Πώς να παρασκευάσετε νανορευστά

Ένα νανορευστό είναι ένα τεχνητά παρασκευασμένο ρευστό που αποτελείται από ένα βασικό ρευστό το οποίο περιέχει νανοσωματίδια. Για τη σύνθεση νανορευστών απαιτείται μια αποτελεσματική και αξιόπιστη τεχνική ομογενοποίησης και αποσυσσωμάτωσης, ώστε να εξασφαλίζεται υψηλός βαθμός ομοιόμορφης διασποράς. Οι διασπορείς υπερήχων αποτελούν την ανώτερη τεχνολογία για την παραγωγή νανορευστών με εξαιρετικά χαρακτηριστικά. Η διασπορά με υπερήχους υπερέχει ως προς την αποδοτικότητα, την ταχύτητα, την απλότητα, την αξιοπιστία και την ευχρηστία.

Τι είναι τα νανορευστά;

Ένα νανορευστό είναι ένα ρευστό που περιέχει σωματίδια νανομετρικού μεγέθους (≺100nm), τα οποία ονομάζονται συνήθως νανοσωματίδια. Τα νανοσωματίδια που χρησιμοποιούνται στα νανορευστά αποτελούνται συνήθως από μέταλλα, οξείδια, καρβίδια ή νανοσωλήνες άνθρακα. Αυτά τα νανοσωματίδια διασπείρονται σε ένα βασικό ρευστό (π.χ. νερό, έλαιο κ.λπ.), προκειμένου να ληφθεί ένα τεχνητά παρασκευασμένο κολλοειδές εναιώρημα, δηλαδή το νανορευστό. Τα νανορευστά παρουσιάζουν βελτιωμένες θερμοφυσικές ιδιότητες, όπως θερμική αγωγιμότητα, θερμική διαχυτότητα, ιξώδες και συντελεστές μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή, σε σύγκριση με τις ιδιότητες του υλικού του βασικού ρευστού.
Μια συνήθης εφαρμογή των νανορευστών είναι η χρήση τους ως υγρών ψύξης ή ψυκτικών μέσων. Με την προσθήκη νανοσωματιδίων σε συμβατικά υγρά ψύξης (όπως νερό, έλαιο, αιθυλενογλυκόλη, πολυαλφαολεφίνη κ.λπ.), βελτιώνονται οι θερμικές ιδιότητες των συμβατικών υγρών ψύξης.

• υγρά ψύξης / μεταφοράς θερμότητας
• λιπαντικά
• βιοϊατρική εφαρμογή

Παρασκευή νανορευστών με ομογενοποιητή υπερήχων

Η μικροδομή των νανορευστών μπορεί να επηρεαστεί και να ρυθμιστεί μέσω της εφαρμογής της καταλληλότερης τεχνολογίας ομογενοποίησης και των καταλληλότερων παραμέτρων επεξεργασίας. Η διασπορά με υπερήχους έχει αποδειχθεί ιδιαίτερα αποδοτική και αξιόπιστη τεχνική για την παρασκευή νανορευστών. Οι διασπορείς υπερήχων χρησιμοποιούνται στην έρευνα και τη βιομηχανία για τη σύνθεση, την άλεση, τη διασπορά και την ομογενοποίηση νανοσωματιδίων με υψηλή ομοιομορφία και στενή κατανομή μεγέθους σωματιδίων. Οι παράμετροι διεργασίας για τη σύνθεση νανορευστών περιλαμβάνουν την εισροή ενέργειας υπερήχων, το πλάτος ταλάντωσης των υπερήχων, τη θερμοκρασία, την πίεση και την οξύτητα. Επιπλέον, οι τύποι και οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προσθέτων, καθώς και η σειρά με την οποία τα πρόσθετα προστίθενται στο διάλυμα, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες.
Είναι ευρέως γνωστό ότι οι ιδιότητες των νανορευστών εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη δομή και το σχήμα των νανοϋλικών. Επομένως, η επίτευξη ελεγχόμενων μικροδομών των νανορευστών είναι ο κύριος παράγοντας που συμβάλλει στη λειτουργικότητα και την ποιότητά τους. Η χρήση βελτιστοποιημένων παραμέτρων κατεργασίας με υπερήχους, όπως το πλάτος ταλάντωσης, η πίεση, η θερμοκρασία και η εισροή ενέργειας (Ws/mL), είναι το κλειδί για την παραγωγή ενός σταθερού, ομοιόμορφου νανορευστού υψηλής ποιότητας. Η κατεργασία με υπερήχους μπορεί να εφαρμοστεί με επιτυχία για την αποσυσσωμάτωση και τη διασπορά σωματιδίων σε μεμονωμένα διασπαρμένα νανοσωματίδια. Με μικρότερο μέγεθος σωματιδίων, η κίνηση Brown (ταχύτητα Brown), καθώς και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ σωματιδίων, αυξάνονται και οδηγούν σε πιο σταθερά νανορευστά. Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher επιτρέπουν τον ακριβή έλεγχο όλων των σημαντικών παραμέτρων επεξεργασίας, μπορούν να λειτουργούν συνεχώς σε υψηλά πλάτη ταλάντωσης (24/7/365) και διαθέτουν αυτόματη καταγραφή δεδομένων για την εύκολη αξιολόγηση όλων των κύκλων κατεργασίας με υπερήχους.

