Trong y khoa, thường sử dụng siêu âm 2D để tiến hành các kiểm tra sơ bộ, siêu âm 3D để khám thai, khám tuyến giáp hay siêu âm Doppler để kiểm tra mạch máu bệnh nhân. Siêu âm khoang bụng của bệnh nhân - Sóng siêu âm và 5 ứng dụng thực tiễn (Nguồn: vinmec.com) Ứng dụng siêu âm cản âm. Năm 1996 siêu âm cản âm lần đầu tiên được đưa vào sử dụng chính thức như những phương pháp siêu âm khác ở châu Âu và châu Á như siêu âm tim, siêu âm mạch máu, siêu âm Doppler và siêu âm ổ bụng (trước đây chỉ ứng dụng trong lĩnh vực siêu Cảm biến siêu âm được sử dụng khá rộng rãi trong đời sống hiện nay từ các ứng dụng hàng ngày đến các ứng dụng trong công nghiệp. Đơn giản nhất mà bạn có thể thấy chính là khi đi khám bệnh, người ta kêu bạn "đi siêu âm". Đang xem: ứng dụng của sóng siêu âm trong thực phẩm. Ngày nay, nhiều công nghệ nhiệt và phi nhiệt hiện đại khác nhau như xung điện trường, áp suất thủy tĩnh cao và thấp, lò vi sóng, gia nhiệt ohmic, đóng băng, thanh trùng, bức xạ ion hóa, v.v… đã được sử dụng để cải Bởi, Cảm biến siêu âm không tiếp xúc với nước thải. Điều này loại bỏ hoàn toàn khả năng bị nước thải ăn mòn, phá huỷ các linh kiện bên trong của cảm biến siêu âm. Cảm biến dùng để đo mức nước thải có khoảng cách đo tiêu chuẩn 0-2m, 0-6m và 0-10m cho các hồ Fast Money. Các ứng dụng của siêu âm diều trị trong y học được chấp nhận và lợi ích của tác dụng siêu âm sinh học được sử dụng nhiều năm qua. Cường độ siêu âm thấp khoảng 1 MHz được áp dụng rộng rãi kể từ thập niên 1950 cho vật lý trị liệu trong viêm gân và viêm bao hoạt dịch. Trong thập niên 1980, sốc óng biên độ áp lực cao [ high-pressure-amplitude shock waves] bắt đầu được dùng tán sỏi thận và ''lithotrisy'' nhanh chóng thay cho phẫu thuật và là lựa chọn đi ềutrị thường xuyên nhất ứng dụng được chấp Trong tất cả các ứng dụng điều trị bằng tác động sinh học siêu âm, chuẩn hóa, định liều, bảo đảm lơi ích tối ưu về tỷ lệ rủi ro cho bệnh nhân. Siêu âm điều trị thường có, cũng xác định lơi ích và rủi ro và do đó vấn đề xử trí an toàn cần trình bày cho bác sĩ. Tuy nhiên, thông tin an toàn có thê phân tán, khó hiểu, hoặc tùy thuộc vào xung đột lợi ích thương mại. Tầm quan trọng tối thượng để xử trí các vấn đề này là giao tiếp thông tin an toàn thực hành của các nhóm có thẩm quyền, chẳng hạn American institute of Ultrasound in Medicine cho cộng đồng siêu âm y học. Trong tổng quan này, ủy ban Bioeffects của American institute of Ultrasound in Medicine vạch ra các phương pháp điều trị siêu âm, trong đó việc sử dụng lâm sàng hoặc trong nghiên cứu, và cung cấp hướng dẫn chung để đảm bảo an toàn siêu âm điều trị. siêu âm không chỉ là môt phương thức chuẩn đoán hình ảnh mà còn là một phương thức điều trị mà trong đó năng lượng được gửi trong mô để tạo ra các tác dụng sinh học. Ứng dụng y học siêu âm cho trị liệu bắt đầu được khám phá từ thập niên 1930. Các ứng dụng ban đầu đã cố sử dụng các cơ chế làm nóng mô tissue heating cho nhiều bệnh khác nhau. Qua các thập niên sau, những tiến bộ khoa học cho phép cải tiến phương pháp điều trị hiệu quả bệnh Meniere, bằng cách hủy dây thần kinh tiền đình vestibular và bệnh Parkinson bằng cách dùng siêu âm tập trung focused US để huỷ mô não khu trú. Vào những năm 1970, siêu âm điều trị được thành lập cho vật lý trị liệu và nghiên cứu tiếp tục với các ứng dụng khó khăn hơn trong neurosurgery và cho điều trị ung thư. Sau đó, siêu âm điều trị đã phát triển tăng tốc, với một loạt các phương pháp hiện nay còn sử dụng. Các ứng dụng mạnh của siêu âm điều trị hiệu quả cũng mang lại các tác dụng sinh học rủi ro ngoại ý bất lợi, dẫn đến chấn thương nghiêm trọng, thậm chí đe dọa mạng sống bệnh nhân. Vì vậy, việc chuẩn hóa, định liều [dosimetry], bảo đảm lợi ích, và giảm thiểu nguy cơ tác dụng phụ phải được xem xét cẩn thận để đảm bảo một kết quả tối ưu cho bệnh nhân. Cục quản lý dược và Thực phẩm – các chế độ được chuẩn y cho siêu âm điều trị Mục đích của tổng quan này là một phác thảo ngắn về sự phát triển gần đây của các ứng dụng siêu âm điều trị và các thiết bị chuyên ngành đã được chấp thuận cho sử dụng, cùng với cân nhắc an toàn có liên quan. Các ứng dụng điều trị của siêu âm có thể được sử dụng lâm sàng sau khi được chính phủ phê duyệt ví dụ như bởi FDA tại Mỹ cho tiếp thị các thiết bị điều trị thích hợp. Danh sách các ứng dụng điều trị được FDA chấp thuận với các thiết bị sử dụng trong lâm sàng được cung cấp trong bảng 1. Cơ sở cơ bản của năng lượng và các cơ chế qua trung gian siêu âm cho các hiệu ứng sinh học được thảo luận, theo sau thảo luận về các phương pháp siêu âm điều trị bằng cách sử dụng nhiệt, bao gồm vật lý trị liệu, hyperthermia và siêu âm tập trung cường độ cao HIFU. Sau đó các ứng dụng nonthermal được xem xét, bao gồm cả extracorporeal shock wave lithotripsy ESWL, intracorporeal lithotripsy và cường độ thấp hơn, các thiết bị siêu âm với tần số kilohertz. Một số phương pháp trị liệu siêu âm không chắc chắn, với nhiều cơ chế, bao gồm cả skin permeabilization thẩm thấu qua da để phân phối thuốc và siêu âm xung cường độ thấp, có thể làm sớm lành xương gãy. Tiềm năng mới phương pháp siêu âm điều trị được đề cập ở phần cuối, bao gồm cả microbubble [vi bọt] mới hoặc phương pháp điều trị bằng cách tạo hốc [cavitation]. Cuối cùng, người đọc được nhắc nhở về cân nhắc an toàn quan trọng, và hướng dẫn điều trị chung được trình bày. Không nghi ngờ gì về khám phá lý sinh tiếp tục trong siêu âm sẽ dẫn đến các phương pháp điều trị và ứng dụng mới. Một khi siêu âm điều trị được tiếp tục phục hưng, phương pháp điều trị mới được thành lập trong phòng thí nghiệm sẽ được chuyển đến lâm sàng trong tương lai gần. Tin tức khác Tất Thành trở thành nhà phân phối chính thức của Olympus Chương trình đào tạo RFA tuyến giáp Hội nghị khoa học Điện quang can thiệp toàn quốc lần thứ 10 Thông báo tổ chức Chương trình đào tạo RFA tuyến giáp Hội thảo khoa học RFA Gan Thông báo tổ chức VSIR 2023 6 điều cần biết về sinh thiết phổi Sinh thiết lõi kim là gì Lấy mẫu sinh thiết có nguy hiểm không Điều trị tắc sữa bằng máy siêu âm đa tần Bài viết được tư vấn chuyên môn bởi Thạc sĩ, Bác sĩ Tôn Nữ Trà My - Khoa Chẩn đoán hình ảnh - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Central Park. Bác sĩ có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh. Siêu âm là kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh được ứng dụng rộng rãi trong y khoa. Ngày nay, các máy siêu âm ngày càng hoàn thiện và cao cấp hơn, giúp nâng cao tính an toàn cao cho người bệnh và là trợ thủ đắc lực cho các y bác sĩ trong việc chẩn đoán và điều trị. Vậy nguyên lý tạo ảnh trong siêu âm y khoa là gì? 1. Siêu âm là gì? Siêu âm là một trong những phương pháp chẩn đoán hình ảnh không xâm lấn được sử dụng rất rộng rãi. Nguyên lý tạo ảnh trong siêu âm là ghi nhận những hình ảnh bình thường hoặc bất thường của một số cơ quan trong cơ thể thông qua ứng dụng cơ chế của sóng siêu âm và tái tạo lại hình ảnh bằng hệ thống máy vi tính hiện qua đó, siêu âm vừa giúp chẩn đoán các bệnh lý khác nhau, vừa có giá trị trong theo dõi và đáp ứng điều trị của bệnh nhân. Siêu âm còn có thể cung cấp hình ảnh theo thời gian thực, do đó có thể đánh giá được hình ảnh cấu trúc, sự chuyển động các cơ quan trong cơ thể. 2. Siêu âm dùng để làm gì? Siêu âm ổ bụng cho bệnh nhân Siêu âm có giá trị trong một số vấn đề sauKhảo sát các bộ phận, cơ quan như siêu âm ổ bụng tổng quát, sản phụ khoa, tim mạch, thận, tiết niệu hoặc tiền liệt tuyến, siêu âm tuyến giáp, tuyến vú, siêu âm cơ xương khớp hoặc tinh hoàn...Bên cạnh chẩn đoán bệnh thì siêu âm còn được sử dụng để dẫn đường sinh thiết, chọc dò dịch màng phổi, màng bụng hoặc hỗ trợ trong điều trị. 3. Cơ chế hoạt động của máy siêu âm là gì? Nền tảng hoạt động chính của máy siêu âm là dựa vào nguyên lý định vị bằng sóng siêu âm. Khi hoạt động, thông qua một đầu dò đặc biệt vừa có chức năng phát và thu nhận phản hồi của sóng siêu âm, bác sĩ sẽ đặt đầu dò này sát lên da bệnh nhân để ghi nhận những hình ảnh của cơ quan bên dưới. Nguyên lý hoạt động cơ bản của máy siêu âm Khi đi qua các mô trong cơ thể, sóng siêu âm sẽ tiếp xúc với các đường ranh giới của các loại