Nghiên cứu chế tạo thiết bị siêu âm công suất và sử dụng thiết bị chế tạo vật liệu nano TiO2

Bài viết "Nghiên cứu chế tạo thiết bị siêu âm công suất và sử dụng thiết bị chế tạo vật liệu nano TiO2" trình bày phương pháp chế tạo biến tử siêu âm ghép theo kiểu Langevin và chế tạo thành thiết bị phát sóng siêu âm công suất, với mục đích ứng dụng thiết bị này để chế tạo vật liệu TiO2 kích thước nanomet có tính chất khá tốt và cũng được sử dụng trong công nghệ chế tạo các loại vật liệu nano khác hiện nay. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo thiết bị siêu âm công suất và sử dụng thiết bị chế tạo vật liệu nano TiO2 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ SIÊU ÂM CÔNG SUẤT VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO TiO2 Huỳnh Duy Nhân Trường Đại học Thủ Dầu Một Liên hệ email: nhanhd@tdmu.edu.vn. TÓM TẮT Bài báo trình bày phương pháp chế tạo biến tử siêu âm ghép theo kiểu Langevin và chế tạo thành thiết bị phát sóng siêu âm công suất, với mục đích ứng dụng thiết bị này để chế tạo vật liệu TiO2 kích thước nanomet có tính chất khá tốt và cũng được sử dụng trong công nghệ chế tạo các loại vật liệu nano khác hiện nay, đồng thời mang lại nhiều lợi ích và hiệu quả kinh tế trong lĩnh vực công nghệ chế tạo vật liệu. Từ khóa: Biến tử siêu âm, Thiết bị phát sóng siêu âm, vật liệu nano TiO2… INVESTEGATION AND FABRICATED POWER ULTRASONIC DEVICES AND USING THE DEVICE TO MANUFACTURE NANO TiO2 MATERIALS Huynh Duy Nhan Thu Dau Mot university Affiliation email of coresponding author: nhanhd@tdmu.edu.vn. ABSTRACTS This paper presents a method to fabricate a Langevin-type coupled ultrasonic transducer and fabricate a power ultrasonic wave generator, with the aim of applying this device to fabricate nanometer-sized TiO2 materials with good properties and it also used in the fabrication technology of other nanomaterials today, at the same time bring many benefits and economic efficiency in the field of material manufacturing technology. Keywords: Ultrasonic transducer, Ultrasonic wave generator, TiO2 nanomaterials… 131 1. GIỚI THIỆU phương pháp siêu âm được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học để nhận được những thông tin về tính chất và cấu trúc vật chất, các quá trình biến đổi vĩ mô và vi mô xảy ra trong nó. Phương pháp này dựa trên cơ sở phân tích những thông tin từ sự phụ thuộc của vận tốc truyền âm, sự suy giảm cường đô sóng âm trong vật chất. Nó được áp dụng trong lĩnh vực âm học phân tử, mà cơ sở của nó là lý thuyết hồi phục. Trên cơ sở những thông tin về sự tán sắc và sự phấp thụ riêng chúng ta biết được các quá trình ở mức độ phân tử xảy ra trong chất khí, lỏng, polyme cũng như các quá trình tương tác của sóng siêu âm với những kích thích cơ bản trong vật rắn (phonon). Âm học phân tử nghiên cứu chất khí được sử dụng sóng siêu âm tần số từ 10 4 - 105Hz, trong chất lỏng và chất rắn cỡ 105 -108Hz [1]. Hiện nay có rất nhiều phương pháp để chế tạo vật liệu nano, tuy nhiên phương pháp Siêu âm hoá học là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng mới được phát triển gần đây, thực chất đây là lĩnh vực sử dụng tác động đặc biệt của siêu âm công suất cao vào việc điều khiển các phản ứng hoá học, siêu âm công suất cao có tác động mạnh đến phản ứng hoá học thông qua hiệu ứng sinh lỗ hổng. Chính vì vậy, người ta đã đưa ra ý tưởng và thực hiện nghiên cứu chế tạo thiết bị siêu âm công suất và sử dụng thiết bị này trong phương pháp kết hợp siêu âm - thủy nhiệt để chế tạo vật liệu TiO2 có kích thướt nanomet, có hoạt tính quang xúc tác mạnh. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này có thể xuất phát từ những hóa chất TiO2 thương mại rẽ tiền, mang nhiều lợi ích về kinh tế [2]. 2. CHẾ TẠO THIẾT BỊ SIÊU ÂM CÔNG SUẤT 2.1. Chế tạo biến tử ghép kiểu Langevin Dùng các biến tử đơn áp điện hình xuyến có đường kính ngoài ngoài = 50 mm, đường kính trong trong = 11mm và bề dày cỡ 8mm đã chế tạo được [1]. Hình 1. Biến tử đơn hình xuyến 132 Hình 2. Biến tử ghép Langevin đã Hình 3. Mặt cắt Biến tử ghép được chế tạo Langevin Từ các biến tử đơn gốm áp điện hình xuyến, người ta cũng đã chế tạo thành công các biến tử phát siêu âm kiểu Langevin kép như (hình 2), sơ đồ mặt cắt dọc của biến tử (hình 3). Đặc trưng cộng hưởng áp điện của biến tử sau khi ghép so với biến tử đơn có sự thay đổi rõ rệt (hình 4a và hình 4b). Hệ biến tử sau khi được ghép có tần số cộng hưởng 28 – 37 kHz giảm so với biến tử đơn 43 kHz, giá trị trở kháng Z tại tần số cộng hưởng tương đối thấp, nằm trong khoảng vài chục ôm. Hình 4a. Phổ cộng hưởng áp điện Hình 4b. Phổ cộng hưởng áp điện biến tử ghép Langevin biến tử tự do Nhìn chung các đỉnh cộng hưởng của các mẫu rất gần nhau về tần số cũng như giá trị trở kháng, điều này là rất ý nghĩa với việc xây dựng cụm biến tử ghép. 2.2. Lắp ráp mạch phát siêu âm công suất 133 Hình 5. Sơ đồ nguyên lý mạch điện tử của máy phát siêu âm Để kích thích biến tử áp điện phát siêu âm công suất cao, vấn đề quan trọng là phải tính toán thiết kế được mạch điện tử hoạt động đúng với chế độ làm việc của biến tử, trên cơ sở tính toán các thông số của biến tử người ta đã thiết kế hoàn chỉnh một mạch điện tử cho máy phát siêu âm, sơ đồ mạch điện tử được mô tả trên (hình 5). Mạch hoạt động trên cơ sở nguyên lý rất đơn giản: hai transistor T1 và T2 là các transistor công suất chịu được điện áp cao tới trên 700V, được mắc theo kiểu đẩy kéo nối tiếp giống hệt như một tầng ra công suất âm thanh với tải là cuộn sơ cấp của biến áp ra. Hai transistor này nhận tín hiệu vào cũng là tín hiệu hồi tiếp dương từ tầng ra, với tín hiệu các lối vào ngược pha nhau. Khi có hồi tiếp dương đủ lớn thì mạch sẽ tự dao động với tần số được quy định bởi các phần tử ở phía thứ cầp của biến áp ra: Cuộn thứ cấp của biến áp, các tụ điện C3, C4, C5 và điện dung của biến tử tạo thành một khung cộng hưởng, việc điều chỉnh trị số các tụ điện này làm sao để tần ...