Аэрозоли представляют собой дисперсные системы, в которых дисперсная фаза распределена в газовой среде. Характеристика аэрозолей определяется размером частиц, их концентрацией, стабильностью и химической природой. Методы получения аэрозолей разнообразны и зависят от физико-химических свойств дисперсной фазы и среды. Основные подходы делятся на механические, термические и химические.
1. Аэрозолизация с помощью распыления жидкости Процесс распыления жидкости осуществляется с использованием форсунок, распылителей или ультразвуковых устройств. Жидкость дробится на капли, которые затем могут высыхать, образуя твердые частицы. Ключевые параметры: скорость потока, давление, диаметр сопла и вязкость жидкости.
2. Механическое измельчение твердых веществ Метод основывается на дроблении и диспергировании твердых материалов до субмикронных и микронных частиц с последующим введением их в поток газа. Применяются мельницы шаровые, струйные и вибрационные. Размер частиц контролируется временем обработки и энергией воздействия.
3. Аэрозоли с помощью ударных и вихревых процессов Создание аэрозолей возможно за счет механических ударов твердых частиц о поверхность или друг о друга, а также за счет формирования вихрей, которые способствуют разрушению жидкости на мелкие капли.
1. Испарение и конденсация Суть метода заключается в испарении вещества с последующей конденсацией его паров в дисперсной фазе. Применяются высокотемпературные источники, электродуговые разряды или лазеры. Размер образующихся частиц определяется скоростью охлаждения, давлением и составом среды.
2. Пиролиз и термохимический разложение Химические соединения разлагаются при высокой температуре, образуя мелкодисперсные частицы. Используются как для получения металлических и оксидных аэрозолей, так и для синтеза сложных органических частиц. Пиролиз обеспечивает высокую чистоту частиц и возможность регулирования их морфологии.
3. Термическое испарение с последующим окислением Металл или металлсодержащее соединение испаряется в высокотемпературной зоне, а затем окисляется в потоке кислорода или воздуха. Метод применим для получения оксидных аэрозолей с контролируемым размером и кристаллической структурой.
1. Гомогенные и гетерогенные химические реакции Аэрозоли могут формироваться в результате химических реакций в газовой фазе (гомогенный путь) или на поверхности жидкости или твердого носителя (гетерогенный путь). К примерам относятся окисление металлов, гидролиз металлоорганических соединений, пиролитическое разложение газовых прекурсоров.
2. Конденсация из насыщенных паров Образование частиц происходит при перенасыщении газовой фазы, что приводит к нуклеации и росту частиц. Управление скоростью охлаждения и степенью перенасыщения позволяет получать аэрозоли с заданным размером и распределением.
3. Реакционные аэрозоли при распылении растворов Реакционно-распылительные методы включают распыление растворов прекурсоров в горячий газ, где происходит химическое взаимодействие и формирование частиц. Метод используется для синтеза оксидов, карбидов, нитридов и сложных соединений.
Ключевым аспектом получения аэрозолей является управление размером, морфологией, химическим составом и агрегатным состоянием частиц. Используются следующие подходы:
1. Ультразвуковая аэрозолизация Используется высокочастотное колебание жидкости для формирования равномерных капель. Позволяет получать частицы малых размеров с узким распределением.
2. Электростатическое распыление Частицы формируются под действием электрического поля, что обеспечивает высокую однородность и направленность потока аэрозоля.
3. Лазерная абляция Воздействие интенсивного лазерного импульса на твердый материал приводит к его испарению и образованию микронных и субмикронных частиц. Метод обеспечивает контроль состава и минимальные загрязнения.
Эффективное применение различных методов получения аэрозолей требует комплексного подхода, учитывающего физико-химические свойства системы, требуемые размеры частиц и стабильность дисперсии. Сочетание термических, механических и химических подходов позволяет создавать аэрозоли с заданными характеристиками для промышленных и научных задач.