Ψυκτικά υγρά με βάση θερμοαγώγιμα νανορευστά

Τα νανορευστά που συντίθενται με υπερήχους είναι αποδοτικά ψυκτικά υγρά και υγρά εναλλακτών θερμότητας. Τα θερμοαγώγιμα νανοϋλικά αυξάνουν σημαντικά την ικανότητα μεταφοράς και απαγωγής θερμότητας. Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια καθιερωμένη μέθοδος για τη σύνθεση και τη λειτουργικοποίηση θερμοαγώγιμων νανοσωματιδίων, καθώς και για την παραγωγή σταθερών νανορευστών υψηλών επιδόσεων για εφαρμογές ψύξης.

Επιδράσεις των νανορευστών στη θερμοϋδραυλική απόδοση

Η θερμική αγωγιμότητα ενός υλικού αποτελεί μέτρο της ικανότητάς του να άγει θερμότητα. Για τα ψυκτικά υγρά και τα ρευστά μεταφοράς θερμότητας (που ονομάζονται επίσης θερμικά ρευστά ή θερμικά έλαια), είναι επιθυμητή η υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Πολλά νανοϋλικά διαθέτουν εξαιρετικές θερμοαγώγιμες ιδιότητες. Για την αξιοποίηση της ανώτερης θερμικής αγωγιμότητας των νανοϋλικών, χρησιμοποιούνται ως ψυκτικά υγρά τα λεγόμενα νανορευστά. Ένα νανορευστό είναι ένα ρευστό στο οποίο σωματίδια μεγέθους νανομέτρων αιωρούνται μέσα σε ένα βασικό ρευστό, όπως νερό, γλυκόλη ή έλαιο, όπου σχηματίζουν ένα κολλοειδές διάλυμα. Τα νανορευστά μπορούν να παρουσιάσουν σημαντική αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας σε σύγκριση με υγρά χωρίς νανοσωματίδια ή μεγαλύτερα σωματίδια. Το υλικό, το μέγεθος, το ιξώδες, το επιφανειακό φορτίο και η σταθερότητα στο ρευστό των διασπαρμένων νανοσωματιδίων επηρεάζουν σημαντικά τη θερμική απόδοση των νανορευστών. Τα νανορευστά αποκτούν γρήγορα αυξανόμενη σημασία στις εφαρμογές μεταφοράς θερμότητας, καθώς παρουσιάζουν ανώτερη απόδοση μεταφοράς θερμότητας σε σύγκριση με τα συμβατικά βασικά ρευστά.
Η διασπορά με υπερήχους είναι μια ιδιαίτερα αποδοτική, αξιόπιστη και βιομηχανικά καθιερωμένη τεχνική για την παραγωγή νανορευστών με υψηλές επιδόσεις μεταφοράς θερμότητας.

Τα νανορευστά που συντίθενται με υπερήχους είναι αποδοτικά ψυκτικά μέσα και υγρά εναλλακτών θερμότητας. Τα θερμοαγώγιμα νανοϋλικά αυξάνουν σημαντικά τη μεταφορά θερμότητας και την ικανότητα απαγωγής της. Η επεξεργασία με υπερήχους αποτελεί καθιερωμένη μέθοδο για τη σύνθεση και τη λειτουργικοποίηση θερμοαγώγιμων νανοσωματιδίων, καθώς και για την παραγωγή σταθερών νανορευστών υψηλής απόδοσης για εφαρμογές ψύξης.

