Jak vyrobit nanofluidy

Nanofluid je inženýrská tekutina, která se skládá ze základní tekutiny obsahující nanočástice. Pro syntézu nanofluidů je nutná účinná a spolehlivá technika homogenizace a deaglomerace, aby byl zajištěn vysoký stupeň rovnoměrné disperze. Ultrazvukové dispergátory jsou špičkovou technologií pro výrobu nanofluidů s vynikajícími vlastnostmi. Ultrazvuková disperze vyniká efektivitou, rychlostí, jednoduchostí, spolehlivostí a uživatelskou přívětivostí.

Co jsou nanofluidy?

Nanofluid je tekutina obsahující částice o velikosti nanočástic (≺100 nm), běžně nazývané nanočástice. Nanočástice používané v nanofluidech jsou obvykle vyrobeny z kovů, oxidů, karbidů nebo uhlíkových nanotrubiček. Tyto nanočástice jsou dispergovány do základní tekutiny (např. vody, oleje atd.), aby se získala upravená koloidní suspenze, tj. nanofluid. Nanofluidy vykazují vylepšené termofyzikální vlastnosti, jako je tepelná vodivost, tepelná difuzivita, viskozita a koeficienty přenosu tepla konvekcí ve srovnání s materiálovými vlastnostmi základní tekutiny.
Běžnou aplikací nanofluidů je jejich použití jako chladivo nebo chladivo. Přidáním nanočástic do konvenčních chladicích kapalin (jako je voda, olej, ethylenglykol, polyalfaolefin atd.) se zlepšují tepelné vlastnosti konvenčních chladicích kapalin.

• Chladicí / teplonosné kapaliny
• Maziva
• Biomedicínská aplikace

Výroba nanofluidů pomocí ultrazvukového homogenizátoru

Mikrostrukturu nanofluidů lze ovlivňovat a manipulovat s ní pomocí nejvhodnější homogenizační technologie a parametrů zpracování. Ultrazvuková disperze se osvědčila jako vysoce účinná a spolehlivá technika pro přípravu nanofluidů. Ultrazvukové dispergátory se používají ve výzkumu a průmyslu k syntéze, mletí, dispergaci a homogenizaci nanočástic s vysokou uniformitou a úzkou distribucí velikosti částic. Parametry procesu pro syntézu nanofluidů zahrnují vstup ultrazvukové energie, ultrazvukovou amplitudu, teplotu, tlak a kyselost. Důležitými faktory jsou dále typy a koncentrace reaktantů a přísad, jakož i pořadí, ve kterém jsou přísady do roztoku přidávány.
Je dobře známo, že vlastnosti nanofluidů silně závisí na struktuře a tvaru nanomateriálů. Získání řiditelných mikrostruktur nanofluidů je proto hlavním faktorem, který přispívá k funkčnosti a kvalitě nanofluidů. Použití optimalizovaných parametrů ultrazvuku, jako je amplituda, tlak, teplota a příkon energie (Ws / ml), je klíčem k výrobě stabilního, rovnoměrného vysoce kvalitního nanofluidu. Ultrazvuku lze úspěšně použít k deaglomeraci a disperzi částic do jednotlivých dispergovaných nanočástic. S menší velikostí částic se zvyšuje Brownův pohyb (Brownova rychlost) a také interakce částic-částice a výsledkem jsou stabilnější nanofluidy. Hielscher ultrasonicators umožňují přesnou kontrolu nad všemi důležitými parametry zpracování, mohou běžet nepřetržitě při vysokých amplitudách (24/7/365) a přicházejí s automatickým protokolováním dat pro snadné vyhodnocení všech běhů sonikace.

Ultrazvukem dispergovaný nanooxid křemičitý

Sonikace Zlepšená stabilita nanofluidů

U nanofluidů má aglomerace nanočástic za následek nejen usazování a ucpávání mikrokanálků, ale také snižování tepelné vodivosti nanofluidů. Ultrazvuková deaglomerace a disperze jsou široce používány v materiálových vědách a průmyslu. Sonikace je osvědčená technika pro přípravu stabilních nanodisperzí s rovnoměrnou distribucí nanočástic a velkou stabilitou. Proto jsou ultrazvukové dispergátory Hielscher preferovanou technologií, pokud jde o výrobu nanofluidů.

