Как да се произвеждат нанофлуиди

Нанофлуидът е специално разработен флуид, който се състои от базов флуид, съдържащ наночастици. За синтеза на нанофлуиди е необходим ефективен и надежден метод за хомогенизация и деагломерация, за да се осигури висока степен на равномерно диспергиране. Ултразвуковите диспергатори са превъзходната технология за производство на нанофлуиди с отлични характеристики. Ултразвуковото диспергиране се отличава с ефективност, бързина, простота, надеждност и удобство при използване.

Какво представляват нанофлуидите?

Нанофлуидът е флуид, съдържащ частици с наноразмери (≺100nm), обикновено наричани наночастици. Наночастиците, използвани в нанофлуидите, обикновено са съставени от метали, оксиди, карбиди или въглеродни нанотръби. Тези наночастици се диспергират в базов флуид (напр. вода, масло и др.), за да се получи специално разработена колоидна суспензия, т.е. нанофлуидът. Нанофлуидите проявяват подобрени термофизични свойства, като топлопроводност, температуропроводност, вискозитет и коефициенти на конвективен топлообмен, в сравнение със свойствата на базовия флуид.
Често срещано приложение на нанофлуидите е използването им като охлаждаща течност или хладилен агент. Чрез добавяне на наночастици към конвенционални охлаждащи течности (като вода, масло, етиленгликол, полиалфаолефин и др.) се подобряват топлинните свойства на конвенционалните охлаждащи течности.

• охлаждащи / топлообменни течности
• смазочни материали
• биомедицински приложения

Производство на нанофлуиди с ултразвуков хомогенизатор

Микроструктурата на нанофлуидите може да бъде повлияна и управлявана чрез прилагане на най-подходящата технология за хомогенизация и параметри на обработката. Ултразвуковото диспергиране се е доказало като високоефективен и надежден метод за получаване на нанофлуиди. Ултразвуковите диспергатори се използват в научните изследвания и промишлеността за синтезиране, смилане, диспергиране и хомогенизиране на наночастици с висока еднородност и тясно разпределение на размера на частиците. Параметрите на процеса за синтез на нанофлуиди включват вложена ултразвукова енергия, ултразвукова амплитуда, температура, налягане и киселинност. Освен това важни фактори са видовете и концентрациите на реагентите и добавките, както и редът, в който добавките се добавят към разтвора.
Добре известно е, че свойствата на нанофлуидите силно зависят от структурата и формата на наноматериалите. Следователно получаването на контролируеми микроструктури на нанофлуидите е основният фактор, който допринася за функционалността и качеството на нанофлуидите. Използването на оптимизирани параметри на ултразвуковата обработка, като амплитуда, налягане, температура и вложена енергия (Ws/mL), е ключът към производството на стабилен, еднороден нанофлуид с високо качество. Ултразвуковата обработка може успешно да се прилага за деагломериране и диспергиране на частици до отделни диспергирани наночастици. При по-малък размер на частиците Брауновото движение (скоростта на Брауновото движение), както и взаимодействията между частиците, се увеличават и водят до по-стабилни нанофлуиди. Ултразвуковите апарати на Hielscher позволяват прецизен контрол върху всички важни параметри на обработката, могат да работят непрекъснато при високи амплитуди (24/7/365) и разполагат с автоматично протоколиране на данните за лесна оценка на всички цикли на ултразвукова обработка.

Ултразвуково диспергиран силициев диоксид с наноразмери

Подобрена стабилност на нанофлуидите чрез ултразвукова обработка

При нанофлуидите агломерацията на наночастици води не само до утаяване и запушване на микроканалите, но и до намаляване на топлопроводността на нанофлуидите. Ултразвуковата деагломерация и диспергиране се прилагат широко в материалознанието и промишлеността. Ултразвуковата обработка е доказан метод за получаване на стабилни нанодисперсии с равномерно разпределение на наночастиците и висока стабилност. Поради това ултразвуковите диспергатори на Hielscher са предпочитаната технология, когато става въпрос за производство на нанофлуиди.

Ултразвуково произведени нанофлуиди в научните изследвания

Научни изследвания са проучили ефектите на ултразвуковата обработка и ултразвуковите параметри върху характеристиките на нанофлуидите. Прочетете повече за научните резултати относно ултразвуковото получаване на нанофлуиди.

Ефекти на ултразвука върху получаването на нанофлуиди с Al2O3

Noroozi и съавт. (2014) установяват, че при „по-висока концентрация на частиците се наблюдава по-голямо подобрение на температуропроводността на нанофлуидите в резултат на ултразвуковата обработка. Освен това по-голяма стабилност и подобрение на температуропроводността са получени чрез ултразвукова обработка на нанофлуидите с ултразвуков апарат със сонда с по-висока мощност преди измерването.“ Подобрението на температуропроводността е по-голямо при наночастиците с по-малък размер. Това се дължи на факта, че по-малките частици имат по-високо съотношение на ефективната повърхностна площ към обема. По този начин по-малките частици спомагат за образуването на стабилен нанофлуид, а обработката с ултразвукова сонда оказва съществено влияние върху температуропроводността. (Noroozi и съавт. 2014)

Инструкция стъпка по стъпка за ултразвуково производство на нанофлуиди Al2O3–вода

Първо измерете масата на наночастиците Al2O3 с цифрова електронна везна. След това постепенно добавете наночастиците Al2O3 към претеглената дестилирана вода и разбъркайте сместа Al2O3–вода. Обработвайте сместа непрекъснато с ултразвук в продължение на 1h с ултразвуков апарат със сонда UP400S (400W, 24kHz, вижте снимката вляво), за да получите равномерна дисперсия на наночастици в дестилирана вода. Нанофлуидите могат да се получават при различни дялове (0,1%, 0,5% и 1%). Не са необходими повърхностноактивно вещество или промени в pH. (Isfahani и съавт., 2013)

Водни нанофлуиди с ZnO с ултразвуково регулирани свойства

Elcioglu и съавт. (2021) посочват в своето научно изследване, че „Ултразвуковата обработка е съществен процес за правилното диспергиране на наночастиците в базовия флуид и за стабилността, както и за оптимални свойства за приложения в реални условия.“ Те използват ултразвуковия апарат UP200Ht за производство на нанофлуиди ZnO / вода. Ултразвуковата обработка оказва ясно изразени ефекти върху повърхностното напрежение на водния нанофлуид с ZnO. Резултатите на изследователите водят до заключението, че повърхностното напрежение, образуването на нанофилм и други свързани характеристики на всеки нанофлуид могат да бъдат регулирани и настройвани при подходящи условия на ултразвукова обработка.

Ултразвукови хомогенизатори за производство на нанофлуиди

Hielscher Ultrasonics проектира, произвежда и разпространява високопроизводителни ултразвукови диспергатори за всички видове приложения за хомогенизация и деагломерация. Когато става въпрос за производство на нанофлуиди, прецизният контрол на ултразвуковата обработка и надеждната ултразвукова обработка на суспензията от наночастици са от решаващо значение.
Процесорите на Hielscher Ultrasonics ви осигуряват пълен контрол върху всички важни параметри на обработката, като вложена енергия, ултразвуков интензитет, амплитуда, налягане, температура и време на престой. Така можете да настройвате параметрите за оптимизирани условия, което впоследствие води до нанофлуиди с високо качество.

• За всякакъв обем? капацитет: Hielscher предлага ултразвукови апарати и богат набор от принадлежности. Това позволява конфигурирането на идеалната ултразвукова система за вашето приложение и производствен капацитет. От малки флакони с милилитрови обеми до потоци с голям обем от хиляди галони на час, Hielscher предлага подходящото ултразвуково решение за вашия процес.
• Здравина: Нашите ултразвукови системи са здрави и надеждни. Всички ултразвукови апарати на Hielscher са създадени за работа 24/7/365 и изискват много малко поддръжка.
• Удобство при използване: Усъвършенстваният софтуер на нашите ултразвукови устройства позволява предварително избиране и запазване на настройките за ултразвукова обработка за лесна и надеждна ултразвукова обработка. Интуитивното меню е леснодостъпно чрез цифров цветен сензорен дисплей. Дистанционното управление през браузър ви позволява да управлявате и наблюдавате чрез всеки интернет браузър. Автоматичното записване на данни запазва параметрите на процеса за всеки цикъл на ултразвукова обработка на вградена SD карта.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати: