Quelle est l’application de la technologie ultrasonique

Quelle est l’application de la technologie ultrasonique

La technologie ultrasonique a un large éventail d'applications dans les liquides et est très efficace, son cœur tournant presque entièrement autour du phénomène physique de la « cavitation ultrasonique ».

Lorsque des ultrasons de haute intensité se propagent dans un liquide, ils génèrent d’innombrables petites bulles de vide (bulles de cavitation). Ces bulles se forment, grandissent et s'effondrent violemment instantanément, libérant une énorme énergie dans un espace minuscule (générant une température élevée, une pression élevée, des ondes de choc et des microjets). Cette série d’effets peut être appliquée à une variété de domaines différents.

Extraction par ultrasons : La principale force motrice de l’extraction par ultrasons est l’effet de cavitation.

Vous pouvez l'imaginer ainsi : Extraction traditionnelle : comme tremper lentement une noix dans sa coque dans de l'eau tiède, ce qui demande beaucoup de temps pour que la saveur s'échappe.

Extraction par ultrasons : comme si vous utilisiez un « marteau sonique » précis pour briser instantanément la coque de la noix, libérant immédiatement le contenu.

En termes simples, il utilise des ultrasons pour « bombarder » l'échantillon, extrayant ainsi les composants bénéfiques souhaités (tels que les ingrédients actifs, les huiles et les arômes des plantes) plus rapidement et plus efficacement.

Les exemples incluent l'extraction d'huiles comestibles à partir de cultures oléagineuses telles que le soja, les arachides et les graines de sésame ; et extraire les composés aromatiques des grains de thé et de café. Extraire des pigments (comme les anthocyanes) et des parfums des fruits et légumes. Extraire des ingrédients actifs tels que des alcaloïdes, des flavonoïdes et des glycosides d'herbes médicinales traditionnelles chinoises (telles que les feuilles de ginkgo, la réglisse et le ginseng). Il s’agit actuellement d’un domaine largement recherché et appliqué.

L'émulsification par ultrasons est un processus qui utilise l'énergie de haute intensité des ultrasons pour mélanger de manière forcée et efficace deux liquides non miscibles (généralement de l'huile et de l'eau) afin de former une émulsion stable et homogène.

En termes simples, il utilise l'immense puissance des ultrasons pour « déchirer » les gouttelettes d'huile et d'eau en particules extrêmement petites, leur permettant de se mélanger uniformément et de manière stable, formant une émulsion semblable au lait ou à la mayonnaise.

Ceci est utilisé dans les cosmétiques et les produits de soin de la peau tels que les lotions, les crèmes, les émulsions, les crèmes solaires et les rouges à lèvres, assurant une émulsification complète des phases huileuse et aqueuse, résultant en une texture fine et stable et une répartition uniforme des ingrédients actifs.

L'homogénéisation par ultrasons, également connue sous le nom de traitement par ultrasons, est une technique physique qui utilise des ultrasons de haute intensité et haute fréquence (généralement > 20 kHz) pour décomposer, disperser, émulsionner, homogénéiser et extraire des particules (telles que des cellules, des bactéries, des virus, des liposomes ou des particules solides) dans des liquides.

En termes simples, il agit comme une paire de « ciseaux au niveau moléculaire », utilisant la puissante énergie des ondes sonores pour briser les grosses particules d'un liquide en minuscules particules uniformes de taille nanométrique ou micrométrique. Pendant la phase d'expansion (pression négative) de l'onde de pression, le liquide est « déchiré », formant d'innombrables petites bulles de vide ou cavités (c'est-à-dire des « bulles de cavitation »). Dans la phase de compression suivante (pression positive), ces bulles de cavitation sont rapidement comprimées et s'effondrent et implosent violemment en un temps extrêmement court (microsecondes). Ces forces extrêmes agissant sur les particules de l'échantillon sont suffisantes pour briser les parois cellulaires et les membranes, briser les particules agrégées et réaliser une émulsification fine des gouttelettes, réalisant ainsi une homogénéisation.

