Kako proizvesti nanofluide

Nanofluid je inženjerski dizajniran fluid koji se sastoji od osnovnog fluida koji sadrži nanočestice. Za sintezu nanofluida potrebna je djelotvorna i pouzdana tehnika homogenizacije i deaglomeracije kako bi se osigurao visok stepen ujednačene disperzije. Ultrazvučni disperzatori su vrhunska tehnologija za proizvodnju nanofluida izvrsnih karakteristika. Ultrazvučna disperzija odlikuje se efikasnošću, brzinom, jednostavnošću, pouzdanošću i jednostavnošću upotrebe.

Šta su nanofluidi?

Nanofluid je fluid koji sadrži čestice nanometarske veličine (≺100nm), uobičajeno nazvane nanočestice. Nanočestice koje se koriste u nanofluidima obično su izrađene od metala, oksida, karbida ili ugljikovih nanocijevi. Te nanočestice se dispergiraju u osnovni fluid (npr. voda, ulje itd.) kako bi se dobila inženjerski dizajnirana koloidna suspenzija, tj. nanofluid. Nanofluidi pokazuju poboljšana termofizička svojstva, kao što su toplinska provodljivost, toplinska difuzivnost, viskoznost i koeficijenti konvektivnog prijenosa topline, u poređenju sa svojstvima materijala osnovnog fluida.
Uobičajena primjena nanofluida je njihova upotreba kao rashladnog sredstva ili rashladnog fluida. Dodavanjem nanočestica konvencionalnim rashladnim sredstvima (kao što su voda, ulje, etilen-glikol, polialfaolefin itd.) poboljšavaju se toplinska svojstva konvencionalnih rashladnih sredstava.

• rashladnim tečnostima / tečnostima za prijenos topline
• mazivima
• biomedicinskoj primjeni

Proizvodnja nanofluida ultrazvučnim homogenizatorom

Mikrostruktura nanofluida može se podešavati i njome manipulirati primjenom najprikladnije tehnologije homogenizacije i procesnih parametara. Ultrazvučna disperzija pokazala se kao visoko efikasna i pouzdana tehnika za pripremu nanofluida. Ultrazvučni disperzatori koriste se u istraživanju i industriji za sintezu, mljevenje, dispergiranje i homogenizaciju nanočestica s visokom ujednačenošću i uskom raspodjelom veličine čestica. Procesni parametri za sintezu nanofluida uključuju unos ultrazvučne energije, ultrazvučnu amplitudu, temperaturu, pritisak i kiselost. Osim toga, važni faktori su vrste i koncentracije reaktanata i aditiva, kao i redoslijed kojim se aditivi dodaju u otopinu.
Poznato je da svojstva nanofluida snažno ovise o strukturi i obliku nanomaterijala. Stoga je postizanje kontrolirane mikrostrukture nanofluida glavni faktor koji doprinosi funkcionalnosti i kvaliteti nanofluida. Korištenje optimiziranih parametara ultrazvučne obrade, kao što su amplituda, pritisak, temperatura i unos energije (Ws/mL), ključ je za proizvodnju stabilnog, ujednačenog nanofluida visokog kvaliteta. Ultrazvučna obrada može se uspješno primijeniti za deaglomeraciju i dispergiranje čestica u pojedinačno dispergirane nanočestice. Sa smanjenjem veličine čestica povećavaju se Brownovo kretanje (Brownova brzina) kao i međučestične interakcije, što rezultira stabilnijim nanofluidima. Hielscher ultrazvučni uređaji omogućavaju preciznu kontrolu svih važnih procesnih parametara, mogu neprekidno raditi pri visokim amplitudama (24/7/365) i opremljeni su automatskim protokoliranjem podataka radi jednostavne evaluacije svih ciklusa ultrazvučne obrade.

Ultrazvučno dispergiran silicijev dioksid nanometarske veličine

Ultrazvučna obrada poboljšava stabilnost nanofluida

Kod nanofluida aglomeracija nanočestica dovodi ne samo do taloženja i začepljenja mikrokanala nego i do smanjenja toplinske provodljivosti nanofluida. Ultrazvučna deaglomeracija i disperzija široko se primjenjuju u nauci o materijalima i industriji. Ultrazvučna obrada (sonikacija) je dokazana tehnika za pripremu stabilnih nanodisperzija s ujednačenom raspodjelom nanočestica i odličnom stabilnošću. Stoga su Hielscher ultrazvučni disperzatori preferirana tehnologija kada je riječ o proizvodnji nanofluida.

Ultrazvučno proizvedeni nanofluidi u istraživanju

Istraživanja su ispitivala učinke ultrazvučne obrade i ultrazvučnih parametara na karakteristike nanofluida. Pročitajte više o znanstvenim nalazima o ultrazvučnoj pripremi nanofluida.