Πυριτία νανομετρικού μεγέθους διασπαρμένη με υπερήχους

Βελτιωμένη σταθερότητα των νανορευστών μέσω κατεργασίας με υπερήχους

Στα νανορευστά, η συσσωμάτωση των νανοσωματιδίων προκαλεί όχι μόνο καθίζηση και απόφραξη των μικροκαναλιών, αλλά και μείωση της θερμικής αγωγιμότητας των νανορευστών. Η αποσυσσωμάτωση και η διασπορά με υπερήχους εφαρμόζονται ευρέως στην επιστήμη των υλικών και στη βιομηχανία. Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια αποδεδειγμένη τεχνική για την παρασκευή σταθερών νανοδιασπορών με ομοιόμορφη κατανομή νανοσωματιδίων και μεγάλη σταθερότητα. Επομένως, οι διασπορείς υπερήχων της Hielscher αποτελούν την προτιμώμενη τεχνολογία για την παραγωγή νανορευστών.

Νανορευστά που παράγονται με υπερήχους στην έρευνα

Η έρευνα έχει διερευνήσει τις επιδράσεις της κατεργασίας με υπερήχους και των παραμέτρων των υπερήχων στα χαρακτηριστικά των νανορευστών. Διαβάστε περισσότερα για τα επιστημονικά ευρήματα σχετικά με την παρασκευή νανορευστών με υπερήχους.

Επιδράσεις των υπερήχων στην παρασκευή νανορευστών Al2O3

Οι Noroozi et al. (2014) διαπίστωσαν ότι σε «υψηλότερη συγκέντρωση σωματιδίων, η ενίσχυση της θερμικής διαχυτότητας των νανορευστών που προέκυπτε από την κατεργασία με υπερήχους ήταν μεγαλύτερη. Επιπλέον, επιτεύχθηκαν μεγαλύτερη σταθερότητα και ενίσχυση της θερμικής διαχυτότητας μέσω της κατεργασίας των νανορευστών με τη συσκευή υπερήχων τύπου ακίδας υψηλότερης ισχύος πριν από τη μέτρηση.» Η ενίσχυση της θερμικής διαχυτότητας ήταν μεγαλύτερη για τα νανοσωματίδια (NPs) μικρότερου μεγέθους. Αυτό συμβαίνει επειδή τα μικρότερα σωματίδια έχουν υψηλότερους λόγους ενεργού επιφάνειας προς όγκο. Έτσι, τα μικρότερα σωματίδια συνέβαλαν στον σχηματισμό ενός σταθερού νανορευστού και η κατεργασία με ακίδα υπερήχων είχε σημαντική επίδραση στη θερμική διαχυτότητα. (Noroozi et al. 2014)

Οδηγίες βήμα προς βήμα για την παραγωγή νανορευστών Al2O3–νερού με υπερήχους

Πρώτα, ζυγίστε τη μάζα των νανοσωματιδίων Al2O3 με έναν ψηφιακό ηλεκτρονικό ζυγό. Στη συνέχεια, προσθέστε σταδιακά τα νανοσωματίδια Al2O3 στο ζυγισμένο απεσταγμένο νερό και αναδεύστε το μείγμα Al2O3–νερού. Υποβάλετε το μείγμα σε συνεχή κατεργασία με υπερήχους για 1h με μια συσκευή υπερήχων τύπου ακίδας UP400S (400W, 24kHz, βλ. εικόνα αριστερά), ώστε να παραχθεί ομοιόμορφη διασπορά νανοσωματιδίων σε απεσταγμένο νερό. Τα νανορευστά μπορούν να παρασκευαστούν σε διαφορετικά κλάσματα (0,1%, 0,5% και 1%). Δεν απαιτείται επιφανειοδραστική ουσία ούτε μεταβολές του pH. (Isfahani et al., 2013)

