구앤컴퍼니

국내외 화학(CNT, 그래핀, 카본블랙, 셀룰로오스, 알루미나파우더등), 화장품(에멀젼, 유화), 제약바이오(대장균 파쇄등) 여러분야에 걸친 분산설비 납품이력을 바탕으로 연구설비부터 양산형설비까지 직접적인 분산경험이 많은 분산설비 전문기업입니다.

Hielscher

Hielscher Corporation
Hielscher Ultrasonics는 실험실용 초음파 분산기와 파일럿 및 산업용 초음파 분산 시스템을 공급할 수 있는 독보적인 기술적 노하우를 가지고 있으며 수 십년간 명품 브랜드로서의 명성을 이어가고 있습니다.

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How Does Sonication Work? (The Working Principle of Ultrasound)
Ultrasound generator는 60Hz의 전기 에너지를 16,000~30,000Hz 사이에 있는 high intensity 초 음파로 변환시키는 역할을 합니다. 그리고 압전 소자(Piezoelectric element)로 이루어진 복합 구조물질 로 초음파 영역의 전위차(전압)가 인가되면 압전 소자(결정체)는 물리적 변형을 일으키게 되는데 이런 현상을 압전 역효과(리프먼 효과)라고 합니다. 결국 전기에너지에서 진동에너지로의 물리적 변위는 초음파 시스템의 가장 핵심적인 물리 현상 중 하나입니다.
즉, 초음파 sonotrode (probe, 24kHz, 26kHz, 30 kHz : Hielscher 모델에 따라 조금씩 차이가 남)가 액상 소재에 침지되어 있을 때 리프먼 효과에 의해 변위된 진동에너지(1초에 2만 4천 ~ 3만 번의 진동에 너지 : Hielscher 모델)는 초음파 분산 시스템을 구성함에 있어 가장 기본적이고 중요한 의미를 담고 있습니다.
소노트로드의 high intensity 진동 에너지가 액상 샘플로 전달되면 진동에너지와 접촉하는 액상부의 표면은 포화 수증기압이 현저히 떨어지게 되며 이 때 발생되는 미세 기포(공동화 현상: cavitation)가 압축 단계 (compression)에 도달하면 샘플 내부 압력은 positive 상태로 변하게 되고 반대로 팽창 단계 (expansion)에 도달하면 샘플 내부 압력은 negative (진공) 상태로 압력 변화가 생기게 됩니다.
(* Cavitation(물리 현상)은 초음파 분산 기술의 꽃 입니다.)

즉, 소노트로드가 liquid phase에서 진동운동을 하게 되면 수축/팽창 (compression-expansion) 운동에 의해 소노트로드의 주변 공간은 고압과 저압 상태가 반복되면서 수 백만개의 마이크로 버블(micro bubble, cavities )이 만들어 집니다. 그리고 수축/팽창 cycle exchang가 짧은 시간 동안 격렬하게 일어나게 되면 implosion(내파)에 의한 마이크로 버블의 격렬한 운동을 촉진시켜서 극대화된 분산효과를 유도합니다.
(* implosion(내파) 현상 : 내파는 바깥이 아니라 안에서 일어난다는 점을 제외하고는 explosion(폭발) 과 유사하다.)
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마이크로 버블의 implosion은 Acoustic / Ultrasound Cavitation 현상으로 알려진 상당히 강한 에너지 발생을 유도하기 때문에 두 종류 이상의 액상시료, 건식 시료(powder)와 액체시료 또는 기체(ex.오존, 질소 등)와 액체 시료를 처리할 때 높은 에너지를 이용한 분산 효과를 구현할 수 있습니다.
이렇게 높은 에너지가 만들어는 캐비테이션 구역을 핫스팟(hot-spots) 구역이라 부르며, 이는 초음파프로브(sonotrode) 부근에서 가장 높은 에너지 밀도를 보이며 소노트로드로부터의 거리가 멀어지게 되면 에너지 밀도는 감소됩니다.
오른쪽 그림은 수중에서 1kW 초음파 프로브에서 방출되는 캐비테이션 에너지가 얼마나 강력한지 보여줍니다. (cavitation에 의한 격렬한 온도 및 압력 상승과 난류성 (turbulent) 액체 스트리밍 현상) 초음파 핫스팟에서 마이크로 버블들이 implosion 되면 절대온도 5000K까지 급격한 온도 상승이 일어나게 되고 200 bar까지 압력이 상승하며 시속 1,000km의 유속이 측정됩니다.
초음파 역학 및 초음파 화학으로 불리는 high-intense 에너지 분산 방식은 다양한 산업군에서 사용되고 있습니다.
High shear(고전단) : 초음파 고전단력은 액체 및 액체-고체 시료를 파괴하여 강력한 교반 및 균질 화 효과를 만들 수 있습니다.
Impact : 초음파 cavitation에 의해 생성된 액체 jet stream은 액상에 존재하는 고체입자를 가속화 시키고 입자 간 충돌을 일으킵니다.
그 결과 입자가 매우 빠른 속도로 충돌하면 침식되고 부서지며 미세하게 분산되는데 특정 샘플의 경우 나노 사이즈까지 줄어들게 됩니다.
동물 세포,식물 세포 및 조직 그리고 바이오 폐기물과 같은 생물학적 시료의 경우 제트 스트림의 수 축과 팽창으로 cell lysis가 되면 세포 내부 물질의 release를 유도할 수 있습니다. 그 결과 생리 활성 화합물의 고효율 추출과 바이오매스의 균질한 혼합이 이루어집니다.
교반 (Agitation) : 초음파 처리는 액체 또는 슬러리에서 강한 난류, 전단력 및 미세 움직임을 유발 합니다. 따라서 초음파 처리는 항상 물질 전달을 강화하고 그에 따라 mixing 프로세스를 가속화합니다.

Hielscher Ultrasond Technology는 여러 산업에 적용할 수 있는 기술입니다. 초음파 처리를 통해 서 혼합 및 균질화, 물질 이동 촉진, 화합물 추출 및 화학 반응을 위한 전 처리 및 본 분산/믹싱을 위한 용도로 사용됩니다.

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Designed for the Lab
Hielscher 의 UP 시리즈는 실험실용 모델이며 UIP 시리즈는 파일럿 및 대용량 처리를 위해 설계되었습니다. 설정 및 운전 방법이 매우 간단하고 휴대용 및 스탠드 장착형으로 번갈아 가며 사용할 수 있습니다.

초음파 발생기(generator, 전원 공급 장치)와 진동에너 지 변환기(transducer, piezoelectric disc 복합구조물)가 하나의 유닛으로 이루어져 있습니다. 따라서 일체형 구조이기 때문에 초음파 에너지 손실률이 거의 없고 에너지의 순도(purity)가 상당히 높습니다.
(generator와 transducer 간에 케이블로 연결되어 있지 않기 때문에 케이블에서의 전파 노이즈가 생길 여지가 전혀 없음)

그리고 일체형 초음파 장치는 데스크탑 공간 활용성이 뛰어나며 무게에 대한 부담이 없어서 사이트 이동이 편리합니다.
Hielscher Ultrasonics의 초음파 균질기의 작동 방법은 매우 간단하며 초음파의 진폭(amplitude)과 파워(watt)값은 선택적 조절이 가능하며 pulse 기능 및 연속 작업을 세팅할 수 있도록 programming 되어있습니다.
Accuracy for Reproducible Results
초음파 분산 시스템의 중요한 매개변수 중 하나인 진폭 값은 sonotrode(probe)의 침지 깊이, 온도, 점성과 같은 외부 요소에 영향을 받습니다. 하지만 진폭 값을 일정하게 유지시킬 수 있는 복합적인 기술로 인해 주변 환경의 제약을 받지 않고 재현성이 뛰어난 performance을 보여드릴 수 있습니다.
Ultrasonic Probes and Sono-Reactors for Any Volume
Hielscher Ultrasonics는 연구용 장비(UP 모델)와 파일럿 및 산업용 초음파 시스템(UIP 모델)까지 광범위한 스펙트럼을 보여드릴 수 있으며 응용 분야, 생산량 및 생산 목표에 가장 적합한 초음파 장비를 제공할 수 있습니다. (산업용 초음파 시스템 분야에서 독보적인 경쟁력을 가진 Hielshcer Ultrasonics)

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Precisely Controllable Amplitudes for Optimum Results
Hielscher 초음파 시스템은 정밀 제어를 통해서 R&D용 및 대용량 생산 공정까지 일관되고 탁월한 결과 물을 만들어 낼 수 있는 장치입니다.
진폭은 초음파를 이용한 화학적/물리적 유도 반응의 효율성과 효과에 영향을 미치는 중요한 매개 변수중 하나입니다.
그렇기 때문에 Hielscher Ultrasonics는 초음파 프로세서의 진폭 값을 작동 전에 세팅 할 수 있으며 출력 값을 모니터링할 수 있습니다. (미국 Sonics & Materials 제품은 동일 기능이 없음) 소노트로드 (sonotrode, probe)나 부스터 혼(booster horn)은 진폭 값의 변화를 줄 수 있는 추가 장치입니다.
최대 200m의 진폭 값으로 24/7 연속 공정으로 작업할 수 있으며 정확한 진폭 값 세팅과 스마트 소프트웨어를 통한 초음파 공정 매개변수의 지속적으로 모니터링 기능이 있기 때문에 다양한 분야의 연구용, 파일럿 및 산업용 시스템으로의 확장성이 뛰어납니다.
Flow Cell Reactors for Large Volume Processing
Flow cell reactor를 접목하면 많은 양의 샘플을 연속적으로 처리할 수 있습니다. (glass 또는 stainless steel)
예를 들어, UP400St는 flow cell reactor은 시간당 유량을 10~50리터 까지 정량펌프의 속도를 조절하여 구현할 수 있습니다. 그리고 초음파 처리 중에 열에 민감한 물질을 냉각시키기 위해 jacketed type으로 설계되어 있어서 냉각수를 흘려주면 샘플에서 발생하는 열을 흡수하기 때문에 샘플의 온도를 유지할 수 있도록 합니다.
Sound Protection Boxes for Noise Reduction
Cavitation에 의한 소음 방출을 줄이기 위해 소음 방지 장치를 사용할 수 있으며 조용한 실험실 환경을 위해서 acryl glass(미니테이블)가 장착된 sound protection box를 사용해 주시면 보다 쾌적한 환경에서 작업을 하실 수 있습니다.

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