Cómo preparar nanofluidos

Un nanofluido es un fluido diseñado que consiste en un fluido base que contiene nanopartículas. Para la síntesis de nanofluidos, se requiere una técnica de homogeneización y desaglomeración eficaz y fiable que garantice un alto grado de uniformidad en la dispersión. Los dispersores ultrasónicos son la tecnología superior para producir nanofluidos con excelentes características. La dispersión ultrasónica destaca por su eficiencia, rapidez, sencillez, fiabilidad y facilidad de uso.

¿Qué son los nanofluidos?

Un nanofluido es un fluido que contiene partículas de tamaño nanométrico (≺100 nm), comúnmente denominadas nanopartículas. Las nanopartículas utilizadas en los nanofluidos suelen estar compuestas por metales, óxidos, carburos o nanotubos de carbono. Estas nanopartículas se dispersan en un fluido base (p. ej., agua, aceite, etc.) para obtener una suspensión coloidal diseñada, es decir, el nanofluido. Los nanofluidos presentan propiedades termofísicas mejoradas, como la conductividad térmica, la difusividad térmica, la viscosidad y los coeficientes de transferencia de calor por convección, en comparación con las propiedades del fluido base.
Una aplicación habitual de los nanofluidos es su uso como fluidos de enfriamiento o refrigerantes. La adición de nanopartículas a los fluidos de enfriamiento convencionales (como agua, aceite, etilenglicol, polialfaolefina, etc.) mejora sus propiedades térmicas.

• líquidos de refrigeración / transferencia de calor
• lubricantes
• aplicaciones biomédicas

Preparación de nanofluidos con un homogeneizador ultrasónico

La microestructura de los nanofluidos puede modificarse y manipularse mediante la aplicación de la tecnología de homogeneización y los parámetros de procesamiento más adecuados. La dispersión ultrasónica ha demostrado ser una técnica muy eficiente y fiable para la preparación de nanofluidos. Los dispersores ultrasónicos se utilizan en la investigación y la industria para sintetizar, moler, dispersar y homogeneizar nanopartículas con una gran uniformidad y una distribución estrecha del tamaño de partícula. Los parámetros de proceso para la síntesis de nanofluidos incluyen el aporte de energía ultrasónica, la amplitud ultrasónica, la temperatura, la presión y la acidez. Además, los tipos y las concentraciones de reactivos y aditivos, así como el orden en que se añaden los aditivos a la solución, son factores importantes.
Es bien sabido que las propiedades de los nanofluidos dependen en gran medida de la estructura y la forma de los nanomateriales. Por lo tanto, obtener microestructuras controlables de los nanofluidos es el principal factor que contribuye a su funcionalidad y calidad. El uso de parámetros de ultrasonicación optimizados, como la amplitud, la presión, la temperatura y el aporte de energía (Ws/mL), es la clave para producir un nanofluido estable, uniforme y de alta calidad. La ultrasonicación puede aplicarse con éxito para desaglomerar y dispersar partículas hasta obtener nanopartículas individuales dispersas. Con un menor tamaño de partícula, aumentan tanto el movimiento browniano (velocidad browniana) como las interacciones entre partículas, lo que da lugar a nanofluidos más estables. Los ultrasonicadores Hielscher permiten controlar con precisión todos los parámetros de procesamiento importantes, pueden funcionar de forma continua a amplitudes elevadas (24/7/365) e incorporan un registro automático de datos que facilita la evaluación de todas las operaciones de sonicación.

Sílice de tamaño nanométrico dispersada mediante ultrasonidos

Mayor estabilidad de los nanofluidos mediante sonicación

En los nanofluidos, la aglomeración de nanopartículas provoca no solo la sedimentación y la obstrucción de los microcanales, sino también una disminución de la conductividad térmica de los nanofluidos. La desaglomeración y la dispersión ultrasónicas se utilizan ampliamente en la ciencia de materiales y en la industria. La sonicación es una técnica probada para preparar nanodispersiones estables con una distribución uniforme de las nanopartículas y una gran estabilidad. Por ello, los dispersores ultrasónicos Hielscher son la tecnología preferida para la producción de nanofluidos.

Nanofluidos producidos mediante ultrasonidos en la investigación

La investigación ha estudiado los efectos de la ultrasonicación y de los parámetros ultrasónicos sobre las características de los nanofluidos. Lea más sobre los resultados científicos relativos a la preparación de nanofluidos mediante ultrasonidos.

Efectos de los ultrasonidos en la preparación de nanofluidos de Al2O3

Noroozi et al. (2014) observaron que, con una «mayor concentración de partículas, la sonicación produjo un mayor aumento de la difusividad térmica de los nanofluidos. Además, se obtuvieron una mayor estabilidad y un mayor aumento de la difusividad térmica al sonicar los nanofluidos con el sonicador de sonda de mayor potencia antes de la medición». El aumento de la difusividad térmica fue mayor en el caso de las nanopartículas de menor tamaño. Esto se debe a que las partículas más pequeñas presentan una mayor relación entre la superficie efectiva y el volumen. Así, las partículas más pequeñas contribuyeron a formar un nanofluido estable y la sonicación con una sonda ultrasónica tuvo un efecto considerable sobre la difusividad térmica. (Noroozi et al. 2014)

Instrucciones paso a paso para la producción ultrasónica de nanofluidos de Al2O3-agua

Primero, pese la masa de nanopartículas de Al2O3 con una balanza electrónica digital. A continuación, añada gradualmente las nanopartículas de Al2O3 al agua destilada previamente pesada y agite la mezcla de Al2O3-agua. Sonique la mezcla de forma continua durante 1h con un equipo ultrasónico de sonda UP400S (400 W, 24 kHz, véase la imagen de la izquierda) para obtener una dispersión uniforme de nanopartículas en agua destilada. Los nanofluidos pueden prepararse con distintas fracciones (0,1%, 0,5% y 1%). No se necesitan tensioactivos ni cambios de pH. (Isfahani et al., 2013)

Nanofluidos acuosos de ZnO ajustados mediante ultrasonidos

Elcioglu et al. (2021) afirman en su estudio científico que «La ultrasonicación es un proceso esencial para una dispersión adecuada de las nanopartículas en el fluido base y para la estabilidad, así como para obtener propiedades óptimas para aplicaciones reales». Utilizaron el ultrasonicador UP200Ht para producir nanofluidos de ZnO / agua. La sonicación tuvo efectos claros sobre la tensión superficial del nanofluido acuoso de ZnO. Los resultados de los investigadores permiten concluir que la tensión superficial, la formación de nanopelículas y otras características relacionadas de cualquier nanofluido pueden ajustarse y regularse bajo condiciones de ultrasonicación adecuadas.

Homogeneizadores ultrasónicos para la producción de nanofluidos

Hielscher Ultrasonics diseña, fabrica y distribuye dispersores ultrasónicos de alto rendimiento para todo tipo de aplicaciones de homogeneización y desaglomeración. Para la producción de nanofluidos, son cruciales un control preciso de la sonicación y un tratamiento ultrasónico fiable de la suspensión de nanopartículas.
Los procesadores de Hielscher Ultrasonics le ofrecen un control total sobre todos los parámetros de procesamiento importantes, como el aporte de energía, la intensidad ultrasónica, la amplitud, la presión, la temperatura y el tiempo de residencia. De este modo, puede ajustar los parámetros a condiciones optimizadas para obtener nanofluidos de alta calidad.

• Para cualquier volumen y capacidad: Hielscher ofrece ultrasonicadores y una amplia gama de accesorios. Esto permite configurar el sistema ultrasónico ideal para su aplicación y capacidad de producción. Desde pequeños viales con mililitros hasta flujos de gran volumen de miles de galones por hora, Hielscher ofrece la solución ultrasónica adecuada para su proceso.
• Robustez: Nuestros sistemas ultrasónicos son robustos y fiables. Todos los ultrasonicadores Hielscher están diseñados para funcionar 24/7/365 y requieren muy poco mantenimiento.
• Facilidad de uso: El software avanzado de nuestros equipos ultrasónicos permite preseleccionar y guardar los ajustes de sonicación para realizar una sonicación sencilla y fiable. El menú intuitivo es fácilmente accesible a través de una pantalla táctil digital en color. El control remoto desde el navegador permite manejar y supervisar el equipo mediante cualquier navegador de internet. El registro automático de datos guarda los parámetros de proceso de cada operación de sonicación en una tarjeta SD integrada.

La siguiente tabla indica la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros ultrasonicadores: