微粒子系材料の核生成におけるソノメカノケミカル効果
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概要
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Similarity between sonochemical and mechanochemical processes is much further than the general concept of applying non-thermal energy to the chemical reaction. Mechanisms are still to be elucidated, particularly for the process where these two effects are exerted simultaneously, i.e., sono-mechanochemical effects (SME). Two phenomenological examples are given to stimulate mechanistic discussion. Equipment with agitation bead milling and ultrasonication simultaneously is shown in Fig. 1. We applied SME to two reaction systems, i.e., for the preparation of composite perovskite, PMN-PZN, and hydroxy apatite - silk fibroin nanocomposites. [figure] Fig. 1 Mechanochemical reactor equipped with agitation mill and ultrasonic bath SME brought about decrease in the complex perovskite by an order of magnitude, as shown in Fig. 2. As we examined the surface structure of the reaction mixture, we observed the formation of well-developed surface layers comprising hydrated composite gel, assisted by SME. [figure] Fig. 2 SEM image of PMN-PZN after firing the precursor prepared (a) without US, (b) by SME, at 850 C for 1h Above-mentioned examples demonstrate two common aspects, i.e., dispersion of particulates or fibrils and promotion of nucleation. Enhanced nucleation might be attributed to the local activation of the substrate surface, associated polarization of surface species or radical formation at the solid / liquid boundary. We do not, however, have convincing evidences yet. In the case of PMN-PZN, enhanced dissolution - precipitation should be taken into account. Redeposited surface layer comprises hydrated gel with the composition close to the product. Enhanced nucleation in the surface layer, as illustrated in Fig. 3, results in the formation of finer products as shown in Fig. 2. [figure] Fig. 3 Schematic diagram of SEM on the nucleation in the surface hydrated gel layer The author thanks coworkers in his lab and appreciates financial support from NIMS.
- 日本ソノケミストリー学会の論文
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