DEBREXは、差別化された集束型超音波技術を採用しており、溶液をフローさせた状態で約400kHzで超音波を照射することが可能です。DEBREXを用いることで、粒子分散溶液の分散処理やエマルションのナノ乳化処理を行うことが可能です。

原理

集束型超音波技術

Focused Ultrasonic Processor (PZT)では、電気エネルギーを円筒型の圧電セラミックで音波エネルギーに変え、分散対象に伝達させます。

中央に集束ナノ粒子まで分散することができる強いエネルギーを形成します。

毎秒数十万回繰り返し発生するマイクロバブルの崩壊に伴い、強力なマイクロジェットが集中区間で発生します。

実施・評価事例

異なる３種の超音波照射法によるエマルションの粒子径分布

ホーン型超音波法では、数百ナノメートルから数百ミクロンまで幅広い粒子サイズ分布を示しました。これは超音波照射においてエネルギー分布が均一でなかったことを示唆しており、本手法はシステムに適用された大量のエネルギーにもかかわらず、エマルジョンの調製には適していないことが分かります。

バスベース法では、2～200μmの油粒子が得られました。本手法では、ホーン型法よりも大きな粒子が得られてしまいましたが、粒子サイズ分布は狭くなりました。

ホーン型法では超音波が上から下へ移動するのに対し、バスベース法では超音波が媒体を介して下から上に伝達されるため、どちらの場合もO/W型エマルジョンの形成に十分なエネルギーが供給されていません。

一方、フォーカス法では、0.3～8μmの油粒子が得られ、前述の２手法よりも粒子径が小さく、粒子のサイズが均一になりました。

これは、円筒形の圧電セラミック素子がエネルギーを乳化媒体に直接集中させることにより、集中型法でより強力かつ均一なエネルギー伝達が得られるためです。

フォーカス法における異なる周波数帯での超音波照射法によるエマルションの粒子径分布

フォーカス法を用い、180 kHz、270 kHz、400 kHzの３条件で超音波処理を行ったサンプルで粒子径分布を測定した結果です。

最も周波数の小さい180 kHz では、粒子径分布が最も不均一で、最も大きな油粒子でした。

270 kHz での照射では、１オーダー低い粒子径分布が確認されました。これは、180 kHz で生成された粒子よりも大幅に小さく、より均一になっていることがわかります。

最も周波数の高い400 kHz での照射では、さらに粒子径分布が狭く、粒子径が小さい結果が選ら得ました。他の周波数で生成された粒子よりも大幅に小さく、より均一です。

マイクロエレクトロニクス-ナノバブルの発生

半導体分野ではナノバブルを用いた半導体表面処理が行われており、半導体の機能を高める研究を行っています。

1秒間に40万回の振動（400 kHz）により、溶媒中に自然な泡が形成されます。

ナノバブルが発生すると、レーザービームの光路長を見ることが可能です。。

数百ナノメートルから100マイクロメートルまで、さまざまなサイズの泡が生成されます

200nm未満のサイズのナノバブルの数は、1ミリリットルあたり5.4 x 10¹²と推定されています。