Ultrazvučni učinci na pripremu nanofluida Al2O3

Noroozi i sur. (2014) otkrili su da je pri “višoj koncentraciji čestica došlo do većeg poboljšanja toplinske difuzivnosti nanofluida uslijed ultrazvučne obrade. Štaviše, veća stabilnost i poboljšanje toplinske difuzivnosti postignuti su ultrazvučnom obradom nanofluida sondnim sonikatorom veće snage prije mjerenja.” Poboljšanje toplinske difuzivnosti bilo je veće kod nanočestica manje veličine. To je zato što manje čestice imaju veći efektivni omjer površine i volumena. Stoga su manje čestice pomogle u stvaranju stabilnog nanofluida, a ultrazvučna obrada ultrazvučnom sondom imala je znatan učinak na toplinsku difuzivnost. (Noroozi i sur. 2014)

Uputa korak po korak za ultrazvučnu proizvodnju nanofluida Al2O3 i vode

Prvo izvažite masu nanočestica Al2O3 digitalnom elektroničkom vagom. Zatim postupno stavite nanočestice Al2O3 u izvaganu destiliranu vodu i miješajte smjesu Al2O3 i vode. Smjesu neprekidno ultrazvučno obrađujte 1h ultrazvučnim uređajem sa sondom UP400S (400W, 24kHz, vidi sliku lijevo) kako biste dobili ujednačenu disperziju nanočestica u destiliranoj vodi. Nanofluidi se mogu pripremiti pri različitim udjelima (0,1%, 0,5% i 1%). Nisu potrebni surfaktant niti promjene pH vrijednosti. (Isfahani i sur., 2013)

Ultrazvučno podešeni vodeni nanofluidi ZnO

Elcioglu i sur. (2021) u svojoj znanstvenoj studiji navode da je “ultrazvučna obrada ključan proces za pravilnu disperziju nanočestica u osnovnom fluidu i za stabilnost, kao i za optimalna svojstva u stvarnim primjenama.” Koristili su ultrazvučni uređaj UP200Ht za proizvodnju nanofluida ZnO / voda. Ultrazvučna obrada imala je jasne učinke na površinski napon vodenog nanofluida ZnO. Nalazi istraživača dovode do zaključka da se površinski napon, stvaranje nanofilma i druge srodne osobine bilo kojeg nanofluida mogu prilagoditi i podesiti pod odgovarajućim uvjetima ultrazvučne obrade.

Ultrazvučni homogenizatori za proizvodnju nanofluida

Hielscher Ultrasonics projektuje, proizvodi i distribuira visokoučinkovite ultrazvučne disperzatore za sve vrste primjena homogenizacije i deaglomeracije. Kada je riječ o proizvodnji nanofluida, ključni su precizna kontrola ultrazvučne obrade i pouzdan ultrazvučni tretman suspenzije nanočestica.
Procesori kompanije Hielscher Ultrasonics daju vam punu kontrolu nad svim važnim procesnim parametrima, kao što su unos energije, ultrazvučni intenzitet, amplituda, pritisak, temperatura i vrijeme zadržavanja. Na taj način možete podesiti parametre na optimizirane uvjete, što posljedično dovodi do nanofluida visokog kvaliteta.

• Za bilo koji volumen? kapacitet: Hielscher nudi ultrazvučne uređaje i širok portfolio pribora. To omogućava konfiguraciju idealnog ultrazvučnog sistema za vašu primjenu i proizvodni kapacitet. Od malih bočica s mililitrima do tokova velikog volumena od hiljada galona na sat, Hielscher nudi odgovarajuće ultrazvučno rješenje za vaš proces.
• Robusnost: Naši ultrazvučni sistemi su robusni i pouzdani. Svi Hielscher ultrazvučni uređaji izrađeni su za rad 24/7/365 i zahtijevaju vrlo malo održavanja.
• Jednostavnost upotrebe: Razrađen softver naših ultrazvučnih uređaja omogućava prethodni odabir i pohranjivanje postavki ultrazvučne obrade za jednostavnu i pouzdanu ultrazvučnu obradu. Intuitivnom meniju lako se pristupa putem digitalnog kolor ekrana osjetljivog na dodir. Daljinsko upravljanje putem preglednika omogućava vam rad i nadzor putem bilo kojeg internetskog preglednika. Automatsko bilježenje podataka pohranjuje procesne parametre svakog ciklusa ultrazvučne obrade na ugrađenu SD karticu.

Tabela u nastavku daje vam orijentaciju o približnom procesnom kapacitetu naših ultrazvučnih uređaja: