Čo je ultrazvukové odplyňovanie?

Ultrazvukové odplynenie v podstate využíva "kavitačný efekt" generovaný, keď sa ultrazvukové vlny šíria kvapalinou na stripovanie, agregáciu a vytláčanie plynov z kvapaliny. Jeho hlavný proces možno rozdeliť do troch kľúčových etáp:

 

Prvou fázou je tvorba kavitačných bublín. Keď ultrazvukové vlny (zvyčajne medzi 20 kHz a 1 MHz) pôsobia na kvapalinu, molekuly kvapaliny prudko vibrujú pod periodickými zmenami tlaku zvukových vĺn. Vo fáze podtlaku zvukových vĺn sa drobné póry v kvapaline (ako sú zhluky molekúl rozpusteného plynu alebo medzery na povrchu drobných nečistôt) rýchlo rozširujú a vytvárajú početné drobné bublinky alebo „kavitačné bubliny“. Vo fáze pretlaku sú tieto kavitačné bubliny rýchlo stlačené.

 

Druhou fázou je rast a splývanie bublín. Pri nepretržitom pôsobení ultrazvukových vĺn kavitačné bubliny nepretržite absorbujú rozpustené plyny z okolitej kvapaliny. Súčasne sa priľahlé malé bubliny zrážajú a spájajú pod pohonom zvukových vĺn, pričom postupne vytvárajú väčšie bubliny. Počas tohto procesu plyn rozpustený v kvapaline nepretržite prechádza z kvapalnej fázy do plynnej fázy, pričom dochádza k transformácii z "rozpusteného plynu" na "voľný plyn".

 

Treťou fázou je stúpanie a vytláčanie bublín. Keď sa objem bubliny zväčšuje, jej vztlak postupne prevyšuje viskózny odpor kvapaliny, čo spôsobuje, že bublina rýchlo stúpa k povrchu kvapaliny, prípadne praskne a uvoľní svoj vnútorný plyn, čím sa dokončí proces odplynenia. Okrem toho môžu ultrazvukové vibrácie urýchliť konvekciu kvapaliny, čím ďalej podporujú migráciu a agregáciu bublín a zlepšujú účinnosť odplyňovania.

Hlavné oblasti použitia technológie ultrazvukového odplyňovania

 

1. Elektronický a polovodičový priemysel

Pri výrobe polovodičových čipov a výrobe LCD panelov môžu drobné vzduchové bublinky v kľúčových chemikáliách, ako sú fotorezist, leptacie roztoky a vývojka, spôsobiť defekty vo fotolitografických vzoroch a nerovnomerné leptanie, čo vážne ovplyvňuje výťažnosť produktu. Ultrazvukové odplynenie môže rýchlo odstrániť rozpustené plyny a vzduchové bubliny z týchto chemikálií pri izbovej teplote, čím sa zabezpečí presnosť fotolitografie a procesov leptania. Okrem toho pri čistení elektronických súčiastok ultrazvukové odplynenie zvyšuje penetráciu čistiacich roztokov, čím zabraňuje priľnutiu vzduchových bublín na povrchy komponentov a ovplyvňuje účinnosť čistenia.

2. Chemický a materiálový priemysel

 

Pri výrobe náterov, atramentov a lepidiel môže prítomnosť vzduchových bublín viesť k defektom, ako sú dierky, krátery a nedostatočný lesk po nátere. Ultrazvukové odplynenie môže rýchlo odstrániť vnútorné vzduchové bubliny po príprave náteru, čím sa zlepší vyrovnanie a aplikačný výkon náteru. Pri syntéze polymérnych materiálov môžu rozpustené plyny v monoméroch alebo polymerizačných systémoch spôsobiť póry v polyméri, čo ovplyvní mechanické vlastnosti materiálu; ultrazvukové odplynenie účinne predchádza tomuto problému. Okrem toho pri výrobe a používaní mazacieho oleja a hydraulického oleja môže ultrazvukové odplynenie odstrániť vzduch z oleja, čím sa zabráni oxidácii a poškodeniu a zníži sa opotrebovanie a poruchy zariadenia.

3. Potravinársky a nápojový priemysel

Pri výrobe ovocných štiav, piva, nápojov sýtených oxidom uhličitým (stupeň odplynenia) a mliečnych výrobkov môžu rozpustené plyny spôsobiť oxidáciu a znehodnotenie produktu, čo má za následok zlú chuť alebo pretečenie peny počas plnenia do fliaš. Ultrazvukové odplynenie môže rýchlo odstrániť kyslík, oxid uhličitý a iné plyny z tekutín pri izbovej teplote, čím sa predlžuje trvanlivosť produktu a zlepšuje sa chuťová stabilita. Napríklad v procese zahusťovania ovocnej šťavy môže odplynenie zabrániť odfarbeniu koncentrátu a zmene chuti v dôsledku oxidácie; v pred-filtračnej fáze výroby piva môže odplynenie zlepšiť účinnosť filtrácie a zabezpečiť čírosť piva.

4. Biofarmaceutický a kozmetický priemysel

Materiály, ako sú biologické látky (napr. vakcíny, protilátky, enzýmové prípravky), extrakty tradičnej čínskej medicíny a kozmetika (napr. pleťové krémy, séra) sú väčšinou citlivé na teplo-a ľahko oxidujú, čo sťažuje adaptáciu tradičných metód odplyňovania. Ultrazvukové odplynenie dokáže účinne odstrániť plyn pri nízkych-teplotách a bez chemických-podmienok, čím sa zabráni denaturácii materiálu a zabezpečí sa biologická aktivita a účinnosť produktu. Napríklad pri výrobe vakcíny odplynenie zabraňuje tomu, aby vzduchové bubliny ovplyvňovali presnosť a stabilitu dávkovania vakcíny; pri výrobe kozmetiky odplynenie zabraňuje tvorbe peny počas používania produktu, čím sa zlepšuje používateľská skúsenosť.

5. Laboratórne a výskumné oblasti

Pri chemických a biologických experimentoch môžu rozpustené plyny v reakčnom systéme interferovať s reakčným procesom a ovplyvniť presnosť experimentálnych výsledkov. Ultrazvukové odplynenie, ako rýchla a šetrná metóda odplynenia, sa široko používa pri predúprave experimentálnych roztokov, ako je odplyňovanie vzoriek chromatografickej analýzy a odplyňovanie elektrolytov v elektrochemických experimentoch, čím sa zabezpečuje spoľahlivosť experimentálnych údajov.