mô khác nhau ví dụ dịch và mô mềm, mô mềm và xương.... Đầu dò phát sóng siêu âm đi, tiếp xúc với mỗi loại mô khác nhau sẽ tạo ra phản hồi âm khác số sóng âm khác sẽ tiếp tục đi xuyên qua, tiến sâu hơn vào trong cơ thể và gặp các các đường ranh giới khác nằm sâu hơn, tạo phản hồi âm khác quay trở lại đầu dò siêu âm đặc biệt này sẽ thu nhận các sóng âm phản hồi khác nhau, xử lý và gửi các thông tin thu được đến hệ thống máy vi tính hiện đại để tái tạo hình ảnh cơ quan. Đây chính là nguyên lý tạo ảnh trong siêu siêu âm hoạt động dựa vào 2 thông số là vận tốc sóng âm truyền đi trong mô và thời gian mà sóng phản hồi quay về đầu dò. Sau khi được xử lý, máy siêu âm sẽ hiển thị những hình ảnh thu được lên màn hình với các chế độ hiển thị khác nay, đa số các dòng máy siêu âm đều sẽ có cùng nguyên lý hoạt động. Để mang lại hình ảnh rõ nét với nhiều chiều không khác nhau, các nhà kỹ thuật cho ra đời các máy siêu âm 3D, 4D hiện đại giúp việc chẩn đoán và điều trị dễ dàng hơn. 4. Những hình thức hiển thị hình ảnh siêu âm Kiểu A Amplitude Mode, A Mode Kiểu hiển thị này cũng hoạt động dựa theo nguyên lý cơ bản của siêu âm. Đầu dò phát sóng âm gián đoạn, khi sóng âm đi xuyên qua các mô sẽ tạo sóng phản hồi khác nhau. Từ đó tạo ra những tín hiệu điện và được máy tính xử lý, hiển thị trên màn hình dưới dạng những sóng nhọn nhô lên khỏi đường đẳng B Brightness Mode, B Mode Nguyên lý cũng tương tự nhưng những hình ảnh thu được sẽ hiển thị dưới dạng thang xám theo thời gian thực. Cường độ tín hiệu phản âm càng mạnh thì hình ảnh thu được càng sáng. Các mô cho phản âm cường độ mạnh có màu trắng, không có phản âm có màu đen, các mô khác nhau sẽ cho phản âm khác nhau tùy theo quy ước và thể hiện qua các màu sắc của thang TM Time Motion Mode, TM Mode Đây thực chất là siêu âm B Mode kết hợp hiển thị các chuyển động của cơ quan theo thời gian thực. Siêu âm TM Mode được sử dụng để đánh giá sự chuyển động, đo kích thước, sự đàn hồi... 5. Các loại đầu dò siêu âm Hình ảnh một số loại đầu dò siêu âm Đầu dò Transducer - Probe có chức năng vừa phát sóng siêu âm đi, vừa thu các sóng âm phản hồi trở lại. Cấu tạo của đầu dò siêu âm bao gồm một hoặc nhiều miếng gốm áp điện, khi có dòng điện kích thích vào miếng gốm này sẽ xuất hiện hiện tượng co giãn và phát ra sóng siêu đó, khi có các sóng phản âm trở lại thì các miếng gốm áp điện rung lên và tạo ra xung động, đưa vào hệ thống máy tính để xử lý và tái tạo hình ảnh. Dựa vào chức năng và tần số khảo sát khác nhau mà hãng sản xuất sẽ chế tạo các loại đầu dò có hình dạng và kích thước phù hợpĐầu dò thẳng Linear Array Loại đầu dò này có tần số cao, cho hình ảnh độ phân giải cao. Sử dụng nhiều trong siêu âm các vùng nông như da, tuyến giáp, tuyến vú, mạch máu...Đầu dò cong convex Loại này có tần số thấp hơn, hình ảnh độ phân giải cũng thấp hơn. Thưởng sử dụng để đánh giá các cơ quan sâu như ổ bụng, siêu âm thai hoặc mạch máu ở sâu...Đầu dò siêu âm tim Tương tự đầu dò cong và sử dụng chuyên dụng trong đánh giá hình ảnh của quả tim. 6. Phân loại máy siêu âm Máy siêu âm GE E9 Có rất nhiều loại máy siêu âm khác nhau tùy theo hình dạng, công nghệ, chức năng và phạm vi ứng dụngTheo hình dáng máy siêu âm xe đẩy, máy siêu âm xách tay để bàn, máy cầm tay...Theo công nghệ Máy siêu âm đen trắng, máy siêu âm 3D/4D, siêu âm màu, siêu âm Doppler, ...Theo phạm vi ứng dụng Máy siêu âm tim, máy siêu âm tổng quát, máy siêu âm sản/phụ khoa... Để đặt lịch khám tại viện, Quý khách vui lòng bấm số HOTLINE hoặc đặt lịch trực tiếp TẠI ĐÂY. Tải và đặt lịch khám tự động trên ứng dụng MyVinmec để quản lý, theo dõi lịch và đặt hẹn mọi lúc mọi nơi ngay trên ứng dụng. XEM THÊM Siêu âm có ảnh hưởng đến thai nhi không? Có thể nhận biết dấu hiệu của mang thai tuần đầu? Thai 3 tuần siêu âm có thấy được không? Trong các ứng dụng đo cự li, chẩn đoán hình ảnh, đo mực chất lỏng,… đòi hỏi độ chính xác cao thì cảm biến siêu âm là một thiết bị lý tưởng được lựa chọn. Vậy cảm biến siêu âm có cấu tạo và hoạt động thế nào để mang lại hiệu quả? Hãy tham khảo bài viết dưới đây để hiểu rõ hơn về thiết bị này. Cảm biến siêu âm hoạt động ra sao? Cảm biến siêu âm là thiết bị cảm biến điện tử, được dùng để đo khoảng cách của một đối tượng mục tiêu bằng cách phát ra sóng siêu âm, sau đó âm thanh phản xạ được chuyển đổi thành tín hiệu điện. Tín hiệu sẽ được xử lý và thông báo ở đầu ra. Bộ phát của cảm biến có khả năng tạo ra âm thanh nhờ sử dụng tinh thể áp điện. Còn bộ thu có vai trò tiếp nhận âm thanh đến và đi từ các vị trí. Cấu tạo của cảm biến siêu âm? Thiết bị cảm biến siêu âm được cấu tạo bởi một bộ phận chính là đầu dò phát ra tín hiệu. Đầu dò của cảm biến hoạt động tương tự như một microphone để nhận và phát siêu âm. Các thiết bị đầu dò cảm biến sóng siêu âm này đều có cấu tạo chung bao gồm Bộ phát Bộ phận được cấu tạo từ gốm, với đường kính cỡ 15mm, hoạt động dựa trên chuyển động bằng máy rung để tạo ra các sóng siêu âm truyền trong không khí. Bộ thu Với nhiệm vụ hình thành các rung động cơ học tương thích với sóng siêu âm và chuyển đổi thành năng lượng điện ở đầu ra của bộ thu. Bộ điều khiển Bộ phận sử dụng mạch điện tích hợp để điều khiển sự truyền sóng siêu âm của bộ phát, từ đó đánh giá được khả năng nhận tín hiệu và kích thước của bộ thu. Nguồn điện Nguồn 1 chiều cung cấp năng lượng cho thiết bị cảm biến thông qua mạch ổn áp. Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm là gì? Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên quá trình phát và thu nhận tín hiệu; hệ thống cảm biến sẽ liên tục phát ra các sóng âm có tần số cao hơn mức mà con người có thể nghe và có tốc độ lan truyền nhanh, mạnh. Khi các sóng âm này gặp phải bề mặt vật cản như chất rắn hay chất lỏng thì sẽ tạo ra các bước sóng phản xạ lại. Thiết bị cảm biến sẽ tiếp nhận sóng phản xạ, phân tích và xác định chính xác khoảng cách từ cảm biến đến vật cản. Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm Các chỉ số cần biết của cảm biến siêu âm Với nguyên lý hoạt động là tạo ra tần số sóng siêu âm, có nhiều vật liệu cấu thành đầu dò cảm biến & kích thước cũng đa dạng cho nên khả năng hoạt động của mỗi đầu dò sẽ có sự khác nhau. Các chỉ số quan trọng của đầu dò cảm biến siêu âm mà người dùng nên quan tâm bao gồm Tần số hoạt động của cảm biến siêu âm Tần số mà cảm biến siêu âm tạo ra là tần số cộng hưởng của đầu dò cảm biến. Độ nhạy và khả năng hoạt động chính xác của cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào tần số phát ra của cảm biến, khi tần số càng lớn thì tốc độ phản hồi càng nhanh. Nhiệt độ của cảm biến siêu âm Nhiệt độ của đầu dò cảm biến siêu âm sẽ tăng trong quá trình hoạt động và có ảnh hưởng tới khả năng làm việc của thiết bị. Các cảm biến có công suất nhỏ như cảm biến siêu âm đo mức nước có nhiệt độ tương đối thấp và có thể hoạt động trong thời gian dài mà không bị ảnh hưởng. Đối với các đầu dò siêu âm trong y tế thì ngược lại cần phải có thiết bị làm lạnh riêng để đảm bảo hoạt động chính xác. Độ Nhạy Độ nhạy của cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào tần số hoạt động của đầu dò cảm biến và bộ điều khiển. Khi tần số càng cao thì độ nhạy càng cao và ngược lại. Hiển thị Thông thường các cảm biến siêu âm có tích hợp hiển thị để biết được khoảng cách đo là bao nhiêu mét ngay trên cảm biến. Tuy nhiên, một số cảm biến siêu âm đo mức nước giá rẻ thường loại bỏ hiển thị mà chỉ đưa tín hiệu Analog 4-20mA về trung tâm điều khiển để tiết kiệm chi phí. Độ chính xác Đối với mọi thiết bị đo, độ chính xác luôn là yếu tố mà bạn cần phải chú trọng. Cảm biến siêu âm là một trong những loại thiết bị đo có độ chính xác cao, sai số nhỏ. Tùy vào từng dòng mục đích sử dụng mà bạn có thể chọn các dòng cảm biến siêu âm với độ chính xác phù hợp. Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến sóng siêu âm Ưu điểm Sóng siêu âm giúp người sử dụng có thể đo khoảng cách từ điểm phát đến vật thể mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp. Do đó, thiết bị này rất hữu dụng, có thể dùng để đo các chất lỏng có độ ăn mòn cao, nguy cơ gây hại đến cơ thể. Ngoài chất lỏng, các sóng siêu âm còn có thể lan truyền trong nhiều môi trường khác như không khí, chất rắn,… để phát hiện và đo khoảng cách giữa các vật. Hệ thống cảm biến siêu âm có độ nhạy cao nên thời gian phản hồi nhanh, độ chính xác cao với sai số khá nhỏ, chỉ rơi vào khoảng trung bình là 0,15% trong khoảng cách 2m. Nhược điểm Do hoạt động dựa vào sóng siêu âm nên hệ thống cảm biến siêu âm có thể bị nhiễu tín hiệu bởi các sóng cao tần hoặc do lắp đặt chưa đúng cách. Người dùng nên đọc kỹ hướng dẫn của nhà sản xuất để lắp đặt và sử dụng chính xác. Ngoài ra, chi phí cho một thiết bị cảm biến siêu âm cũng khá cao. Những ứng dụng cảm biến siêu âm là gì? Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản Trên các dòng phương tiện giao thông hiện đại như ô tô, ở phần đầu xe và đuôi xe đều được trang bị cảm biến siêu âm đo khoảng cách. Cảm biến siêu âm giúp đo khoảng cách Cảm biến siêu âm khi hoạt động sẽ phát ra 1 chùm tia sóng hình nón xuống vị trí cần đo khoảng cách. Thông thường cảm biến siêu âm dùng để đo khoảng cách từ cảm biến xuống bề mặt sản phẩm trên băng chuyền trong các nhà máy sản xuất. Nếu khoảng cách từ cảm biến xuống bề mặt sản phẩm đột ngột thay đổi thì khả năng là sản phẩm đó đang bị móp, méo hoặc đang bị nứt. Dựa vào đó cảm biến sẽ báo động và loại sản phẩm đó ra khỏi băng chuyền. Cảm biến siêu âm đo mức nước Cảm biến siêu âm giúp xác định mức nước Cảm biến siêu âm cho phép xác định khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt chất lỏng một cách nhanh chóng bất kể độ trong hay đục của nước như thế nào. Do vậy thiết bị này trở thành một trợ thủ đắc lực, không thể thiếu đối với ứng dụng này. Các cảm biến này thường được trang bị khả năng kháng nước để có thể làm việc hiệu quả trong điều kiện ẩm ướt. Cảm biến vân tay siêu âm bảo mật Các thiết bị điện thoại thông minh hiện nay đã có hỗ trợ cảm biến vân tay siêu âm. Cảm biến này hoạt động dựa trên công nghệ “3D Sonic Sensor”, bằng cách thu lại sóng âm bị phản hồi lại từ làn da của bạn. Nó sẽ ghi lại thông tin chi tiết của vân tay để có thể mở khóa màn hình điện thoại. Ngoài ra cảm biến siêu âm còn được ứng dụng trong nhiều trường hợp khác như Phát hiện điểm bất thường Phát hiện người tới gần Những loại cảm biến siêu âm hiện nay Cảm biến siêu âm ứng dụng công nghiệp có hiển thị Thông thường các cảm biến siêu âm sẽ được gắn màn hình hiển thị LCD cho phép tùy chọn khoảng cách đo tùy ý mà không cần mẫu thử, việc cài đặt thiết bị cũng rất dễ dàng. Tất cả đều được nhập bằng tay vào màn hình của cảm biến. Màn hình vừa có chức năng cài đặt, vừa có chức năng hiển thị mức nước hoặc tín hiệu ngõ ra. Với thiết kế chắc chắn, có tiêu chuẩn chống nước và chịu nhiệt tốt. Đây là loại cảm biến được khá nhiều người lựa chọn. Cảm biến siêu âm ứng dụng công nghiệp không hiển thị Nhằm tối ưu giá thành, các cảm biến siêu âm không hiển thị ra đời. Thiết bị sẽ không có màn hình hiển thị trên cảm biến, do vậy nên việc cài đặt khó khăn hơn so với loại có màn hình hiển thị. Các dải đo của cảm biến siêu âm công nghiệp không hiển thị khá rộng. Tín hiệu ngõ ra dạng 4-20mA hoặc 0-10V và có khả năng chống nước tốt. H3 Cảm biến siêu âm có chống nước Đối với các ứng dụng đo mực chất lỏng, cảm biến siêu âm sẽ phải có khả năng chống nước, chống ẩm cao. Các tiêu chuẩn cho cảm biến thường là chuẩn chống nước ở mức IP67 hoặc cao hơn. Các loại cảm biến này thường được lắp đặt ngoài trời; nên cần phải có chuẩn chống chịu nước để bảo vệ trước thời tiết nắng, mưa. H3 Cảm biến siêu âm – SRF05 SRF05 là loại cảm biến siêu âm chuyên dùng để đo khoảng cách; đo mức chất lỏng, hoặc dùng trong cách mạch điện của robot dò đường; phát hiện các vết đứt gãy trong dây cáp…. Với ưu điểm là kích thước nhỏ gọn; có thể kết nối dễ dàng với các MCU Arduino, DSP, AVR, … Tuy nhiên loại cảm biến này có độ nhiễu khá lớn và khoảng cách đo hạn chế, chỉ từ 2 cm -> 450cm. Ngoài ra cảm biến có sai số khá lớn với những ứng dụng trong phạm vi rộng. Lưu ý khi mua cảm biến siêu âm Trước rất nhiều loại cảm biến siêu âm khác nhau trên thị trường, người dùng khi lựa chọn nên chú ý một số những điều sau. Khoảng cách đo bao xa Tùy vào từng ứng dụng đo khoảng cách khác nhau mà người dùng có thể chọn mua loại cảm biến siêu âm sao cho phù hợp. Ví dụ với những ứng dụng đo khoảng cách gần, bạn sẽ chọn mua những loại cảm biến siêu âm chuyên dụng tương ứng. Vùng mù của cảm biến có phù hợp Vùng cảm biến là yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng tới khả năng hoạt động của thiết bị. Đây là khoảng cách từ bộ phát của cảm biến tính xuống phía dưới. Bạn nên chú ý lựa chọn cảm biến sao cho phù hợp với vị trí sử dụng. Nhiệt độ và môi trường tại nơi cần đo Do cảm biến siêu âm cũng chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường, do vậy khi chọn mua bạn nên lưu tâm điều này. Với những ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt, hãy chọn những thiết bị có khả năng chịu nhiệt, chịu lực cao. Top thương hiệu bán cảm biến siêu âm uy tín chất lượng Cảm biến siêu âm Omron Omron là một thương hiệu lớn tới từ Nhật Bản, chuyên cung cấp các dòng cảm biến chất lượng. Cảm biến siêu âm từ hãng được người dùng đánh giá tốt cả về chất lượng cũng như giá thành. Cảm biến siêu âm mực nước Omron Cảm biến siêu âm Carlo Gavazzi Với thương hiệu tới từ Italy, cảm biến siêu âm từ hãng được nhiều người dùng phản hồi tốt. Thiết bị cảm biến này thường có phạm vi đo là 350mm đến 6000mm, được tùy chỉnh thang đo trong giới hạn 6000mm. Cảm biến siêu âm Carlo Gavazzi UA18CAD22PKTI Cảm biến siêu âm đo mức Dinel Dinel là một thương hiệu khá lớn của Cộng hòa Séc chuyên về các loại cảm biến đo lường, báo mức chất lỏng, chất rắn…. Cảm biến siêu âm của Dinel cho phép đo mức cho các loại môi trường khác nhau như nước, dầu; xăng, socola, rượu, xi măng,…. nên đáp ứng được trong nhiều ứng dụng. Xem thêm Cảm Biến Vân Tay Là Gì? Ứng Dụng Của Cảm Biến Vân Tay Lời Kết Với nhu cầu sử dụng các cảm biến siêu âm ngày càng cao, trên thị trường cho ra mắt rất nhiều loại cảm biến khác nhau, điều này đôi khi gây khó khăn cho người dùng khi lựa chọn. Do vậy, bài viết này đã cung cấp cho người đọc những thông tin chi tiết về các loại cảm biến siêu âm cũng như những lưu ý trước khi chọn mua. Hy vọng sẽ giúp ích cho bạn trong quá trình lựa chọn và sử dụng. Nếu còn băn khoăn về cảm biến, hãy liên hệ ngay với Hunonic để được hỗ trợ trực tiếp nhé! Xem thêm Top 10 Bộ Cảm Biến Chuyển Động – Giải pháp thông minh 2023 Hướng dẫn lựa chọn và sử dụng công tắc thông minh Hunonic Ứng dụng của trí tuệ nhân tạo AI trong cuộc sống Mẫu thiết kế nhà thông minh giá rẻ chỉ từ [3 triệu đồng] Ra Mắt Công Tắc Cầu Thang Hunonic – Mất Wifi Không Mất Liên Kết Cảm biến siêu âm là gì? Đây là thiết bị điện tử dùng để đo khoảng cách của một đối tượng mục tiêu bằng cách phát ra sóng siêu âm. Sau đó âm thanh phản xạ và được chuyển đổi thành tín hiệu điện. Theo đó, bộ phát của cảm biến có khả năng tạo ra âm thanh nhờ sử dụng tinh thể áp điện. Còn bộ thu có vai trò tiếp nhận âm thanh đến và đi từ các vị trí khác nhau. Các loại cảm biến siêu âm Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến được bày bán trên thị trường. Chúng đa dạng về chủng loại lẫn công dụng. Dưới đây là một vài loại phổ biến mà chúng tôi muốn giới thiệu đến bạn. Cùng tìm hiểu xem chúng có gì hay ho nhé Cảm biến siêu âm chống nước Với các loại cảm biến siêu âm thông thường được lắp đặt ở vị trí cao ráo như trên băng chuyền, board mạch sẽ không cần phải chống nước. Nhưng đối với những loại cảm biến mà chuyên dùng để đo mức chất lỏng thì khác. Chúng yêu cầu tiêu chuẩn chống nước phải ở mức tiêu chuẩn IP67 hoặc cao hơn. Bởi loại cảm biến này được lắp đặt ngoài trời, thường xuyên phải chịu ảnh hưởng của thời tiết. Vì vậy mà chúng cần tiêu chuẩn chống nước cao để có thể đảm bảo được hoạt động bình thường. Cảm biến siêu âm Arduino Cái tên Arduino không phải là cái tên của một loại cảm biến siêu âm. Arduino thực ra là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc với môi trường được diễn ra thuận lợi hơn. Arduino được ví như một chiếc máy tính thu nhỏ. Bạn có thể lập trình và thực hiện được các dự án điện tử mà không cần phải sử dụng bất cứ công