Η κατεργασία με υπερήχους επιτρέπει την αξιοποίηση των πλεονεκτημάτων των σωματιδίων νανομετρικού μεγέθους, όπως

• υψηλός λόγος επιφάνειας : όγκου για σημαντικά υψηλότερους ρυθμούς μεταφοράς ενέργειας και μάζας
• χαμηλή μάζα για πολύ καλή κολλοειδή σταθερότητα
• χαμηλή αδράνεια, η οποία ελαχιστοποιεί τη διάβρωση

Αυτά τα χαρακτηριστικά που σχετίζονται με το νανομετρικό μέγεθος προσδίδουν στα νανορευστά την εξαιρετική θερμική αγωγιμότητά τους. Η διασπορά με υπερήχους είναι η πλέον αποδοτική τεχνική για την παραγωγή λειτουργικοποιημένων νανοσωματιδίων και νανορευστών.

Νανορευστά με ανώτερη θερμική αγωγιμότητα που παράγονται με υπερήχους

Πολλά νανοϋλικά – όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs), το διοξείδιο του πυριτίου, το γραφένιο, το αλουμίνιο, ο άργυρος, το νιτρίδιο του βορίου και πολλά άλλα – έχει ήδη αποδειχθεί ότι αυξάνουν τη θερμική αγωγιμότητα των ρευστών μεταφοράς θερμότητας. Παρακάτω μπορείτε να βρείτε ενδεικτικά ερευνητικά αποτελέσματα για θερμοαγώγιμα νανορευστά που παρασκευάστηκαν με κατεργασία με υπερήχους.

Παραγωγή νανορευστών με βάση το αλουμίνιο με χρήση υπερήχων

Οι Buonomo et al. (2015) κατέδειξαν τη βελτιωμένη θερμική αγωγιμότητα νανορευστών Al2O3, τα οποία παρασκευάστηκαν με κατεργασία με υπερήχους.
Για την ομοιόμορφη διασπορά των νανοσωματιδίων Al2O3 στο νερό, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη συσκευή υπερήχων τύπου καθετήρα UP400S της Hielscher. Η αποσυσσωμάτωση και η διασπορά των σωματιδίων αλουμινίου με υπερήχους οδήγησαν σε μέγεθος σωματιδίων περίπου 120 nm για όλα τα νανορευστά – ανεξάρτητα από τη συγκέντρωση των σωματιδίων. Η θερμική αγωγιμότητα των νανορευστών αυξανόταν σε υψηλότερες θερμοκρασίες σε σύγκριση με το καθαρό νερό. Με συγκέντρωση σωματιδίων Al2O3 0,5% σε θερμοκρασία δωματίου 25°C, η αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας είναι μόνο περίπου 0,57%, αλλά στους 65°C η τιμή αυτή αυξάνεται σε περίπου 8%. Για συγκέντρωση κατ’ όγκο 4%, η βελτίωση αυξάνεται από 7,6% σε 14,4% καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται από 25°C σε 65°C.
[cf. Buonomo et al., 2015]

Παραγωγή νανορευστών με βάση το νιτρίδιο του βορίου με κατεργασία με υπερήχους

Οι Ilhan et al. (2016) διερεύνησαν τη θερμική αγωγιμότητα νανορευστών με βάση το εξαγωνικό νιτρίδιο του βορίου (hBN). Για τον σκοπό αυτό παράγεται μια σειρά καλά διεσπαρμένων, σταθερών νανορευστών, τα οποία περιέχουν νανοσωματίδια hBN με μέση διάμετρο 70 nm, με μια μέθοδο δύο σταδίων που περιλαμβάνει κατεργασία με υπερήχους και επιφανειοδραστικές ουσίες, όπως το δωδεκυλοθειικό νάτριο (SDS) και η πολυβινυλοπυρρολιδόνη (PVP). Το νανορευστό hBN–νερού που έχει διασπαρεί με υπερήχους παρουσιάζει σημαντική αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας ακόμη και σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις σωματιδίων. Η κατεργασία με υπερήχους με τη συσκευή υπερήχων τύπου καθετήρα UP400S μείωσε το μέσο μέγεθος των συσσωματωμάτων σωματιδίων στο εύρος των 40–60 nm. Οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι τα μεγάλα και πυκνά συσσωματώματα νιτριδίου του βορίου, τα οποία παρατηρήθηκαν σε ξηρή κατάσταση χωρίς προηγούμενη κατεργασία, διασπώνται με τη διαδικασία κατεργασίας με υπερήχους και την προσθήκη επιφανειοδραστικών ουσιών. Αυτό καθιστά τη διασπορά με υπερήχους αποτελεσματική μέθοδο για την παρασκευή νανορευστών με βάση το νερό και με διάφορες συγκεντρώσεις σωματιδίων.
[πρβλ. Ilhan et al., 2016]