Υδατικά νανορευστά ZnO με ιδιότητες ρυθμισμένες μέσω υπερήχων

Οι Elcioglu et al. (2021) αναφέρουν στην επιστημονική τους μελέτη ότι «Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια απαραίτητη διεργασία για τη σωστή διασπορά των νανοσωματιδίων στο βασικό ρευστό και τη σταθερότητα, καθώς και για την επίτευξη βέλτιστων ιδιοτήτων σε πραγματικές εφαρμογές.» Χρησιμοποίησαν τη συσκευή υπερήχων UP200Ht για την παραγωγή νανορευστών ZnO / νερού. Η κατεργασία με υπερήχους είχε σαφείς επιδράσεις στην επιφανειακή τάση του υδατικού νανορευστού ZnO. Τα ευρήματα των ερευνητών οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η επιφανειακή τάση, ο σχηματισμός νανοϋμενίων και άλλα συναφή χαρακτηριστικά οποιουδήποτε νανορευστού μπορούν να προσαρμοστούν και να ρυθμιστούν υπό κατάλληλες συνθήκες κατεργασίας με υπερήχους.

Ομογενοποιητές υπερήχων για την παραγωγή νανορευστών

Η Hielscher Ultrasonics σχεδιάζει, κατασκευάζει και διανέμει διασπορείς υπερήχων υψηλής απόδοσης για κάθε είδους εφαρμογές ομογενοποίησης και αποσυσσωμάτωσης. Στην παραγωγή νανορευστών, ο ακριβής έλεγχος της κατεργασίας με υπερήχους και η αξιόπιστη επεξεργασία του εναιωρήματος νανοσωματιδίων με υπερήχους είναι καθοριστικής σημασίας.
Οι επεξεργαστές της Hielscher Ultrasonics σας παρέχουν πλήρη έλεγχο όλων των σημαντικών παραμέτρων επεξεργασίας, όπως η εισροή ενέργειας, η ένταση των υπερήχων, το πλάτος ταλάντωσης, η πίεση, η θερμοκρασία και ο χρόνος παραμονής. Έτσι, μπορείτε να ρυθμίσετε τις παραμέτρους ώστε να επιτύχετε βελτιστοποιημένες συνθήκες, γεγονός που στη συνέχεια οδηγεί σε νανορευστά υψηλής ποιότητας.

• Για κάθε όγκο? δυναμικότητα: Η Hielscher προσφέρει συσκευές υπερήχων και μια ευρεία γκάμα εξαρτημάτων. Αυτό επιτρέπει τη διαμόρφωση του ιδανικού συστήματος υπερήχων για την εφαρμογή και την παραγωγική σας δυναμικότητα. Από μικρά φιαλίδια με όγκους της τάξης των χιλιοστόλιτρων έως ροές μεγάλου όγκου χιλιάδων γαλονιών ανά ώρα, η Hielscher προσφέρει την κατάλληλη λύση υπερήχων για τη διεργασία σας.
• Ανθεκτικότητα: Τα συστήματα υπερήχων μας είναι ανθεκτικά και αξιόπιστα. Όλες οι συσκευές υπερήχων της Hielscher είναι κατασκευασμένες για λειτουργία 24/7/365 και απαιτούν ελάχιστη συντήρηση.
• Ευχρηστία: Το εξελιγμένο λογισμικό των συσκευών υπερήχων μας επιτρέπει την προεπιλογή και την αποθήκευση των ρυθμίσεων κατεργασίας με υπερήχους για απλή και αξιόπιστη κατεργασία. Το εύχρηστο μενού είναι εύκολα προσβάσιμο μέσω μιας ψηφιακής έγχρωμης οθόνης αφής. Ο απομακρυσμένος έλεγχος μέσω προγράμματος περιήγησης σας επιτρέπει τον χειρισμό και την παρακολούθηση μέσω οποιουδήποτε προγράμματος περιήγησης στο διαδίκτυο. Η αυτόματη καταγραφή δεδομένων αποθηκεύει τις παραμέτρους διεργασίας κάθε κύκλου κατεργασίας με υπερήχους σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD.

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