cụ chuyên biệt nào để phục vụ việc nạp code. Cảm biến siêu âm omron Đây là một loại cảm biến đến từ thương hiệu Omron của Nhật Bản. Chính vì xuất thân từ đất nước công nghiệp hàng đầu nên bạn hoàn toàn có thể yên tâm về chất lượng của sản phẩm. Hơn nữa giá thành lại cực kỳ cạnh tranh bởi hãng này có một nhà máy ở “xưởng sản xuất thể giới” là Trung Quốc nên giá thành được giảm thiểu đáng kể đưa thiết bị này tiếp cận đến với nhiều người hơn. Cảm biến siêu âm Carlo Gavazzi Sản phẩm này xuất thân từ thương hiệu Carlo Gavazzi đến từ Ý. Đây cũng là một trong các nước thuộc thành viên nhóm G7 nên việc áp dụng những công nghệ hiện đại hàng đầu vào trong dây chuyền sản xuất là điều dễ hiểu. Vì thế nên chất lượng là điều không cần phải bàn đến với sản phẩm này. Chúng có phạm vi đo trong khoảng 350 – 6000mm nên bạn có thể cài đặt chúng ở bất cứ thang đo nào miễn là nằm trong giới hạn được nêu trên. Tín hiệu output của thiết bị cảm biến được sử dụng là dạng analog 4-20mA hoặc 0,10V. Dạng tín hiệu này cho phép hầu hết các thiết bị trên thị trường đều có thể đọc được và có loại như PLC cũng đều sẽ nhận được tín hiệu dạng này. Cảm biến siêu âm HC-SR04 Chúng được sử dụng rất nhiều trong việc xác định khoảng cách bởi có giá thành rẻ và tính chính các cao. Trong khoảng cách 2 -> 300 cm thì thiết bị này có thể đo được. Độ chính xác phụ thuộc gần như hoàn toàn vào việc lập trình. Cùng với dòng SRF05, nó được sử dụng trong bảng thiết kế robot và mạch Arduino. Cảm biến siêu âm SRF05 Đây là một dòng sản phẩm cảm biến chuyên dùng để đo khoảng cách, đo mức chất lỏng hoặc được sử dụng trong các mạch điện điện của robot dò đường hay phát hiện các vết đứt gãy trong dây cáp. Thiết bị có kích thước nhỏ gọn và khả năng kết nối dễ dàng với các MCU Arduino, DSP, AVR, PIC, ARM…. Tuy nhiên thiết bị này có độ nhiễu khá lớn và chỉ có thể đo được trong khoảng cách từ 2 – 450cm. Hơn nữa khi hoạt động thì thiết bị này sẽ phát ra một chùm sóng nhỏ có hình nón nên ở khoảng cách càng xa thì cảm biến xảy ra sai số sẽ càng nhiều. Cảm biến siêu âm đo mức nước Dinel Đây là thiết bị đến từ thương hiệu Dinel của Cộng hòa Séc. Thương hiệu này chuyên sản xuất các loại cảm biến đo mức, báo mức chất lỏng, chất rắn… Thương hiệu sản xuất thiết bị đo được hầu hết các loiaj môi trường khác nhau từ rắn cho đến lỏng nên đáp ứng được hầu hết các nhu cầu sử dụng của khách hàng. Ngoài ra thiết bị của hãng còn có mức giá rất tốt so với các thương hiệu lớn khác mà vẫn đảm bảo được tính chính xác cũng như độ bền của sản phẩm. Cấu tạo của cảm biến siêu âm Một thiết bị cảm biến sẽ bao gồm một đầu dò để phát ra tín hiệu. Đầu dò của cảm biến hoạt động giống như một chiếc micro dùng để thu và phát ra sóng siêu âm. Chúng được thiết kế với nhiều hình dạng như Đầu dò thẳng sóng dọc. Đầu dò ngang sóng ngang. Đầu dò sóng bề mặt. Đầu dò kép một đầu phát và một đầu nhận tín hiệu. Mặc dù có thiết kế khác nhau về bề ngoài nhưng các thiết bị đầu dò cảm biến sóng siêu âm này đều có chung một cấu tạo bao gồm Bộ phát Đây là bộ phận được làm từ gốm, với đường kính rộng 15mm, hoạt động nhờ cơ chế chuyển động bằng máy rung để tạo ra các sóng siêu âm lan truyền vào trong không khí. Bộ thu Bộ phận này có chức năng hình thành các rung động cơ học tương thích với sóng siêu âm và chuyển đổi thành năng lượng điện ở đầu ra của bộ thu. Điều khiển Là bộ phận sử dụng mạch điện tích hợp để điều khiển sự truyền sóng siêu âm của bộ phát, từ đó đánh giá được khả năng nhận tín hiệu và kích thước của bộ thu. Nguồn điện DC Bộ phận này cung cấp năng lượng cho thiết bị cảm biến thông qua mạch ổn áp, với mức điện áp PCB ± 10%, 24V ± 10%. Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm Loại cảm biến này có nguyên lý hoạt động dựa trên quá trình cho và nhận. Nói cách khác, hệ thống cảm biến liên tục phát ra sóng âm thanh vận tốc ngắn trên diện rộng với tần số cao hơn mức con người có thể nghe thấy. Khi các sóng âm thanh này va vào các chướng ngại vật như rắn hoặc lỏng, chúng tạo ra các bước sóng phản xạ. Cuối cùng, thiết bị cảm biến tiếp nhận, phân tích và phán đoán chính xác khoảng cách từ cảm biến đến vật cản. Chỉ số hiệu suất của cảm biến siêu âm Cốt lõi của đầu do siêu âm chính là khả năng phát ra tần số bên trong với vỏ bọc bằng nhựa bên ngoài có khả năng chống ăn mòn hiệu quả. Đầu dò cảm biến có được làm từ đa dạng các chất liệu và kích thước cũng có nhiều loại. Vì vậy mà hiệu suất làm việc của mỗi đầu dò sẽ là khác nhau. Trước khi chọn đầu dò thì cần xác định được khoảng cách đo để thiết bị có thể đo đạc được hiệu quả hơn và kết quả trả về cũng chính xác hơn. Các chỉ số đầu dò của cảm biến này sẽ bao gồm những chỉ số sau Tần số Tần số hoạt động của cảm biến này chính là tần số cộng hưởng của đầu dò cảm biến. Độ nhạy của cảm biến phụ thuộc nhiều vào tần số truyền của cảm biến, tần số càng cao thì tốc độ phản hồi sẽ càng nhanh. Nhiệt độ Nhiệt độ của đầu dò cảm biến âm tăng lên trong quá trình chẩn đoán. Do có điện dung nhỏ nên cảm biến âm đo mực nước có nhiệt độ tương đối thấp và có thể hoạt động trong thời gian dài mà không bị hỏng. Đối với đầu dò siêu âm y tế thì ngược lại, đầu dò này cần có hệ thống làm mát riêng để hoạt động tốt. Độ nhạy Độ nhạy của cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào tần số của cảm biến. Nếu tần số càng cao thì độ nhạy sẽ càng cao. Hiển thị Cảm biến siêu âm kết hợp màn hình hiển thị cho bạn biết khoảng cách đo được trực tiếp trên cảm biến là bao nhiêu mét. Ngoài ra, một số thiết bị cảm biến âm này dùng để đo mức nước giá rẻ trên thị trường hiện nay thường loại bỏ hiển thị mà chỉ đưa tín hiệu Analog 4-20mA về trung tâm điều khiển để tiết kiệm chi phí. Ưu, nhược điểm của thiết bị cảm biến âm Thiết bị cảm biến âm hiện nay được sản xuất trên dây chuyền công nghệ hiện đại nên sở hữu rất nhiều ưu điểm nổi bật vậy cùng khám phá xem đó là những ưu điểm gì nhé. Ưu điểm Sóng siêu âm cho phép đo khoảng cách từ máy phát đến vật thể mà không cần phải tiếp xúc. Do đó, thiết bị rất hữu ích khi dùng để đo chất lỏng có tính ăn mòn cao có thể gây hại cho cơ thể con người. Ngoài chất lỏng thì sóng siêu âm còn có thể lan truyền qua nhiều môi trường khác nhau như không khí, chất rắn,… để phát hiện và đo được khoảng cách giữa các vật thể với nhau. Hệ thống cảm biến cũng có độ nhạy cao, cho thời gian phản hồi nhanh và độ chính xác gần như tuyệt đối, với sai số trung bình chỉ 0,15% ở khoảng cách 2m. Nhược điểm Bên cạnh những ưu điểm vượt trội không thể phủ nhận thì vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề. Cụ thể như Hệ thống cảm biến âm có thể gây nhiễu tín hiệu nếu lắp đặt không đúng cách. Vì vậy, người dùng cần đọc kỹ hướng dẫn của nhà sản xuất để lắp đặt chính xác. Giá thành của các thiết bị cảm biến thường rất cao. Chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ và áp suất và chỉ thích hợp đo trong môi trường từ 60 độ C trở xuống và 1 bar trở lại. Ứng dụng của cảm biến siêu âm Công nghệ cảm biến siêu âm liên tục được cải tiến và sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Cảm biến siêu âm được coi là một tiêu chuẩn thiết yếu trong ngành công nghiệp hiện đại. Ứng dụng trên xe ô tô Thiết bị này sẽ được trang bị ở phần đầu và đuôi xe để có thể đo được khoảng cách và phát ra tín hiệu khi xe di chuyển gần với các vật cản. Thiết bị này khi hoạt động sẽ phát ra các tia sóng có dạng hình nó để có thể đo được khoảng cách giữa các phương tiện hoặc với vật cản. Nhờ những sóng âm này phát hiện và cảnh báo, người dùng có thể kịp thời xử lý tình huống và tránh xảy ra các va chạm không cần thiết. Trong các lĩnh vực khác Ngoài được ứng dụng trong ngành sản xuất ô tô thì thiết bị cảm biến âm này còn được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như Công nghiệp sản xuất Dùng để phát hiện ra các hư hỏng của sản phẩm hoặc để xác định kích thước và đo mức nhiên liệu của chất rắn. Cảm biến vân tay Cảm biến này phát hiện sóng âm thanh phản xạ từ da của người dùng. Sóng siêu âm được phát ra khi người dùng đưa tay lên màn hình điện thoại. Một con chip thông minh trong điện thoại của bạn sử dụng sóng siêu âm phản xạ để vẽ dấu vân tay của bạn bằng hình ảnh 3D. Đo mức nước Bạn đặt các thiết bị này trên các bồn chứa để có thể điều khiển hoặc báo động khi mức nước vượt quá mức cho phép. Bạn cũng có thể sử dụng chúng để có thể đo các loại chất lỏng có tính ăn mòn cao mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp. Điều này giúp bạn đảm bảo an toàn hơn. Lưu ý khi mua cảm biến siêu âm Chính vì trên thị trường hiện nay xuất hiện nhiều loại cảm biến âm. Nên trước khi mua bạn cần phải tìm hiểu thật kỹ về tính năng cũng như mục đích sử dụng để có thể chọn mua được thiết bị phù hợp. Dưới đây là những thông số bạn cần biết để có thể mua được sản phẩm ưng ý Khoảng cách đo Vì mỗi loại cảm biến sẽ có một thang đo khác nhau nên sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo của cảm biến. Vì nguyên lý hoạt động là phát ra những tia sóng hình nón và khoảng cách càng xa thì sai số càng lớn. Vì vậy bạn cần cân nhắc kỹ về khoảng cách để lựa chọn được thiết bị phù hợp. Nếu lắp cho robot hoặc trên xe oto thì khoảng đo lớn nhất chỉ nằm trong tầm vài mét trở lại. Còn nếu sử dụng đo chất lỏng công nghiệp thì có thể chọn loại có khoảng cách vài chục mét. Vùng mù Mọi thiết bị cảm biến siêu âm đều có 1 khoảng cách được gọi là vùng mù. Khoảng cách này được tính từ bộ phát xuống phía dưới. Ví dụ như khoảng cách đo của con cảm biến âm SRF05 là 2cm -> 450cm thì 2cm chính là vùng mù của cảm biến. Khi vật chất nằm trong vùng mù thì cảm biến sẽ không nhận diện được. Vì thế trước khi mua thì bạn nên hỏi kỹ xem vùng mù của thiết bị bạn muốn mua sẽ là bao nhiêu? Nhiệt độ và áp suất môi trường đo Do cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý truyền và nhận sóng siêu âm. Do đó, nếu nhiệt độ và áp suất trong bồn chứa quá cao sẽ dẫn đến sóng sẽ bị lệch. Thông thường, thiết bị cảm biến này dùng để đo mức nước có thể chịu được nhiệt độ ở trong khoảng 60 độ C và áp suất lên đến tối đa là 1 bar. Do đó, nếu môi trường đo là nhiệt độ cao và áp suất cao thì không nên chọn phương pháp đo mức siêu âm. Bởi chúng sẽ gây sai số quá lớn hoặc không thể hoạt động được trong môi trường như vậy. Vừa rồi AME Group đã cùng bạn đi tìm câu trả lời cho các câu hỏi cảm biến siêu âm là gì? Chúng có cấu tạo như thế nào? Ứng dụng trong cuộc sống ra sao? Hy vọng với những gì mà chúng tôi vừa cung cấp sẽ mang lại nhiều thông tin giá trị dành cho bạn. Cảm ơn bạn đã đọc và quan tâm đến bài viết. Hẹn gặp lại các bạn ở trong các bài chia sẻ hữu ích tiếp theo của chúng tôi. Hãy cùng chờ đón nhé. Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM TRONG TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO I Hóa âm Bức xạ siêu âm tạo ra năng lượng lớn để phản ứng xảy ra, thường xuất hiện sự phát xạ ánh sáng. Nguồn gốc của hóa âm và phát xạ siêu âm là sự tạo bọt dưới tác dụng của âm thanh sự hình thành, sự lớn lên, và sự vỡ bọt của các bọt khí trong chất lỏng được chiếu bức xạ siêu âm với cường độ cao. Sự vỡ của các bọt khí sinh ra lượng nhiệt và áp suất cục bộ cao trong thời gian ngắn. Những hot_spots có nhiệt độ 5000 K, áp suất 1000 atm, tốc độ nóng và làm lạnh vào khoảng 1010 K/s. Sự tạo bọt này có thể tạo ra những điều kiện hóa lý đặc biệt Khi chất lỏng có những hạt rắn được chiếu xạ với sóng siêu âm thì 1 hiện tượng sẽ xảy ra. Khi sự tạo bọt xảy ra gần bề mặt rắn, sự vỡ không đối xứng theo hình cầu mà tạo thành dòng lỏng bắn vào bề mặt. Những dòng này tạo ra sóng kích thích có thể phá hủy và làm sạch bề mặt, nhiệt bề mặt cao. Bức xạ siêu âm của huyền phù tạo ra hiệu ứng khác va chạm giữa các phần tử với tốc độ cao. Các sóng kích thích do sự tạo bọt gây ra có thể tăng tốc của các phần tử rắn rất cao. Kết quả của sự va chạm này là tạo ra sự thay đổi lớn trên bề mặt về hình thái, kết cấu và hoạt tính Hóa âm được chia thành nhiều loại dựa vào bản chất của sự tạo bọt hóa âm đồng thể của chất lỏng, hóa âm dị thể của lỏng-lỏng hoặc lỏng-rắn và hóa âm xúc tác. Trong vài trường hợp, bức xạ siêu âm có thể tăng tốc độ phản ứng cả triêu lần. Bởi vì sự tạo bọt chỉ xảy ra trong chất lỏng nên phản ứng hóa học không xảy ra khi chiếu bức xạ siêu âm vào hệ thống rắn-rắn hay rắn-khí được 1 Sự tạo bọt âm thanh Ảnh hưởng hóa học của siêu âm không bắt nguồn từ tương tác trực tiếp với các kiểu phân tử. Tần số siêu âm khoảng 15 Hz đến 1 GHz. Tốc độ âm thanh trong chất lỏng là 1500m/s, bước sóng âm thanh khoảng 10 đến 10-4 cm. Đây không phải là kích thước phân tử. Do đó không có mối liên hệ nào giữa âm thanh và phần tử hóa học ở mức độ phân tử đáng được kể đến trong hóa âm và phát xạ siêu âm Thay vào đó, hóa âm và phát xạ siêu âm xuất phát từ sự tạo bọt bởi âm thanh, như 1 phương pháp hiệu quả để tập trung năng lượng khuếch tán của âm thanh. Sư nén khí sinh ra nhiệt. sự nén bọt khí trong suốt quá trình tạo bọt nhanh hơn tốc độ truyền nhiệt chỉ xảy ra trong thời gian ngắn, tạo thành hot-spot. Những vi bọt này qua sự chiếu xạ của siêu âm thì sẽ hấp thu dần năng lượng từ sóng và sẽ phát triển. Sự phát triển của bọt phụ thuộc vào cường độ của sóng. Ở cường độ sóng cao, những bọt này sẽ phát triển nhanh thông qua tương tác quán tính. Nếu chu kỳ giãn nở của sóng đủ nhanh, bọt khí được giãn ra ở nữa chu kỳ đầu và nữa chu kỳ còn lại là nén Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành bọt, nhưng bọt chưa kịp nén thì lại được giãn tiếp, cứ thế bọt lớn dần lên và vỡ. Ở cường độ âm thấp hơn bọt khí cũng hình thành theo quá trình chậm hơn. Bọt sẽ dao động về kích thước qua nhiều lần nén và dãn, trong bọt sẽ có một lượng khí có sẵn, khí này sẽ tự do hơn khi dãn và mất tự do khi nén. Bọt phát triển sau mỗi lần dãn vì thế khí này sẽ càng tự do hơn áp suất khí bên trong sẽ giảm. Khi bọt phát triển tới kích thước không thể phát triển tiếp được ở cả 2 trường hợp cường độ sóng cao và thấp, bọt không hấp thu năng lượng được nữa, không tiếp tục giữ được hình dạng của nó và dưới áp lực từ chất lỏng bên ngoài đẩy vào trong kết quả là bọt sẽ vỡ vào trong. Sự vỡ vào trong của bọt không thường thấy trong môi trường phản ứng hóa học. 2 Sự hình thành dòng nhỏ trong suốt quá trình tạo bọt tại bề mặt rắnlỏng Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành 1 hiện tượng khác bắt nguồn khi sự tạo bọt xảy ra gần ranh giới bề mặt lỏng-rắn. Có 2 cơ chế trình bày hiệu ứng tạo bọt tại bề mặt dòng nhỏ va đập và sóng kích động phá hủy. Bất cứ khi nào sự tạo bọt hình thành gần ranh giới, sự không đối xứng của các phần tử lỏng chuyển động trong suốt quá trình vỡ bọt có thể tạo ra sự biến dạng mạnh trong các hốc. Thế năng của các bọt khí khi lớn lên sẽ chuyển thành động năng của các dòng lỏng vỡ vào bên trong và xuyên qua các bọt tiếp theo. Bởi vì hầu hết năng lượng hữu ích được chuyển thành dòng gia tốc, nhưng dòng này có thể đạt vận tốc hàng trăm mét trên giây. Bởi vì không đối xứng, dòng thường va đập vào ranh giới rắn và có thể tập trung năng lượng khổng lồ tại vùng va đập. Sự tập trung năng lượng này phá hủy bề mặt. Cơ chế thứ 2 tạo sự phá hủy bề mặt liên quan đến sóng kích thích được tạo bởi sự vỡ của các bọt trong dung dịch. Sự va đập của các dòng nhỏ và sóng kích thích trên bề mặt tạo ra sự mài mòn cục bộ liên quan đến siêu âm và nhiều hiệu ứng hóa âm của phản ứng dị thể. Trong quá trình này, sự mài mòn kim loại bởi sự tạo bọt sinh ra bề mặt nhiệt cao và hoạt tính cao Hình ảnh một bóng khí trong môi trường lỏng chiếu xạ siêu âm vỡ gần bề mặt rắn. Sự có mặt của bề mặt rắn là nguyên nhân của sự vỡ bất đối xứng, hình thành một vòi chất lỏng bắn vào bề mặt rắn với tốc độ rất cao. Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Ảnh SEM Scanning electron micrograph của bột kẽm sau khi kích thích sóng siêu âm. Đoạn nối giữa hai hạt kẽm được hình thành do sự nóng chảy cục bộ là kết quả của sự va chạm mạnh Bề mặt rắn lớn hơn kích thước lớn nhất của các bọt khí là cần thiết để tạo sự biến dạng bề mặt trong suốt quá trình bọt khí vỡ. Đối với siêu âm khoảng 20 kHz, sự phá hủy do các dòng không thể xảy ra nếu các phần tử rắn có kích thước lớn hơn 200μm. Trong trường hợp này, sóng kích thích được tạo bởi sự tạo bọt đồng thể có thể tạo sự va đập giữa các phần tử với tốc độ cao. Suslick và cộng sự nhận ra rằng dòng chảy rối và sóng kích thích bởi siêu âm mạnh có thể hướng các kim loại với tốc độ đủ cao vào nhau tạo sự nóng chảy khi va đập và sự mài mòn bề mặt tinh thể khi va sượt qua. Bột kim loại chuyển tiếp được dùng để dò nhiệt độ cục đại và khoảng tốc độ trong suốt quá trình va đập. Chiếu bức xạ vào bột kim loại Cr, Mo, W trong decane 20 kHz và 50 W/cm2, sự kết tụ do nóng chảy cục bộ xảy ra ở 2 kim loại đầu nhưng không xảy ra ở kim loại thứ 3. Dựa vào điểm nóng chảy của các kim loại này, nhiệt độ tại điểm va đập khoảng 3000oC không liên quan tới nhiệt độ hot-spot khi bọt khí vỡ. Từ vùng nóng chảy do va đập, lượng nhiệt sinh ra đã được nhận ra. Một sự ước lượng tương đối tốc độ va đập khoảng ½ vận tốc âm thanh Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Ảnh SEM của bột kim loại trước và sau khi chiếu xạ siêu âm. Crom nóng chảy 1857oC và các hạt crom bị biến dạng, kết tụ lại với nhau. Molybden nóng chảy ở 2617oC và các hạt Mo cũng kết tụ lại với nhau nhưng không hoàn toàn. Tungsten nóng chảy ở 3410oC và không bị ảnh hưởng. 3 Hóa âm Hóa học là sự tương tác giữa năng lượng và vật chất. Phản ứng hóa học đòi hỏi năng lượng từ dạng này hoặc dạng khác để tiến hành phản ứng hóa học dừng khi nhiệt độ tiến về 0 tuyệt đối. Siêu âm khác với các nguồn năng lượng truyền thống nhiệt, ánh sáng, gốc ion tự do về độ bền, áp suất, năng lượng mỗi phân tử. Nhiệt độ và áp suất lớn, tốc độ làm nóng và làm lạnh đặc biệt được tạo bởi sự vỡ bọt khí là siêu âm đã tạo ra 1 cơ chế hiếm có cho việc tạo hóa học năng lượng cao. Giống như quang hóa, 1 lượng lớn năng Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành lượng sinh ra trong khoảng thời gian ngắn, nhưng nó là nhiệt động , không phải điện tử. Khi quang phân, nhiệt độ nhiệt động cao, nhưng khoảng thời gian ngắn và nhiệt độ cao. Nhiệt do sự tạo bọt tồn tại rất ngắn nhưng xảy ra trong pha ngưng tụ. Hóa âm có áp suất cao có thể tạo kích cỡ vi mô giống vĩ mô 4 Thiết bị Có nhiều lọai thiết bị có thể sử dụng trong hóa âm. Thường có 3 lọai chính sau bể làm sạch siêu âm, sừng siêu âm và bình phản ứng dòng. Nguồn phát của siêu âm thường là các vật liệu áp điện, thường sử dụng gốm titan zirconate chì PZT, mà phụ thuộc vào điện thế xoay chiều cao với tần số siêu âm15 tới 50 kHz. Trong công nghiệp, các hợp kim từ giảo mạnh hơn thường là Ni có thể sử dụng như các cực của ống nam châm tạo từ trường xoay chiều với tần số siêu âm. Nguồn dao động được gắn trên tường của bể, sừng khuếch đại hoặc mặt ngoài của ống hay màn chắn Bể siêu âm 1 W/cm2 là nguồn được sử dụng nhiều trong các phòng thí nghiệm và sử dụng thành công với nhiều nghiên cứu hóa âm dị thể lỏng-rắn. Cường độ âm thanh thấp có thể sử dụng vì độ bền kéo ở bề mặt tiếp xúc lỏng-rắn giảm. Đối với nhiều loại phản ứng bể siêu âm là có thể sử dụng được. Các dạng sóng dừng trong siêu âm đòi hỏi sự điều chỉnh chính xác của bể phản ứng. Mặt khác, bể dễ chế tạo, giá rẻ, dễ sử dụng với kích cỡ khá lớn Nguồn siêu âm mạnh và an toàn thường sử dụng trong phòng thí nghiệm hóa học là sừng siêu âm 50 đến 500 W/cm2 , có thể sử dụng với những chất có hoạt tình và không có hoạt tính, áp suất khí quyển và vừa phải <10 atm. Những thiết bị này thường sử dụng trong sinh học để phá vỡ tế bào. Có nhiều cỡ năng lượng cung cấp và nhiều cỡ titan phù hợp với nhiều kích cỡ mẫu. Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Bình phản ứng dòng 5 Ứng dụng hóa âm trong tổng hợp vật liệu Ứng dụng đặc biệt của hóa âm là công cụ tổng hợp các vật liệu vô cơ, chẳng hạn tổng hợp sắt vô định hình. Nhìn chung hóa âm rất hữu dụng để tổng hợp vật liệu cấu trúc nano của kim loại chuyển tiếp, hợp kim, carbide, oxide và keo. Sự phân ly của các hợp chất cơ kim dễ bay hơi trong dung môi đang sôi tạo ra vật liệu nano với nhiều hình dạng khác nhau và hoạt tính xúc tác cao. Keo nano, lỗ xốp nano diện tích bề mặt lớn kết tụ, và oxide nano tựa xúc tác có thể tạo theo cách này. Ví dụ, chiếu siêu âm vào sắt pentacarbonyl với silicagel sẽ tạo Fe-SiO2 nano vô định hình tựa xác tác. Xúc tác này có hoạt tính cao hơn so với tổng hợp truyền thống là phương pháp ẩm. Tổng hợp hợp kim cũng có thể thực hiện bằng cách phân ly FeCO5 và CoCO3NO. Một ví dụ khác, chiếu siêu âm vào Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành MoCO6 tạo các bó nano lập phương tâm diện molybdenum carbide. Hoạt tính xúc tác này cao hơn so với xúc tác tách hydro chọn lọc platin II Tổng hợp oxide kim loại Khi chiếu xạ siêu âm dung dịch mà dung môi là nước thì sản phẩm tạo thành là H2 và . . H2O2 và các sản phẩm trung gian HO2, các gốc tự do H và O , e-aq .Khi phân ly nước bằng siêu âm sẽ tạo ra cả chất oxy hóa và chất khử. 1 Quy trình Sơ đồ chung để tổng hợp oxide kim loại Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Các chất phản ứng vô cơ, hoạt động bề mặt, pH của hỗn hợp, diện tích bề mặt của nhiều sản phẩm khác nhau cho trong bảng sau Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Trong các thí nghiệm thông thường, hòa tan chất hoạt động bề mặt với 1 lượng nhỏ ethanol trong bình 100 ml đem chiếu xạ siêu âm. Thêm lượng chất phản ứng vào dung dịch chất hoạt động bề mặt sau đó đổ nước cất vào bình chiếu xạ. Độ pH được duy trì bằng cách sử dụng NH4OH, sau đó gel được đem chiếu xạ trong 3h. Các chất kết tủa sẽ được ly tâm, làm sạch, sấy khô. Các chất hoạt động bề mặt sẽ được loại bỏ bằng cách nung hoặc dung môi chiết Các chất hoạt động bề mặt có nhiều loại sodium dodecylsulfate SDS và sodium dodecylbenzenesulfonate DBS như chất hoạt động bề mặt anion, polyethylene glycol monostearate PEG-MS như chất hoạt động bề mặt không ion, dodecyltrimethylammonium chloride DTAC và bromide DTAB như chất hoạt động bề mặt cation. 2 Tổng hợp oxide kim loại chuyển tiếp từ cacbonyl tương ứng Chiếu xạ siêu âm dung dịch decalin của FeCO5 tạo thành nano vô định hình Fe2O3. Không giống như sắt có thể nhận được dạng vô định hình bằng kỹ thuật làm lạnh, sắt oxide không thể chế tạo theo cách này. Tốc độ làm lạnh nhanh cần cho sắt oxide và các oxide kim loại khác. Bởi vì độ dẫn nhiệt của oxide kim loại thấp hơn nhiều so với kim loại nên “glass former” dùng để ngăn cản quá trình kết tinh được thêm vào nếu phương pháp làm nguội được áp dụng. Oxide kim loại vô định hình có thể được tạo thành theo phương pháp này chỉ khi thêm vào các” glass former” như P2O5, V2O5, Bi2O3, SiO2, CaO. Như đã đề cập tốc độ làm lạnh của sự vỡ các bọt khí khoảng 1010 Ks-1 nên Fe2O3 vô định hình có thể tạo thành bằng cách chiếu xạ siêu âm mà không cần thêm bất kỳ “glass former” nào. Nano Fe2O3 sẽ chuyển thành nano Fe3O4 tinh thể nếu nung ở 420oC ở áp suất chân không hoặc có mặt N2. Từ tính của Fe2O3 là thấp và kết tinh ở 268oC Bột Cr2O3 và Mn2O3 có thể tạo thành bằng phương pháp khử hóa âm dung dịch NH42Cr2O7 và KMnO4. Hiệu suất sẽ tăng nếu tăng nhiệt độ phản ứng và thêm vào ethanol. Bột vô định hình có kích cỡ 50-200nm. Khi nung ở 600-900K trong 4h thu được Mn2O3 và Cr2O3 kết tinh Chiếu xạ siêu âm MoCO6 trong decalin 3h môi trường khí tạo thành 1 chất màu xanh, bao gồm các tấm nano xốp đường kính 20nm. Khi nung chất này với sự có mặt của O2, H2, N2 sẽ tạo thành tinh thể MoO2, MoO3 và hỗn hợp 2 oxide này. Qua các phương pháp phân tích còn cho thấy có sự hiện diện của Mo2O5 gồm 2 loại Td và Oh. Nano Mo2O5 sẽ kết tủa đều và chặt trên Si nếu Si được thêm vào Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Sự oxy hóa MoCO6 không xảy ra trong các bọt khí do áp suất bay hơi thấp. do đó, phản ứng hóa âm MoCO6 xảy ra ở bề mặt phân cách. Các phân tử nước hình thành trong bọt khí khuếch tán vào bề mặt phân cách hoặc từ tác chất, khí ổn định Mo2O5 2MoCO6  17 / 2O 2  Mo 2O5  12CO 2 Sonolysis Mo 2 O5  2H 2O  Mo 2O5 .2H 2 O 3 Tổng hợp các ferrite từ carbonyl tương ứng Các hợp chất carbonyl khi chiếu xạ siêu âm có mặt Ar tạo thành hợp kim còn chiếu xạ trong không khí sẽ tạo các ferrite. Thực vậy, bột nano vô định hình và siêu nghịch từ NiFe2O4 được tạo thành khi khử siêu âm FeCO5 và NiCO4 trong decalin ở 273K, áp suất O2 là 100-150KPa. Phương pháp đo nhiệt trọng cho thấy nhiệt độ Curie là 44oC cho vô định hình và 560oC cho tinh thể Ferrite BaFe12O19 được tổng hợp bằng hóa âm từ FeCO5 và barium ethylhexanoate Ba-[OOCCHC2H5C4H9]2 trong decane, cường độ siêu âm mạnh. BaFe12O19 vô định hình thu được trong huyền phù keo, mà các phần tử nano phân bố đồng đều. Sau đó sẽ đem lắng hoặc bay hơi rồi nung ở nhiệt độ thấp thu được bột BaFe12O19 tinh thể. Đặc trưng của BaFe12O19 vô định hình là tạo thành vòng Olympic, những vòng nhỏ nằm trong vòng lớn. Chỗ giao nhau giữa các vòng trái ngược với cơ chế hình thành vòng dựa trên sự hình thành lỗ khô bằng bay hơi ẩm trên nền. Sự tạo thành đặc trưng này phụ thuộc vào lực từ với tương tác giữa các phần tử và nền. Đặc trưng khác là tạo thành barium hexaferrite như dung dịch keo khi không sử dụng chất hoạt động bề mặt Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành 4 Tổng hợp hỗn hợp oxide Chiếu xạ siêu âm vào dung dịch nickel nitrate, aluminum nitrate có mặt urê, nung ở 950oC trong 14h thu được nano spinel NiAl2O4 13nm, diện tích bề mặt 108m2g-1. Nano LaNiO3 được tạo bằng cách lắng dưới siêu âm. TEM chứng tỏ siêu âm có thể giảm kích thước các phần tử LaNiO3 20nm . Siêu âm có thể làm tăng hàm lượng oxide bề mặt và khuyết oxy bề mặt tinh thể. TPR chỉ ra LaNiO3 chế tạo bằng hóa âm có nhiệt độ khử thấp và tỉ lệ oxy bề mặt so với tinh thể cao. Ngoài ra hoạt tính xúc tác của phản ứng phân hủy NO cũng được tăng lên. Lanthanum strontium manganate LSM là hợp chất quan trọng trong SOFC cũng đã được sản xuất bằng hóa âm 5 Tổng hợp oxide đất hiếm Hầu hết các tác chất tổng hợp oxide kim loại là hợp chất cơ kim nhưng tổng hợp oxide đất hiếm đi từ dung dịch nước. Các nguyên tố đất hiếm phủ lên trên silic hay Al có kích cỡ 20-30nm. Tổng hợp các oxide đất hiếm đi theo cách sau europium oxide được hòa tan trong lượng nhỏ acid nitric rồi bay hơi cho đến khô. Muối nitrate khô được hòa tan trong 5 ml nước. Sau đó silic được thêm vào 30ml nước cùng lượng dung dịch nitrate. Thực hiện chiếu xạ siêu âm trong 1h và giữ becher trong bể lạnh. 5ml dung dịch ammonia 25% được thêm vào trong suốt quá trình chiếu xạ. Sản phẩm đem rửa nước, ly tâm rồi làm khô chân không Sản xuất europium oxide pha tạp trong nano silic mol% thì khác. Nó được thực hiện bằng cách thủy phân tetraethyl orthosilicate TEOS trong nước, ethanol, dung dịch europium nitrate. Dung dịch ammonia 25% được thêm vàao trong quá trình siêu âm thu được europium oxide đồng nhất silica Sợi nano europium oxide hình thành bằng cách chiếu xạ siêu âm dung dịch europium nitrate có mặt ammonia có kích cỡ 50x500nm. Chiếu xạ siêu âm dung dịch này thu được kết tủa europium hydroxide. 3   Eu aq  3H 2 O  EuOH3s  3Haq  NH 4aq Khi không thêm ammonium thì sẽ không xuất hiện kết tủa. Sự hình thành europium hydroxide được giải thích như sau EuOH3 hình thành hấp phụ NH4+ hoặc ammonia trên bề mặt, hình thành lớp mỏng gắn kết lại bằng liên kết hydro. Sự hấp phụ của NH4+ đã được chứng minh bằng sự hấp phụ NH4NO3 trên bề mặt bột sau lắng. Cũng có thể giải thích bằng các dòng nhỏ tốc độ cao bắn phá EuOH3 tạo sợi nano 6 Tổng hợp các oxide khác bằng hóa âm Brij-35 [polyoxyethylene lauryl ether] dùng để ổn định nano palladium nhận được đồng thời với PdO bằng cách khử hóa âm PdCl2, có mặt sodium sulfite và argon. Các phần tử này có đường kính 10nm. Nano PdO được khử tới nano Pd trong nồi hơi áp suất H2 50 bar ở 140oC. Hoạt tính xúc tác của nano Pd cũng khác với xúc tác Pd truyền thống Nano tinh thể CeO2 được tổng hợp bằng hóa âm và microwave từ dung dịch NH42CeNO36 dùng hexamethylenetetramine và poly ethylene glycol làm chất hoạt động bề mặt. sản phẩm có hình dạng đồng đều, kích thước nhỏ, hiệu ứng lượng tử dễ thấy Phương pháp khác để tổng hợp CeO2 là từ dung dịch cerium nitrate và azodicarbonamide như tác chất, ethylenediamine hoặc tetraalkylammonium hydroxide như phụ gia. Phụ gia có ảnh hưởng rất lớn đến kích thước và sự phân bố kích thước. CeO2 kích thước nhỏ được tạo thành khi có phụ gia còn CeO2 kết tụ sẽ nhận được khi không có phụ gia. CeO2 Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành nm được tạo thành khi chiếu xạ siêu âm mà tetramethylammonium hydroxide TMAOH tỉ lệ mol cerium nitrate/azodicarbonamine/TMAOH là 1/1/1 1 oxide hiếm thấy của Cu là Cu3O4 cũng được tổng hợp bằng hóa âm từ dung dịch đồng axetate và aniline tỉ lệ 110 tạo nano phase Cu3O4 trên nền polyaniline. Các oxide khác cũng có thể gắn vào polyaniline dễ dàng bằng phương pháp này Oxide tunsteng cũng được hình thành bằng hóa âm từ dung dịch WCO6 trong diphenylmethane DPhM, có mặt khí Ar 80% và O2 20%. Nung bột sản phẩm ở 550oC có mặt Ar tạo tinh thể WO2 đơn tà và hình thoi. Ủ sản phẩm trong Ar ở 1000oC tạo sợi nano WO2-WO3 đường kính 50nm. Nung sản phẩm trong 3h tạo thành nano tinh thể WO3 kích thước 50-70nm Bằng phương pháp hóa âm có thể tổng hợp các oxide kim loại từ hợp chất cơ kim acetate. Các oxide khác đã được nghiên cứu là CuO, ZnO, Co3O4, Fe3O4 trong dung môi nước hoặc hỗn hợp 10% nước-DMF 7 Tổng hợp nano TiO2 Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Tổng hợp xúc tác TiO2 với các pha anatase và brookite đã được nghiên cứu. Phương pháp là thủy phân titanium tetraisopropoxide trong dung dịch 11 EtOHH2O được chiếu xạ siêu âm Nano tinh thể TiO2 được tổng hợp bằng cách thủy phân titanium tetrabutyl trong nước và EtOH được hiếu xạ siêu âm. Cấu trúc và kích cỡ phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng, độ acid và thời gian phản ứng. Cơ chế hình thành nano tinh thể TiO2 như sau thủy phân titanium tetrabutyl trong nước, ngưng tụ tạo thành nhiều nhân nhỏ kết tụ lại thành bó lớn. Chiếu xạ siêu âm tạo nhiều hot spot và cấu trúc tinh thể hình thành gần những hot spot. Kích cỡ sợi titania và titania nanotube điều chế bằng hóa âm như sau sợi titania có chiều dài 1µm, chiều rộng 60nm. Các mảng titania hình thành từ các sợi titannia có đường kính 5nm. Titania nanotube có đường kính 50nm, chiều dài 200-300nm III Tổng hợp nano kim loại Bản chất của quá trình là tốc độ làm lạnh nhanh không đủ thời gian tạo dạng tinh thể 1 Tổng hợp bột nano kim loại Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Có thể tổng hợp các kim loại chuyển tiếp từ các gốc carbonyl Fe từ FeCO5 , Ni từ NiCO4 , and Co từ CoCO3NO. Chiếu siêu âm vào dung dịch Co2+ với hydrazine NH2-NH2 sẽ tạo thành các bó nano anisometric dạng đĩa kíck thước 100nm bề dày 15nm. Các phần tử pha nano kim loại Cu được hình thành khi chiếu siêu âm vào dung dịch CuN2H3COO Khi chiếu xạ siêu âm với sự có mặt của argon tạo thành hỗn hợp Cu2O và Cu. Nếu chiếu xạ với sự có mặt của H2 và argon sẽ tạo thành Cu nguyên chất. Các phần tử nhận được là vật liệu xốp có đường kính 50nm, nhỏ hơn phân hủy nhiệt. Cơ chế khi có mặt gốc tự do hydrogen như chất khử 2  Cu aq  2H.  Cu s0  2H aq Bó nano kim loại Pd tạo ở nhiệt độ phòng bằng cách khử siêu âm tỉ lệ mol 12 hỗn hợp PdO2CCH32 và CH3CH212NCH3BrNR4X trong THF hoặc MeOH. NR4X đóng vai trò như chất khử, có thể do sự phân hủy xảy ra ở vùng pha lỏng ngay lập tức bao quanh các hốc và cung cấp các gốc khử tự do. Pd vô định hình được nhận trong THF còn Pd tinh thể được nhận trong MeOH Có các nghiên cứu về tổng hợp nano kim loại quý hiếm như Ag, Au, Pd, Pt, Rh với sự phân bố hẹp phần tử Pd 5nm nhận được từ dung dịch Pd 1mmol trong dung dịch polyethylene glycol monostearate . Có 3 sự khử khác nhau được trình bày khử bằng nguyên tử H, khử bằng các gốc khử tự do bậc hai hình thành bởi H từ các phụ gia hữu cơ với gốc tự do OH và nguyên tử H, sự khử của các gốc tự do hình thành bởi nhiệt phân tại bề mặt phân cách giữa các bọt khí và dung dịch khối. Sự khử AgI và PtII theo cơ chế 2. Sự khử PdII và AuIII theo cơ chế 3. Sự khử RhIII không nhận được nhưng nếu thêm sodium formate thì có thể khử được. Các phần tử nano Pt được tạo thành khi chiếu xạ siêu âm với sự có mặt chất hoạt động bề mặt sodium dodecyl sulfate, SDS rất bền, hình cầu đồng nhất, đơn phân tán đường kính nm. Dạng khử hình thành gần các bọt khí nóng sẽ phản ứng với phức PtCl4-2 tạo các phần tử nano. Ag vô định hình 20nm được hình thành khi khử siêu âm dung dịch AgNO3 với sự có mặt của argon và hydrogen. Bằng phép đo màu PtIV chuyển thành Pt0 qua 2 bước PtIV được khử thành PtII, sau đó PtII được khử thành Pt0 Sự có mặt của các khí tạo các phần tử nano nhỏ và sắc nét hơn như Pd khi có mặt N2, Pt khi có mặt Xe. AuIII được khử khi có mặt lượng nhỏ 2-propanol tạo thành dạng keo. Kích cỡ và tốc độ khử AuIII phụ thuộc vào nhiệt độ dung dịch, cường độ âm, vị trí của bình phản ứng so với bộ dao động. Tốc độ khử khi có mặt các khí xếp theo thứ tự sau CH4 = CO2 < N2 < Ne < He như không xảy ra. Các kim loại từ được tạo thành dựa trên sự giãn nỡ nhanh của các dung dịch lỏng siêu tới hạn RESS với sự khử tạo thành nano nickel, cobalt, sắt , oxide sắt. Khi thêm các chất polymer ổn định tạo thành nano kim loại vô định hình ở nhiệt độ phòng 2 Tổng hợp keo kim loại Các phần tử nano kim loại hiếm Au, Pd,Ag nhận được khi chiếu xạ siêu âm trong dung dịch muối tương ứng với sự có mặt của chất hoạt động bề mặt để ổn định keo như keo dung dịch của phần tử sắt 8nm nhận được khi chiếu xạ FeCO5 khi có mặt acid Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành oleic. Các phần tử nhỏ hơn nhận được khi có mặt polyvinylpyrrolidine dù trong 2 trường hợp này sắt đều vô định hình và có từ tính cao. Sản xuất các dung dịch từ bằng hóa âm đã được nghiên cứu nhiều. Hệ thống bao gồm dung dịch keo cobalt trong decalin ổn định bằng acid oleic, keo phân tán của sắt vô định hình trong nền polyme, dung dịch keo Fe2O3 trong hexane ổn định bởi acid oleic. Dung dịch keo cobalt nhận được bằng quá trình lão hóa trong khí, cobalt chuyển từ 510nm thành kích thước 1µm sau 1 tháng 3 Tổng hợp nano hợp kim Pha nano Fe/Co nhận được khi chiếu xạ siêu âm hỗn hợp FeCO5 và CoCO3NO trong decalin. Dung dịch tỉ lệ mol 11 tạo thành hợp kim rắn Fe20Ni80 mà có thể phụ thuộc vào tỉ lệ áp suất bay hơi của 2 carbonyls trong pha khí của bọt khí bị vỡ. Phương pháp đo nhiệt trọng Fe20Ni80 chỉ ra nhiệt độ curie là 322oC cho vô định hình và 550oC cho tinh thể. Phương pháp đo nhiệt trọng chỉ ra sự hấp thu nhiệt chuyển pha ở 335oC của hỗn hợp pha từ và hợp kim tinh thể Bột thép M50 nhận được bằng phân hủy siêu âm các chất cơ kim FeCO5, EtxC6H6_x2Cr, EtxC6H6_x2Mo, và VCO6 trong decalin. Hình thái M50 nhận được là vi cấu trúc xốp. Các hạt sắt cố kết sự cố kết thực hiện ở điều kiện 275 Mpa, 700oC trong 1h có độ xếp chặt 100%. Độ cứng của sắt là 37 RC so với sắt thông thường là 4-5 RC. Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Đối với M50 là RC so với 58-62 RC của thép thông thường. Độ cứng càng cao nếu nồng độ cacbon thấp và ít oxy Dung dịch bão hòa argon của NaAuCl4 và PdCl2 hoặc K2PtCl4 được khử bằng chiếu xạ siêu âm tạo thành nano hợp kim quý. Nano Au-Pd đơn phân tán 8nm có lõi vàng và lớp vỏ Pd Dung dịch AgNO3với sự có mặt của ammonia chiếu xạ siêu âm cùng FeCO5 cùng H2/Ar tạo thành nano đồng pha Ag/Fe2O3. Vật liệu composite được khử ở 300oC cùng H2 tạo thành nano Ag/Fe. Hợp kim 3 cấu tử Fe/Ni/Co tạo thành bằng cách phân hủy siêu âm các chất cơ kim FeCO5, NiCO4, và CoNOCO3 với sự có mặt của Ar áp suất 100 đến 150Kpa, 273K là vật liệu siêu nghịch từ 4 Kết tủa hóa âm trên hạt hình cầu và bề mặt phẳng Các hạt cầu của vật liệu ceramic hoặc polymer đặt vào bể siêu âm và được chiếu xạ với các chất cơ kim. Ở đây là dung dịch NiCO4 trong decalin. Nickel vô định hình kết tủa chuyển thành đa tinh thể, pha nano hoặc fcc dưới tác dụng của nhiệt, sự có mặt của Ar ở nhiệt độ 400oC. Đo độ hấp phụ của N2 cho thấy diện tích bề mặt Nickel vô định hình giảm nhiều khi kết tinh Nickel vô định hình là 1 chất siêu nghịch từ trong khi Nickel đa tinh thể thì giống như sắt từ. Có sự thay đổi to lớn trên bề mặt cấu trúc silanol có và không có phủ silica. Sự vỡ bọt khí tạo dòng giải hấp nước trên silic, tạo silinol tự do để phản ứng với Nickel. Sự trao đổi Nickel có thể xảy ra do tạo thành nhân kết tụ Nickel. Cơ chế là khi chiếu xạ siêu âm dẫn đến sự ngưng tụ khử nước của Hydro liên kết silanol tạo siloxane. Tiếp theo là sự hình thành liên kết giữa Ni và oxy của nhóm siloxane. Ni vô định hình tạo thành bằng cách kết tủa Ni thì mềm, ít bám dính trên silica, nhưng Ni đa tinh thể 20-30nm thì cứng Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành và bám dính chặt trên silica. Khả năng bám chặt của Ni tinh thể là do Ni hình thành trên bề mặt phân cách trong quá trình kết tinh Các nghiên cứu đã được mở rộng sang các kim loại từ. Co 10nm dính chặt trên silic 225-250nm được tổng hợp bằng phân hủy siêu âm chất cơ kim CoCO3NO trong decalin, sau đó là kết tinh sản phẩm vô định hình. Các hạt silic mang Co tinh thể được kết tủa trên nền silicon tinh thể bằng cách phủ spin Hóa âm cũng được sử dụng để kết tủa Ni trên Al vô định hình và tinh thể. Nghiên cứu kết luận Al vô định hình cung cấp lượng lớn vùng hoạt động cho phản ứng với Ni tạo thành lớp phủ Ni bám chặt trên bề mặt Al, trong khi nếu dùng Al tinh thể làm nền, hầu hết Ni phân bố trên vùng tự do giữa các vi cầu Al. So sánh với Ni không bám dính, Ni bám dính có tương tác mạnh với lõi Al mà có thể ức chế sự kết tinh của Ni, tăng sự hình thành pha spinel NiAl2O4. Phần đầu của sự tương tác giữa Ni và Al có thể tách nhóm hydroxy tạo liên kết bề mặt Ni-O-Al. Vị trí liên kết trở thành trung tâm của Ni. Sau khi nung mẫu đến nhiệt độ cao, ion Ni khuếch tán vào bên trong khối tứ diện rỗng trong Al. Tại nhiệt độ cao hơn, quá trình đảo ngược, sự thay thế của ion Ni2+ cho ion Al3+ tại khối bát diện xảy ra hình thành pha spinel hỗn hợp. Phương pháp đo từ cho thấy sản phẩm là vật liệu siêu nghịch từ Chiếu xạ siêu âm vào vi cầu silic, AgNO3, ammonia trong môi trường nước 90 phút với sự hiện diện của Ar và H2 955 tạo nano composite Ag-Si. Điều chỉnh điều kiện phản ứng có thể thu được ag kết tủa trên hạt cầu silic. Mức độ phủ có thể được tăng và lớp phủ đồng đều có thể được tạo ra. Điều này có thể được thực hiện bằng cách khử dần Ag, do đó giảm bề dày lớp phủ, giống như các phân tử Ag giữa các hạt silic hơn là trên bề mặt Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Câu hỏi đặt ra là tại sao các phần tử kết tủa bám dính trên bề mặt mà không bị loại bỏ dù khuấy trộn mạnh bằng sóng siêu âm. Câu trả lời là do sóng kích động và các dòng nhỏ tạo thành do sự vỡ bọt khí gần bề mặt. Các dòng này bắn vào bề mặt cầu làm nóng chảy và kết dính. Khi các phần tử nano va chạm bề mặt, lực hóa học và tương tác yếu giữ lại trên bề mặt. Các nghiên cứu đã chứng minh tương tác mạnh hơn khi kết tủa vô định hình được ủ tại nhiệt độ kết tinh Phương pháp kết tủa hóa âm trên bề mặt phẳng chủ yếu là trên các mảnh silicon. Nano Fe2O3 được gắn vào các mảnh Si. Sau khi ủ Fe2O3 vô định hình, tính chất sẽ thay đổi từ siêu nghịch từ sang sắt từ. Các nghiên cứu sau đã chứng tỏ nano Fe2O3 được đưa vào trên Si từ 1 rượu. Khi ủ mẫu ở chân không cao, nguyên tử oxy sẽ chuyển từ Fe sang Si và giải hấp SiO ở 750oC tạo nano Fe trên bề mặt và có từ tính Tổng kết Hiện tượng của sự tạo vỡ bọt âm thanh là kết quả của tập trung năng lượng khổng lồ. Nhiệt độ và áp suất cục bộ khổng lồ cung cấp phương pháp duy nhất nghiên cứu hóa học và vật lý ở những điều kiện đặc biệt. Những ứng dụng đa dạng của hóa âm đang được nghiên cứu trong đó chủ yếu ở các lĩnh vực sinh học , tổng hợp pha trộn lẫn, vật liệu hóa học Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. John Wiley & Son, Kirk-Othmer encyclodpedia of chemical technology, 1998, pp 516-541 2. R. Vijaya Kumar, Y. Diamant and A. Gedanken, Sonochemical synthesis and characterization of nanometer-size transition metal oxides from metal acetates, May 25, 2000 3. Eds., The chemistry of Nanomaterials, Synthesis, Properties and Applications in 2 Volumes, Volume1, 2004, pp113-169 4. Vradman Leonid, Synthesis of nanomaterials by ultrasound, June 2002 5. Materials and environmental applications for sonochemistry, May, 1998 6. Naoyuki Takahashi, Simple and rapid synthesis of ZnO nano-fiber by means of a domestic microwave oven, 21 september 2007 7. H. Mohebbi, Sythesis of nano-crystalline NiO-YSZ by microwave-assisted combustion synthesis, 30 April 2008. 8. Khin Sandar Tun, Improving mechanical properties of magnesium using nano-yttria reinforment and microwave assisted powder metallurgy method, 8 March 2007

ứng dụng siêu âm