ナノ粒子ナノパウダーは粒子径が小さく、表面エネルギーが高く、自発的に凝集する傾向があります。凝集の有無はナノパウダーの優位性に大きく影響します。そのため、液体媒体中におけるナノパウダーの分散性と安定性をいかに向上させるかは、非常に重要な研究課題です。
粒子分散は近年発展を遂げた先端分野です。いわゆる粒子分散とは、粉体粒子を液体媒体中で分離・分散させ、液相全体に均一に分散させるプロセスを指し、主に分散粒子の湿潤、脱凝集、安定化の3段階から構成されます。湿潤とは、混合システムで形成された渦に粉体をゆっくりと添加することで、粉体の表面に吸着した空気やその他の不純物を液体に置き換えるプロセスを指します。脱凝集とは、機械的または超成長法によって、大きな粒子サイズの凝集体を小さな粒子に分散させることを指します。安定化とは、粉体粒子が液体中で長期間均一に分散していることを保証することです。分散方法の違いにより、物理的分散と化学的分散に分けられます。超音波分散は物理的分散方法の1つです。
超音波分散方法：超音波は、波長が短く、ほぼ直進的に伝播し、エネルギーを集中させやすいという特徴があります。超音波は化学反応速度を高め、反応時間を短縮し、反応の選択性を高めるだけでなく、超音波がなければ起こらない化学反応を刺激することもできます。超音波分散は、処理対象の粒子懸濁液を超発生場に直接置き、適切な周波数と出力の超音波で処理する、高強度分散法です。超音波分散のメカニズムは、一般的にキャビテーションに関連していると考えられています。超音波の伝播は媒体をキャリアとし、媒体中を超音波が伝播する間に、正圧と負圧が交互に発生します。媒体は、正圧と負圧が交互に発生する圧力によって圧迫され、引っ張られます。十分な振幅の超音波を液体媒体に照射し、一定の臨界分子間距離を維持すると、液体媒体は破裂してマイクロバブルを形成し、さらにキャビテーションバブルへと成長します。これらの気泡は、液体媒体に再溶解するか、浮上して消滅する可能性があり、また超音波場の共鳴位相から崩壊する可能性もあります。懸濁液の分散には適切な超生成周波数があり、その値は懸濁粒子の粒子サイズに依存することが実証されています。そのため、幸いなことに、超生成期間の後、しばらく停止してから超生成を継続することで過熱を回避できます。超生成中に空気または水で冷却することも良い方法です。