“Η κατεργασία με υπερήχους είναι η διαδικασία που χρησιμοποιείται ευρύτερα στη βιβλιογραφία για την αύξηση της σταθερότητας των νανορευστών.” [Ilhan et al., 2016] Επίσης, στη βιομηχανική παραγωγή, η κατεργασία με υπερήχους αποτελεί σήμερα την πιο αποτελεσματική, αξιόπιστη και οικονομική τεχνική για την παραγωγή νανορευστών εξαιρετικής απόδοσης που παραμένουν σταθερά μακροπρόθεσμα.

Βιομηχανικές συσκευές υπερήχων για την παραγωγή ψυκτικών υγρών

Επιστημονικά τεκμηριωμένες, καθιερωμένες στη βιομηχανία – Συσκευές υπερήχων Hielscher για την παραγωγή νανορευστών
Οι διασπορείς υπερήχων υψηλής διάτμησης είναι αξιόπιστα μηχανήματα για τη συνεχή παραγωγή ψυκτικών υγρών και ρευστών μεταφοράς θερμότητας υψηλής απόδοσης. Η ανάμειξη με υπερήχους είναι γνωστή για την αποδοτικότητα και την αξιοπιστία της – ακόμη και όταν επικρατούν απαιτητικές συνθήκες ανάμειξης.
Ο εξοπλισμός της Hielscher Ultrasonics επιτρέπει την παρασκευή μη τοξικών, μη επικίνδυνων νανορευστών, ορισμένα από τα οποία είναι ακόμη και κατάλληλα για χρήση σε τρόφιμα. Ταυτόχρονα, όλες οι συσκευές υπερήχων μας είναι εξαιρετικά αποδοτικές, αξιόπιστες, ασφαλείς στη λειτουργία και πολύ ανθεκτικές. Κατασκευασμένες για λειτουργία 24/7, ακόμη και οι επιτραπέζιες και μεσαίου μεγέθους συσκευές υπερήχων μας μπορούν να παράγουν αξιοσημείωτους όγκους.
Διαβάστε περισσότερα για την παραγωγή νανορευστών με υπερήχους ή επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να λάβετε αναλυτικές συμβουλές και μια δωρεάν προσφορά για έναν διασπορέα υπερήχων!

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:

Σε αυτό το βίντεο παρουσιάζουμε ένα σύστημα υπερήχων 2 κιλοβάτ για λειτουργία εντός γραμμής, σε ερμάριο με δυνατότητα έκπλυσης με αέριο. Η Hielscher προμηθεύει εξοπλισμό υπερήχων σε όλους σχεδόν τους βιομηχανικούς κλάδους, όπως τη χημική βιομηχανία, τη φαρμακοβιομηχανία, τη βιομηχανία καλλυντικών και τις πετροχημικές διεργασίες, καθώς και για διεργασίες εκχύλισης με διαλύτες. Αυτό το ερμάριο από ανοξείδωτο χάλυβα, με δυνατότητα έκπλυσης με αέριο, έχει σχεδιαστεί για λειτουργία σε επικίνδυνες περιοχές. Για τον σκοπό αυτό, ο πελάτης μπορεί να εκπλύνει το στεγανό ερμάριο με άζωτο ή νωπό αέρα, ώστε να αποτρέπεται η είσοδος εύφλεκτων αερίων ή ατμών στο εσωτερικό του.