טכנולוגיות מתפתחות בסדוד ליישומים מדעיים מתקדמים

הקדמה ל-Spray מייבש למדע חומרים

ייבוש Spray כבר זמן רב אבן הפינה בייצור אבקה תעשייתי, הפיכת להאכיל נוזלי חלקיקים יבשים, זרימה חופשית חלקיקים. בהקשר של מדע חומרים מתקדם, התפקיד המסורתי של הטכניקה מתפתח במהירות.הצורך חומרים עם גודל חלקיקים מוגדר בדיוק, מורפולוגיה, גבישיות, והרכב הוביל חדשנות ברססוס ציוד ובקרת תהליכים.

התקדמות אלה מתייחסות למגבלות בסיסיות של ייבוש תרסיס קונבנציונלי, כגון התפלגות גודל חלקיקים רחב, השפלה תרמית של תרכובות רגישות, ושליטה מוגבלת על מבנה עליונות אורקולארי. על ידי שילוב שדות אנרגיה חיצוניים, מנגנוני בידוד חדשים, נוזלים סופר קריטיים, ריסוס מודרני יבשינג הפך פלטפורמה תכליתית באמת עבור סינתזת החומר.זה. מאמר זה חוקר את הטכנולוגיות המתעוררות לעצב מחדש את השדה ואת היישומים הספציפיים שלהם בחומרים ביצועים גבוהים.

טכנולוגיות חדשניות בSpray Drying

Super Critical Fluid-Assisted Sprayייבושing (SCF-SD)

נוזלים סופר קריטיים, במיוחד פחמן דו חמצני (scCO2), מנוצלים ב SCF-SD כדי לשפר את evaporation והתאמה של תכונות חלקיקים. כאשר scCO2 מעורב עם פתרון להאכיל, זה באופן דרמטי מפחית את המהירויות המפתורות ואת המתח פני השטח, המאפשר העברת המונים מהירה.ההתרחבות של שלב קריטי על דכאון יוצרת תנאים אינטנסיביים, המוביל חלקיקים עם גודל נמוך מאוד, או ירידה גבוהה מאוד, הוא לייצר תרכובות גבוהה יחסית, 000.

SCF-SD הוא בעל ערך במיוחד ליצירת חלקיקים עבור משלוח סמים, ניסוחים ארוכי טווח, וננו חומריים אורגניים.לדוגמה, מחקרים הוכיחו את הייצור של חלקיקים אחידים עם חלקיקים עם טונקיה עם טונופוליות באמצעות תרסיסים מחוספסת ספוגים, על מסלולים קונבנציונליים בשליטה על ארכיטקטורת פואר.

ההתפתחויות האחרונות כוללות שיטות היברידיות המשלבות את SCF-SD עם אלקטרוסטטי או או איטום קולי, המציעות אפילו שליטה קנס יותר על גודל הניחת.עם זאת, הצורך בציוד בלחץ גבוה וטיפול נוזלים מדויק מטיל אתגרים מדרגים על פני עיצובים מודולריים ומערכות זרימה רצופות.

« מתיחות מיקרוגל (MASD)

תרסיס מלוטש ממינוף מטבולי חימום בנפח כדי להאיץ את שיעורי הייבוש תוך שיפור יעילות האנרגיה.בניגוד לייבוש אוויר חם קונבנציונלי, אשר מחמם מן פני השטח פנימה, מיקרוגלים זוג ישירות עם מולקולות קוטביות (למשל, מים) לאורך הטיפה, מתן חימום מהיר, אחיד.זה מפחית את זמן המגורים הנדרש כדי להשיג רמות יעד, מצמצם את ההידרדרות תרמית של רגישות ביולוגית, טעמים, טעמים תרופות.

במדעי החומר, MASD משמש לייצור קרמיקה מתקדמת, זרזים, ומסגרות אורגניות מתכת (MOFs) הקינטיקה היבשה המהירה יכול לדכא צמיחה גבישית, מניב מורולוגיות amorphous או ננוקריסטליות כי הם קשה אחרת להשיג. לדוגמה, תרסיס יבש מיקרוגל-אסד שימש כדי ליצור חלקיקים גבוהים-פניים nanopalytics עבור קיבולת מופחתת, לעומת קיבולת חמצן מוגברת.

חיסכון באנרגיה הוא נהג מרכזי לאימוץ תעשייתי.שילוב עם אסטרטגיות של שיפור תהליכים, MASD יכול להפחית צריכת האנרגיה הכוללת על ידי 30-50% ביחס לייבשות ריסוס מסורתיות.הטכנולוגיה היא גם אפשרות לדרג על ידי עיצוב מודלים גל ו- applicator Geometries המבטיחות אחידות בתחום תאי ייבוש גדולים.מערכת פיילוט הם כעת זמין מסחרית, המציין הזדורציה מדרך ייצור לסקרנות לכלי מעבדה.

אלקטרוסטטי Spray Drying (ESD)

ייבוש תרסיס אלקטרוסטטי חל שדה חשמלי גבוה מתחולל לנוזל המזינים, ומייצר טיפות מואשמים הדוחקות זה את זה, מונעות הפללה ומאפשרות מונודיספרסיות חלקיקים מדויקת.הכוח האלקטרוסטטי מסייע גם באוסף חלקיקים, כמו חלקיקים טעונים נמשכים לאספן מעוקל, צמצום אובדן המוצר ומניעה של טיפול של אבקות אולטרה-אפניות.

ESD משמש יותר ויותר לסנתז חומרים אלקטרואקטיביים.לדוגמה, הוא מאפשר היווצרות של ליתיום ברזל ליתיום פיזור (LiFePO4) חלקיקים עם גודל אחיד וציפוי פחמן, החל ישירות כחומרי קטודה סוללות ליתיום-יון.הטעינה מבוקרת ניתן גם לנצל כדי לייצר חלקיקים Janus עם מיסות נפרדות, פתחים במשים מתקדמים והערכה עצמית.

אתגר אחד הוא קנה מידה של ESD ללוחים תעשייתיים כי השדה אלקטרוסטטי מגביל את קצב הייצור של ירידה. חוקרים חוקרים Nozzed מרובים מחוסנים ו-C-מתאים להעלים את צוואר הבקבוק הזה.

טכניקות מתקדמות ל-Precision Spray מייבש

Atomization הוא שומר הסף של תכונות חלקיקים סופיות.התעורר שיטות מעבר נזלת ולחצים קונבנציונליים מציעים שליטה משופרת על גודל טיפה, הפצה, מהירות. 3 גישות בולט הם אינomization, אלקטרו הידרודינמיקה (EHD) אטום, ודלקת מיקרו-השפעה גבוהה.

אטום אולטרה סאונד משתמש רטטים גבוהים כדי ליצור סרט נוזלי דק פורץ לתוך טיפות בסדר, אחידות. שיטה זו מייצרת חלקיקים בטווח 1-50 μm עם חלוקת גודל צר, ללא צורך בלחץ גבוה או כוחות Shear. זה אידיאלי עבור חומרים ביולוגיים רגישים כיסים ונוסחאות הדורשות מינון מדויק אחידות במוצרי שאיפת.

אלקטרו הידרודינמיזציה (אלקטרוניקה) מייצרת טיפות דרך האיזון של כוחות חשמליים ומשטח, מניבה גדלים מטה nanometers.היכולת לייצר חלקיקים תת-מיקרוניים מונודיספרסים מאוד הופכת את EHD לאטומיזציה אטרקטיבית ליצירת דואטים קוונטיים, חלקיקים פולימרים, וננופארטים.

ריכוז המיקרו-השפעה גבוהה של אטום מיקרו-השפעה משתמש בדיוק במיקרו-ערוצים ממונדסים כדי ליצור טיפות עם יעילות קיצונית.גישה זו היא חזקה במיוחד לייצור חלקיקים רב-צדדיים עם מבנים ליבת או ⁇ . כאשר בשילוב עם הסרת מהירה פותרת מהירה במייבש ריסוס, היא מאפשרת יצירת חלקיקים מורפולוגיים מורכבים כגון מיקרו-קלוטים.

יישומים במדעי החומר המתקדם

מהנדס ננו-חומרים לאלקטרוניקה וקטאליזה

היכולת לשלוט בגודל חלקיקים, מורפולוגיה, ושלב גבישי הוא יסודי לביצוע של ננו-חומרים. Spray מייבש טכנולוגיות עכשיו לאפשר ייצור של FLT:0 oxide חלקיקים חלקיקים חד-חמצני:1 (TiO2, ZnO, CeO2) עם פניות מותאמות לפעילות פוטו-קטליטית מוגברת.

דוטים קוונטיים (QDs) הם עוד כיתה נהנה מפורצת דיוק ייבוש.סאונד אולטרה או אלקטרו הידרודינמיות יכול לייצר טיפות אחיד כי, על יבשה, מניב QDs עם התפלגות גודל צר, השפעה ישירה על אורך הפליטה גל טונה גל.התהליך מבטל את הצורך עבור גודל לאחר הסינתזה, צמצום משמעותי של עלויות הייצור.

בקטאליזה heterogeneous, ריסוס יבשינג משמש לייצר אבקות תמיכה זרז (למשל, ⁇ Al2O3, SiO2) עם רשתות נקבוביות מבוקרות. Super Critical נוזל-מסוגד תוצאות הייבוש תומך עם mesoporosity גבוהה יותר ושיפור פיזור מתכת, המוביל לפעילות קטליטית מוגברת בתגובת מימן.

קידודים פונקציונליים ואבקות הנדסה על פני השטח

(ב) אכילת אבקה היא קריטית לריסוס תרמי ותהליכי ריסוס קרים אשר ציפויים של הפיקה (Spray מייבשing) מייצרים אופטימיזציה, צפופים, ורכיבי חלקיקים הומוגניים באופן מלא ליצירת FLT:0corrosion-resistantirantlyFLT:1, FLT:2wearistantFLT 3: ו-Resivesigicial (i) של טכניקות דלקת ריאות, אך ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מייבש תרסיס אלקטרוסטטי מתאים במיוחד לייצור אבקות המשמשות ציפוי תרסיס אלקטרוסטטי (ציפוי אבקה) תהליכים.חלקיקים הטעימים לדבוק ביעילות substrates מתכת, צמצום overspray ומאפשר עובי אחיד אפילו על גליקות מורכבות. התפתחויות חדשות להתמקד בייצור ציפוי nanocomposite המשלבת צינורות פחמן, גרפן, או חלקיקים משופרים עבור התנהגות חשמלית, שריטה, התנגדות או תכונות אנטיביות.

מעבר לציפויים מסורתיים, אבקות נמתחות לריסוס משמשים כמבשרים עבור (FLT:0atomic שכבת depositionFLT:1 (ALD) ופירוק נפיחות כימית (CVD) היכולת לייצר טיהור גבוה, אבקת מתכת ללא זיהום עם סטויצ'יאומטריה מבוקרת מאפשרת ציפוי פונקציונליים מתקדמים עבור מיקרואלקטרוניקה ומכשירים אופטיים.

חומרים המבוססים על ביולוגית, תרופות וביוטכנולוגיה

תנאי העיבוד הקלים של Spray הופכים את זה הכרחי עבור המרת חומרים ביולוגיים רגישים חום לתוך אבקות יציבות.FLT:0Microwave-edstedFLT:1 ו-FLT:2;2;2 חומרים ביולוגיים רגישים נוזליים עמידים על נוזל נוזלי לתוך אבקות יציבה: שיטות תוספת תוספת לחץ תרמי, שמירה על הביואקטיביות של פרוביוטיקה, אנזימים, חיסונים, חלבונים, לדוגמה, תרסיסים חיוניים למניעת שימור מיקרוגליביות.

במגזר התרופות, טכנולוגיות מתקדמות אלה מאפשרות ייצור של אטומי:0dry אבקת inhalersuaFLT 1 עם גודל חלקיקים אירודינמיקה מותאם (1-5 מיקרומטר) עבור משלוח ריאות עמוק. טטריס מייבש מייצר חלקיקים עם צורה אחידה ומאפיינים משטח כי לשפר את זרימת ופיזור אפשרות.

פולימרים בעלי ערך ביולוגי כמו PLA ו PLGA מעובדים באופן שגרתי על ידי ריסוס יבשה עבור microspheres-release מבוקר-release.הטכנולוגיות המתעוררות מספקות שליטה הדוקה יותר על פרופילים של הפצת פרופילים וטעינה סמים.מחקר גם מראה כי שילוב CO2 קריטי עם ריסוס יכול לייצר מיקרו-חלקיקים PLGA עם פורוזיות, המאפשר הנדסת רקמות לאחר פתרון.

