Стеклянные микросферы — это микроскопические сферы из стекла, которые производятся для самых разных целей в исследованиях, медицине, потребительских товарах и различных отраслях промышленности. Стеклянные микросферы обычно имеют диаметр от 1 до 1000 микрометров, хотя размеры могут варьироваться от 100 нанометров до 5 миллиметров в диаметре. Полые стеклянные микросферы, иногда называемые микрошариками или стеклянными пузырьками, имеют диаметр от 10 до 300 микрометров.
Полые сферы используются в качестве легкого наполнителя в композитных материалах, таких как синтактическая пена и легкий бетон. Микросферы придают синтактической пене ее легкий вес, низкую теплопроводность и сопротивление сжимающему напряжению, которое намного превосходит сопротивление других пен. Эти свойства используются в корпусах подводных аппаратов и глубоководного оборудования для бурения нефтяных скважин, где другие типы пены взорвались бы. Полые сферы из других материалов создают синтактические пены с другими свойствами: керамические шары, например, могут создавать легкую синтактическую алюминиевую пену.
Полые сферы также имеют применение, варьирующееся от хранения и медленного высвобождения фармацевтических препаратов и радиоактивных индикаторов до исследований в области контролируемого хранения и высвобождения водорода. Микросферы также используются в композитах для заполнения полимерных смол для определенных характеристик, таких как вес, шлифуемость и герметизация поверхностей. Например, при изготовлении досок для серфинга формовщики герметизируют заготовки из пенополистирола эпоксидной смолой и микросферами, чтобы создать непроницаемую и легко шлифуемую поверхность, на которую наносятся стекловолоконные ламинаты.
Стеклянные микросферы можно изготавливать путем нагревания крошечных капель растворенного жидкого стекла в процессе, известном как ультразвуковой пиролиз распыления (USP), а свойства можно несколько улучшить, используя химическую обработку для удаления части натрия. Истощение натрия также позволило использовать полые стеклянные микросферы в химически чувствительных смоляных системах, таких как эпоксидные смолы с длительным сроком годности или невспененные полиуретановые композиты.
На поверхность полых стеклянных микросфер обычно наносят дополнительные функциональные вещества, например, силановые покрытия, чтобы повысить прочность на границе раздела матрица/микросферы (обычная точка разрушения при растяжении).
Микросферы, изготовленные из высококачественного оптического стекла, могут быть изготовлены для исследований в области оптических резонаторов или полостей.
Стеклянные микросферы также производятся как отходы на угольных электростанциях. В этом случае продукт обычно называется «ценосферой» и несет алюмосиликатную химию (в отличие от натриевой кремниевой химии инженерных сфер). Небольшие количества кремния в угле плавятся и, поднимаясь по дымоходу, расширяются и образуют небольшие полые сферы. Эти сферы собираются вместе с золой, которая закачивается в водной смеси в местную зольную плотину. Некоторые частицы не становятся полыми и тонут в зольных плотинах, в то время как полые плавают на поверхности плотин. Они становятся неприятностью, особенно когда высыхают, поскольку они переносятся воздухом и разносятся в окружающие районы.
Приложение
Микросферы использовались для создания фокусных областей, известных как фотонные наноструи, размеры которых достаточно велики для поддержки внутренних резонансов, но в то же время достаточно малы, так что геометрическая оптика не может быть применена для изучения их свойств. Предыдущие исследования продемонстрировали экспериментально и с помощью моделирования использование микросфер для увеличения интенсивности сигнала, полученного в различных экспериментах. Подтверждение фотонной струи в микроволновом масштабе, наблюдая усиление обратного рассеяния, которое произошло, когда металлические частицы были введены в область фокусировки. Измеримое усиление обратно рассеянного света в видимом диапазоне было получено, когда золотая наночастица была помещена внутрь области фотонной наноструи, созданной диэлектрической микросферой с диаметром 4,4 мкм. Также было проанализировано использование наноструй, созданных прозрачными микросферами, для возбуждения оптически активных материалов в процессах апконверсии с различным количеством возбуждающих фотонов.
Монодисперсные стеклянные микросферы имеют высокую сферичность и очень плотное распределение размеров частиц, часто с CV<10% и спецификацией >95% частиц в диапазоне размеров. Монодисперсные стеклянные частицы часто используются в качестве разделителей в клеях и покрытиях, таких как разделители линий склеивания в эпоксидных смолах. Всего лишь небольшое количество монодисперсных микросфер марки «спейсер» может создать контролируемый зазор, а также определить и поддерживать заданную толщину линии склеивания. Частицы марки «спейсер» также могут использоваться в качестве калибровочных стандартов и трассирующих частиц для квалификации медицинских устройств. Высококачественные сферические стеклянные микросферы часто используются в газоплазменных дисплеях, автомобильных зеркалах, электронных дисплеях, технологии перевернутого кристалла, фильтрах, микроскопии и электронном оборудовании.
Другие области применения включают синтаксические пенопласты, композиты из частиц и светоотражающие краски.
Распределение микросфер
Дозирование микросфер может быть сложной задачей. При использовании микросфер в качестве наполнителя для стандартных смешивающих и дозирующих машин может возникнуть уровень поломки до 80% в зависимости от таких факторов, как выбор насоса, вязкость материала, перемешивание материала и температура. Индивидуальные дозаторы для материалов, наполненных микросферами, могут снизить уровень поломки микросфер до минимального значения. Прогрессивно-винтовой насос является насосом выбора для дозирования материалов с микросферами, который может снизить уровень поломки микросфер до 80%.