Les applications incluent la préparation de liposomes et d'émulsions de supports de médicaments pour une administration ciblée de médicaments, ainsi que la fabrication d'émulsions grasses pour injection intraveineuse. Préparation de pommades, crèmes et autres médicaments topiques.

La dispersion ultrasonique est une technique qui utilise la puissante énergie des ultrasons pour briser les particules solides agrégées (telles que les nanomatériaux, les pigments et les poudres) dans un liquide, garantissant ainsi leur distribution stable et uniforme dans le liquide sur une longue période.

De nombreuses poudres solides de taille micronique ou nanométrique (telles que le graphène, les nanotubes de carbone, les pigments et les particules de médicaments) ont tendance à s'agréger étroitement en raison des forces intermoléculaires, formant des amas visibles. L'agitation mécanique traditionnelle ne peut que mélanger temporairement ces amas dans le liquide, mais elle ne peut pas les briser complètement ; ils vont bientôt se réagréger et précipiter à nouveau.

L’objectif principal de la dispersion ultrasonique est de résoudre ce problème d’agrégation. Par exemple, la dispersion uniforme d’agents conducteurs (tels que le noir de carbone) et de matériaux actifs (tels que le phosphate de fer et de lithium et l’oxyde de lithium et de cobalt) dans les solvants et les liants constitue une étape cruciale dans la fabrication des électrodes de batterie, affectant directement les performances de la batterie.

La perturbation par ultrasons, également connue sous le nom de perturbation cellulaire par ultrasons ou sonication, est une technique physique qui utilise des ultrasons de haute intensité et haute fréquence (généralement 20 à 100 kHz) pour perturber les cellules, les tissus ou d'autres particules.

En termes simples, il utilise un son, inaudible à l'oreille humaine, pour générer de puissantes forces physiques dans un liquide, « brisant » des choses.

Vous pouvez l'imaginer comme ceci :

Version macroscopique : si vous placez le subwoofer d'un haut-parleur puissant près de la surface de l'eau et que vous jouez des fréquences extrêmement basses, vous verrez de l'eau éclabousser partout. La perturbation ultrasonique amplifie ce processus de manière microscopique, à une fréquence plus élevée, et l’amplifie d’innombrables fois.

Version explosive : elle crée simultanément des milliards de « bombes à bulles de cavitation » extrêmement petites dans le liquide. Ces bombes explosent en continu, et leurs ondes de choc « brisent » les cellules environnantes.

Analogie simple : c'est comme insérer un diapason vibrant à grande vitesse dans l'eau, provoquant des éclaboussures. La perturbation ultrasonique amplifie cet effet des millions de fois et se produit dans le monde microscopique invisible à l’œil nu. Les exemples incluent l’extraction de protéines, d’enzymes, d’ADN plasmidique et d’ARN de bactéries, de levures, de tissus végétaux ou animaux. Le dégazage par ultrasons est une technologie très efficace qui utilise l'énergie des ondes ultrasonores de haute intensité pour « vibrer » et éliminer les gaz dissous ou entraînés des liquides.

En termes simples, les ondes ultrasonores créent d’innombrables « aspirateurs » (bulles de cavitation) dans le liquide, aspirant les gaz dissous. Ces petits « aspirateurs » fusionnent ensuite en de plus grands qui flottent à la surface, éliminant ainsi les gaz.

Le processus implique : Générateur d'ultrasons → générer un signal électrique haute fréquence → Transducteur (convertissant le signal électrique en vibration mécanique) → Amplificateur (amplifiant l'amplitude) → Introduction d'ondes ultrasonores de haute intensité dans le liquide → Création d'un effet de cavitation → Formation de microbulles sous forme de « graines » → Les gaz dissous se diffusent et s'accumulent dans les bulles → Les bulles fusionnent et se développent → Sous la flottabilité, elles remontent à la surface et éclatent → Le gaz est éliminé.

Les applications incluent les résines époxy, les adhésifs UV, les adhésifs silicone, les solutions de revêtement, les huiles de silicone, les alliages d'aluminium fondus et les polymères.