חומרים איכותיים ואנרגיה

מכשירים לאחסון אנרגיה דורשים חומרים אלקטרוליטיים מתקדמים עם מיקרו-מבנה מהונדס בדיוק. Spray מייבש הוא שלב ייצור מפתח עבור FLT:0lithium-ion סוללה קטודותמידsFLT:1 כגון LiNi Ni0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811).

עבור <חזק>סולידי המדינה אלקטרוליטים, חלקיקים אולטרה-אין ומדים נדרשים כדי להבטיח מוליכות אקולוגית טובה ומגע אלקטרודה. Spray-dried LLZO garnet עם גודל חלקיקים מבוקר (<10 μm) ניתן לחטא לתוך קרמיקה צפופה עם שטף ליתיום גבוה.

בתחום של (FLT:0) חומרים חשמליים של ההרחבה:1, תרסיס-דשן B2Te3 ו אבקת skutterudite משמשים כמו הזנה עבור פלסמה ניצוצות, המאפשר שמירה של תכונות nanostructured כי משפר את הדמות thermoelectric של הכשרון.היכולת לייצר אבקות nanocomposite עם פיזור הומוגני של שלבים משניים (למשל, לעומת 20%) שיפור יעיל של פחמן מתקדם של שיטות מתקדמות של פחמן.

פרספקטיבה עתידית, אתגרים ואינטגרציה

המסלול של ריסוס ייבוש במדע החומר הוא לכיוון דיוק גדול יותר, דרוג, וקיימות.שלב מספר טכנולוגיות מתפתחות - לדוגמה, שילוב של חימום מיקרוגל עם אטום אלקטרוסטטי - פרומזציות סינרגטי, המאפשר יבשה מהירה עם מונופרסיות חלקיקים כמעט מושלמת.

אתגר גדול אחד הוא חוסר מודלים של תהליכים מקיפים כי יחד את הפיזיקה של היווצרות טיפות, קינטיקה יבשה, ואבולוציה חלקיקים מורפולוגיה.עם זאת, התקדמות ב FLT:0 דינמיקה נוזלית חלקיקים דינמית 1 (CFD) ו-FLT:2machine LearningFLT 3:FLT: הם מאפשרים לחוקרים אופטימיזציה של נתונים באמצעות AI לנבא פרמטרים אופטימליים (זמן, זרם, במיוחד רכיבים מורכבים), להורדת שיעור הניסוי מורכב.

שיקולים של קיימות מניעים חדשנות לקראת FLT:0 (החלת ההחלמה המסגורה) ו-FLT:2waste minimizationFLT 3: 3 תהליכים מונעים על נוזלים קריטיים באופן טבעי להפחית את השימוש בפתרונות אורגניים, ומיקרוגל-מרוצה להפחית את צריכת האנרגיה.

ככל שהטכנולוגיות בוגרות, אימוץן בתעשיות בעלות ערך גבוה כגון תרופות, אלקטרוניקה ואנרגיה מתחדשת יזרזו. Standardization של ציוד ופרוטוקולים של בקרת תהליכים יש צורך להבטיח התחדשות באתרי ייצור שונים.

לסיכום, הטכנולוגיות המתעוררות ברססוס יבשה – סיוע נוזלים ביקורתי, חימום מיקרוגל, טעינה אלקטרוסטטית, וזיהום מתקדם - אינן רק שיפורים מצטברים; הן מייצגות שינוי פרדיגמטי באופן שבו אנו מעצבים ומייצרים חומרים מתקדמים. על ידי כך שמאפשרים שליטה חסרת תקדים על המאפיינים של חלקיקים במיקרו- וננומטרי, חידושים אלה פותחים יישומים חדשים בתחומים החל מ- קוונטים לעשות אלקטרוניקה לשלב הבא של שיטות התפתחותיות.

(ב) לעיין בנושאים אלה, ראה ביקורות אחרונות ב-NanoFLT:0 חומרים מתקדמים (הראו:2) "Spray Drying for Nanomaterial Synthesis"FLT 3:0) ו-FLT:4Powder TechnologyFLT:5 (ראה פרק 6)"Electrostatic Spray: Principlesing: and Applications"Pillos 7LTF).