اثر چیدمان پیزوالکتریک‌ بر چگالی انرژی آکوستیکی در ریزمحفظه فراصوتی تهیه نانوامولسیون

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، پردیس فنی مهندسی شهید عباسپور، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

2 دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، پردیس فنی مهندسی شهید عباسپور، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

3 استادیار گروه انرژی‌های تجدید پذیر، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، پردیس فنی مهندسی شهید عباسپور، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

چکیده

امروزه نانوامولسیون‌ها و فناوری‌های تولید آن، به یکی از مباحث مهم در صنایع مختلف از جمله مهندسی شیمی، پزشکی و غذایی تبدیل شده است. موج‌دهی فراصوتی از مناسب‌ترین روش‌های تهیه نانوامولسیون‌ها است که در مقیاس‌های مختلف به‌کار برده می‌شود. در برخی از کاربردهای خاص، از ریزمحفظه‌ها برای تهیه نانوامولسیون استفاده می‌شود. انتشار امواج فراصوتی توسط سرامیک‌های پیزوالکتریک (پیزو) انجام شده که مهم‌ترین بخش یک حمام فراصوتی به شمار می‌رود. نحوه قرارگرفتن و بسامد تحریک پیزو‌ها تاثیر فراوانی بر برهمکنش امواج و کارآیی حمام فراصوتی دارد. در این مقاله طی شبیه‌سازی‌هایی با استفاده از نرم‌افزار کامسول، به بررسی چهار چیدمان ریزمحفظه‌های فراصوتی مکعبی، پرداخته شده است. موج‌دهی فراصوتی در سه بسامد 20، 200 و 300 کیلوهرتز انجام شده و تاثیر افزودن پیزوها در بسامدهای مختلف جهت دستیابی به مناسب‌ترین چیدمان ارزیابی شده است. نشان داده شد افزودن دو پیزو به‌صورت روبروی هم به چیدمان، موجب افزایش چگالی انرژی آکوستیکی به‌صورت نمایی شده و این افزایش در بسامدهای کمتر بسیار محسوس‌تر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Bera A, Mandal A (2015) Microemulsions: A novel approach to enhanced oil recovery: a review. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology 5(3): 255-268.

[2] طاهری م، فورگی نژاد ا، شیوا م، امام س م، حدادی ا (2016) ارزیابی تغییرات فرمول‏بندی لاستیک با اندازه گیری سرعت امواج فراصوتی. مکانیک سازه­ها و شاره­ها 294-258 :(2)63.   

[3] افتخاری شهری س ا، احمدی بروغنی س ی، خلیلی خ (2015) طراحی سیستم هیدروفرمینگ لوله همراه با ارتعاشات آلتراسونیک قالب.مکانیک سازه­ها و شاره­ها      148-135 :(1)5.

[4]  Choi J, Kim T, Kim H, Kim W (2016) Ultrasonics Sonochemistry Ultrasonic washing of textiles. Ultrason Sonochem 29: 563-567.

[5]  Anton N, Vandamme TF, Cedex FI (2009) The universality of low-energy nano-emulsification. Int J Pharmaceut 377(1-2): 142-147.

[6]  Chang WT, Chen YC, Lin RC, Cheng CC, Kao KS, Huang YC (2011) Wind-power generators based on ZnO piezoelectric thin films on stainless steel substrates. Curr Appl Phys 11(1): S333-S338.

[7]  Cravotto G, Cintas P (2006) Power ultrasound in organic synthesis: moving cavitational chemistry from academia to innovative and large-scale applications. Chem Soc Rev 35(2): 180-196.

[8]  Kaci M, Meziani S, Arab-Tehrany E, Gillet G, Desjardins-lavisse I, Desobry S (2014) Emulsification by high frequency ultrasound using piezoelectric transducer: Formation and stability of emulsifier free emulsion. Ultrason Sonochem 21(3): 1010-1017.

[9]  Kobayashi D, Hiwatashi R, Asakura Y, Matsumoto H, Shimada Y, Otake K, Shono A (2015) Effects of operational conditions on preparation of oil in water emulsion using ultrasound. Physcs Proc 70: 1043-1047.

[10] Hirai Y, Koshino M, Matsumura Y, Atobe M (2015) Synthesis of spherical polymer nanoparticles reflecting size of monomer droplets formed by tandem acoustic emulsification. Chem Lett 44(11): 1584-1585.

[11] Zhai, W., Liu, H. M., Hong, Z. Y., Xie, W. J., & Wei, B. (2017). A numerical simulation of acoustic field within liquids subject to three orthogonal ultrasounds. Ultrasonics Sonochemistry, 34, 130–135.

[12] Dähnke SW, Keil FJ (1999) Modeling of linear pressure fields in sonochemical reactors considering an inhomogeneous density distribution of cavitation bubbles. Chem Eng Sci 54(13-14): 2865-2872.

[13] Yasui K, Kozuka T, Tuziuti T, Towata A, Iida Y, King J, Macey P (2007) FEM calculation of an acoustic field in a sonochemical reactor. Ultrason Sonochem 14(5): 605-614.

[14] Sáez V, Frías-Ferrer A, Iniesta J, González-García J, Aldaz A, Riera E (2005) Chacterization of a 20 kHz sonoreactor. Part I: Analysis of mechanical effects by classical and numerical methods. Ultrason Sonochem 12: 59065.

[15] Shchukin DG, Gorin DA, Möhwald H (2006) Ultrasonically induced opening of polyelectrolyte microcontainers. Langmuir 22(17): 7400-7404.

[16] Moheimani SOR, Fleming AJ (2006) Piezoelectric Transducers for vibration control and damping. Oxford University Press, Oxford, UK.

[17] COMSOL, COMSOL Multiphysics Modeling Guide.

[18] Mason TJ (1997) Ultrasound in synthetic organic chemistry. Chem Soc Rev 26(6): 443.

[19] Kwan JJ, Graham S, Myers R, Carlisle R, Stride E,  Coussios CC (2015) Ultrasound-induced inertial cavitation from gas-stabilizing nanoparticles. Phys Rev E 92(2): 23019.

[20] Harvey G, Gachagan A, Mutasa T (2014) Review of high-power ultrasound-industrial applications and measurement methods. IEEE T Ultrason Ferr 61(3): 481-495.

[21] Apfel RE (1981) Acoustic cavitation prediction. J Acoust Soc Am 69(6): 1624.

[22] Canselier JP, Delmas H, Wilhelm AM, Abismaïl B (2002) Ultrasound emulsification—An overview. J DISPER SCI TECHNOL 23(April 2015): 333-349.

[23] Harkin A, Nadim A, Kaper TJ (1999) On acoustic cavitation of slightly subcritical bubbles. Phys Fluids 11(2): 274-287.

[24] Nakabayashi K, Amemiya F, Fuchigami T, Machida K, Takeda S, Tamamitsu K, Atobe M (2011) Highly clear and transparent nanoemulsion preparation under surfactant-free conditions using tandem acoustic emulsification. Chem Commun 47(20): 5765.

[25] Hirai Y, Nakabayashi K, Kojima M, Atobe M (2014) Size-controlled spherical polymer nanoparticles: Synthesis with tandem acoustic emulsification followed by soap-free emulsion polymerization and one-step fabrication of colloidal crystal films of various colors. Ultrason Sonochem 21(6): 1921-1927.

[26] Bhangu SK, Gupta S, Ashokkumar M (2017) Ultrasonic enhancement of lipase-catalysed transesterification for biodiesel synthesis. Ultrason Sonochem 34: 305-309.

[27] COMSOL, Acoustics Module Application Library, Piezoelectric Tonpilz Transducer.