Ultrazvukem vyráběné nanofluidy ve výzkumu

Výzkum zkoumal účinky ultrazvuku a ultrazvukových parametrů na vlastnosti nanofluidů. Přečtěte si více o vědeckých poznatcích o přípravě ultrazvukových nanofluidů.

Ultrazvukové účinky na přípravu nanofluidu Al2O3

Noroozi et al. (2014) zjistili, že u “vyšší koncentrace částic, došlo k většímu zvýšení tepelné difuzivity nanokapalin v důsledku sonikace. Větší stability a zvýšení tepelné difuzivity bylo navíc dosaženo sonikováním nanokapalin sondovým sonikátorem s vyšším výkonem před měřením.” Zvýšení tepelné difuzivity bylo větší u menších NP. Je to proto, že menší částice mají větší efektivní poměr povrchu k objemu. Menší částice tedy pomohly vytvořit stabilní nanokapalinu a sonikace ultrazvukovou sondou měla podstatný vliv na tepelnou difuzivitu. (Noroozi et al. 2014)

Návod krok za krokem pro ultrazvukovou výrobu nanokapalin Al2O3-voda

Nejprve zvažte hmotnost nanočástic Al2O3 pomocí digitální elektronické váhy. Poté se do zvážené destilované vody postupně vkládají nanočástice Al2O3 a směs Al2O3 a vody se promíchává. Sonikujte směs nepřetržitě po dobu 1 hodiny pomocí ultrazvukového zařízení typu sondy UP400S (400 W, 24 kHz, viz obr. vlevo), aby se vytvořila rovnoměrná disperze nanočástic v destilované vodě. Nanofluidy lze připravit v různých frakcích (0,1 %, 0,5 % a 1 %). Nejsou potřeba žádné povrchově aktivní látky ani změny pH. (Isfahani et al., 2013)

Ultrazvukem laděné vodné nanofluidy ZnO

Elcioglu et al. (2021) ve své vědecké studii uvádí, že “Ultrazvuk je nezbytným procesem pro správnou dispergaci nanočástic v základní kapalině a jejich stabilitu, jakož i pro optimální vlastnosti pro reálné aplikace.” K výrobě nanokapalin ZnO/voda použili ultrazvukový přístroj UP200Ht. Sonikace měla zřetelný vliv na povrchové napětí vodné nanokapaliny ZnO. Zjištění výzkumníků vedou k závěru, že povrchové napětí, tvorbu nanovláken a další související vlastnosti jakékoli nanokapaliny lze upravit a vyladit za vhodných ultrazvukových podmínek.

Ultrazvukové homogenizátory pro výrobu nanofluidů

Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné ultrazvukové dispergátory pro všechny druhy homogenizačních a deaglomeračních aplikací. Pokud jde o výrobu nanofluidů, přesné řízení ultrazvuku a spolehlivé ultrazvukové ošetření suspenze nanočástic jsou zásadní.
Hielscher Ultrasonics’ procesory umožňují plnou kontrolu nad všemi důležitými parametry zpracování, jako je příkon energie, intenzita ultrazvuku, amplituda, tlak, teplota a doba zdržení. Tímto způsobem můžete nastavit parametry na optimální podmínky, což následně vede k vysoce kvalitním nanokapalinám.

• Pro jakýkoli objem? kapacita: Hielscher nabízí ultrazvukové přístroje a široké portfolio příslušenství. To umožňuje konfiguraci ideálního ultrazvukového systému pro vaši aplikaci a výrobní kapacitu. Od malých lahviček s mililitry až po velké objemové proudy tisíců galonů za hodinu, Hielscher nabízí vhodné ultrazvukové řešení pro váš proces.
• Robustnost: Naše ultrazvukové systémy jsou robustní a spolehlivé. Všechny Hielscher ultrasonicators jsou konstruovány pro provoz 24/7/365 a vyžadují velmi malou údržbu.
• Uživatelská přívětivost: Propracovaný software našich ultrazvukových zařízení umožňuje předvýběr a uložení nastavení ultrazvuku pro jednoduchou a spolehlivou sonikaci. Intuitivní menu je snadno přístupné pomocí digitálního barevného dotykového displeje. Dálkové ovládání prohlížeče umožňuje ovládat a monitorovat prostřednictvím libovolného internetového prohlížeče. Automatické zaznamenávání dat ukládá procesní parametry jakéhokoli spuštění ultrazvuku na vestavěnou SD kartu.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators: