Khử khí siêu âm là gì?

Khử khí bằng siêu âm về cơ bản sử dụng "hiệu ứng tạo bọt" được tạo ra khi sóng siêu âm truyền qua chất lỏng để tách, tổng hợp và đẩy khí ra khỏi chất lỏng. Quá trình cốt lõi của nó có thể được chia thành ba giai đoạn chính:

 

Giai đoạn đầu tiên là sự hình thành bong bóng cavitation. Khi sóng siêu âm (thường nằm trong khoảng từ 20kHz đến 1 MHz) tác động lên chất lỏng, các phân tử chất lỏng sẽ rung động dữ dội dưới sự thay đổi áp suất định kỳ của sóng âm. Trong pha áp suất âm của sóng âm, các lỗ nhỏ bên trong chất lỏng (chẳng hạn như các cụm phân tử khí hòa tan hoặc các khoảng trống trên bề mặt tạp chất nhỏ) nhanh chóng mở rộng, tạo thành nhiều bong bóng nhỏ hay "bong bóng tạo bọt". Trong pha áp suất dương, các bọt khí này bị nén nhanh chóng.

 

Giai đoạn thứ hai là sự phát triển và hợp nhất của các bong bóng. Dưới tác động liên tục của sóng siêu âm, các bong bóng tạo bọt liên tục hấp thụ các khí hòa tan từ chất lỏng xung quanh. Đồng thời, các bong bóng nhỏ liền kề va chạm và hợp nhất dưới tác động của sóng âm, dần dần hình thành các bong bóng lớn hơn. Trong quá trình này, khí hòa tan trong chất lỏng liên tục chuyển từ pha lỏng sang pha khí, thực hiện quá trình chuyển đổi từ “khí hòa tan” sang “khí tự do”.

 

Giai đoạn thứ ba là bong bóng nổi lên và thoát ra ngoài. Khi thể tích bong bóng tăng lên, độ nổi của nó dần dần vượt quá lực cản nhớt của chất lỏng, khiến bong bóng nổi lên nhanh chóng trên bề mặt chất lỏng, cuối cùng vỡ ra và giải phóng khí bên trong, do đó hoàn thành quá trình khử khí. Hơn nữa, rung động siêu âm có thể tăng tốc độ đối lưu chất lỏng, thúc đẩy hơn nữa sự di chuyển và kết tụ bong bóng, đồng thời cải thiện hiệu quả khử khí.

Các lĩnh vực ứng dụng chính của công nghệ khử khí siêu âm

 

1. Công nghiệp điện tử và bán dẫn

Trong sản xuất chip bán dẫn và sản xuất tấm nền LCD, các bong bóng khí nhỏ trong các hóa chất quan trọng như chất quang dẫn, dung dịch ăn mòn và chất trợ tráng có thể gây ra các khiếm khuyết về mẫu quang khắc và khắc không đồng đều, ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất sản phẩm. Khử khí bằng siêu âm có thể nhanh chóng loại bỏ khí hòa tan và bọt khí khỏi các hóa chất này ở nhiệt độ phòng, đảm bảo độ chính xác của quá trình quang khắc và ăn mòn. Hơn nữa, trong quá trình làm sạch các linh kiện điện tử, khử khí siêu âm giúp tăng cường sự xâm nhập của dung dịch tẩy rửa, ngăn chặn bọt khí bám vào bề mặt linh kiện và ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch.

2. Công nghiệp hóa chất và vật liệu

 

Trong quá trình sản xuất lớp phủ, mực và chất kết dính, sự hiện diện của bọt khí có thể dẫn đến các khuyết tật như lỗ kim, miệng hố và không đủ độ bóng sau khi phủ. Khử khí bằng siêu âm có thể nhanh chóng loại bỏ bọt khí bên trong sau khi chuẩn bị lớp phủ, cải thiện hiệu suất san lấp mặt bằng và ứng dụng của lớp phủ. Trong quá trình tổng hợp vật liệu polyme, các khí hòa tan trong monome hoặc hệ thống trùng hợp có thể gây ra các lỗ rỗng bên trong polyme, ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật liệu; khử khí siêu âm có hiệu quả tránh được vấn đề này. Hơn nữa, trong quá trình sản xuất và sử dụng dầu bôi trơn và dầu thủy lực, quá trình khử khí siêu âm có thể loại bỏ không khí ra khỏi dầu, ngăn ngừa quá trình oxy hóa và hư hỏng, đồng thời giảm hao mòn và trục trặc của thiết bị.

3. Ngành Thực phẩm và Đồ uống

Trong quá trình sản xuất nước ép trái cây, bia, đồ uống có ga (giai đoạn khử khí) và các sản phẩm từ sữa, khí hòa tan có thể gây ra quá trình oxy hóa và hư hỏng sản phẩm, dẫn đến mùi vị kém hoặc tràn bọt trong quá trình đóng chai. Khử khí bằng siêu âm có thể nhanh chóng loại bỏ oxy, carbon dioxide và các loại khí khác khỏi chất lỏng ở nhiệt độ phòng, kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm và cải thiện độ ổn định của hương vị. Ví dụ, trong quá trình cô đặc nước trái cây, việc khử khí có thể ngăn chặn chất cô đặc bị đổi màu và thay đổi hương vị do quá trình oxy hóa; trong giai đoạn-lọc trước của quá trình sản xuất bia, quá trình khử khí có thể cải thiện hiệu quả lọc và đảm bảo độ trong của bia.

4. Công nghiệp dược phẩm sinh học và mỹ phẩm

Các vật liệu như tác nhân sinh học (ví dụ: vắc xin, kháng thể, chế phẩm enzyme), chiết xuất y học cổ truyền Trung Quốc và mỹ phẩm (ví dụ: kem bôi mặt, huyết thanh) hầu hết đều nhạy cảm với nhiệt-và dễ bị oxy hóa, khiến các phương pháp khử khí truyền thống khó thích ứng. Quá trình khử khí bằng siêu âm có thể loại bỏ khí một cách hiệu quả trong điều kiện-nhiệt độ thấp, không có hóa chất-, ngăn chặn sự biến tính của vật liệu và đảm bảo hiệu quả cũng như hoạt động sinh học của sản phẩm. Ví dụ, trong sản xuất vắc xin, quá trình khử khí ngăn bọt khí ảnh hưởng đến độ chính xác và tính ổn định của việc phân phối vắc xin; trong sản xuất mỹ phẩm, khử khí tránh tạo bọt trong quá trình sử dụng sản phẩm, cải thiện trải nghiệm người dùng.

5. Phòng thí nghiệm và lĩnh vực nghiên cứu

Trong các thí nghiệm hóa học và sinh học, các khí hòa tan trong hệ thống phản ứng có thể cản trở quá trình phản ứng và ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả thí nghiệm. Khử khí bằng siêu âm, là một phương pháp khử khí nhanh chóng và nhẹ nhàng, được sử dụng rộng rãi trong tiền xử lý các giải pháp thí nghiệm, như mẫu phân tích sắc ký khử khí và khử khí điện phân trong các thí nghiệm điện hóa, đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu thực nghiệm.