液体的蒸气压增大,气泡不易形成和破裂,空化效应减弱;温度过低则可能导致溶液粘度增加,不利于超声波的传播和颗粒的分散。​

四、应用领域​

材料科学:在复合材料制备中,将超声波分散后的二氧化钛纳米颗粒加入到聚合物基体中,能够提高复合材料的力学性能、热稳定性和抗菌性能等。例如,在塑料中添加分散均匀的二氧化钛纳米颗粒,可使塑料具有更好的强度和耐老化性。​
环境工程:在污水处理中,利用超声波分散的二氧化钛纳米颗粒作为光催化剂,能够提高其对污水中有机污染物的降解效率。分散均匀的颗粒可以与污染物充分接触,增强光催化反应的效果。​
生物医学:在药物载体领域,将药物包裹在超声波分散的二氧化钛纳米颗粒表面,可提高药物的稳定性和生物利用度。均匀分散的颗粒有助于药物在体内的运输和释放。​
随着技术的不断进步,超声波分散技术在二氧化钛纳米颗粒的分散应用中必将发挥更加重要的作用,推动 二氧化钛纳米材料在各个领域的进一步发展和应用。​
联系电话:18918712959