Cómo fabricar nanofluidos

Un nanofluido es un fluido de ingeniería 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 dispersión uniforme. Los dispersores ultrasónicos son la tecnología superior para producir nanofluidos con características excelentes. La dispersión ultrasónica destaca por su eficacia, rapidez, sencillez, fiabilidad y facilidad de uso.

¿Qué son los nanofluidos?

Un nanofluido es un fluido que contiene partículas de tamaño nanométrico (≺100nm), comúnmente denominadas nanopartículas. Las nanopartículas utilizadas en los nanofluidos suelen estar hechas de metales, óxidos, carburos o nanotubos de carbono. Estas nanopartículas se dispersan en un fluido base (por ejemplo, agua, aceite, etc.) para obtener una suspensión coloidal de ingeniería, 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 materiales del fluido de base.
Una aplicación habitual de los nanofluidos es su uso como refrigerante o refrigerante. Mediante la adición de nanopartículas a refrigerantes convencionales (como agua, aceite, etilenglicol, polialfaolefina, etc.), se mejoran las propiedades térmicas de los refrigerantes convencionales.

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Los nanofluidos sintetizados por ultrasonidos son refrigerantes y líquidos intercambiadores de calor eficaces. Los nanomateriales termoconductores aumentan significativamente la capacidad de transferencia y disipación de calor. La sonicación está bien establecida en la síntesis y funcionalización de nanopartículas termoconductoras, así como en la producción de nanofluidos estables de alto rendimiento para aplicaciones de refrigeración.

Dispersión ultrasónica de nanotubos de carbono (CNT) en polietilenglicol (PEG)

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La dispersión ultrasónica es una técnica bien establecida para preparar nanofluidos.

Homogeneizador ultrasónico UP400St para la producción de nanofluidos

Las aplicaciones típicas de los nanofluidos son las siguientes

Fabricación de nanofluidos con un homogeneizador ultrasónico

La microestructura de los nanofluidos puede verse influida y manipulada mediante la aplicación de la tecnología de homogeneización y los parámetros de procesamiento más adecuados. La dispersión ultrasónica ha demostrado ser una técnica muy eficaz 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 gran uniformidad y una estrecha distribución del tamaño de las partículas. Los parámetros del proceso para la síntesis de nanofluidos incluyen la entrada de energía ultrasónica, la amplitud ultrasónica, la temperatura, la presión y la acidez. Además, los tipos y 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, la obtención de microestructuras controlables de los nanofluidos es el principal factor que contribuye a la funcionalidad y calidad de los nanofluidos. El uso de parámetros de ultrasonicación optimizados, como la amplitud, la presión, la temperatura y la entrada 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 las partículas en nanopartículas individuales dispersas. A menor tamaño de partícula, el movimiento browniano (velocidad browniana) y las interacciones partícula-partícula aumentan y dan lugar a nanofluidos más estables. Los ultrasonidos de Hielscher permiten un control preciso de todos los parámetros de procesamiento importantes, pueden funcionar de forma continua a altas amplitudes (24/7/365) y disponen de protocolización automática de datos para una evaluación sencilla de todos los ciclos de sonicación.

La dispersión ultrasónica es una técnica fiable para producir nanopartículas como la nano-sílice para nanofluidos

Sílice nanométrica dispersada por ultrasonidos

La sonicación mejora la estabilidad de los nanofluidos

En el caso de los nanofluidos, la aglomeración de nanopartículas provoca no sólo el asentamiento y la obstrucción de los microcanales, sino también la disminución de la conductividad térmica de los nanofluidos. La desaglomeración y la dispersión por ultrasonidos se aplican ampliamente en la ciencia de los materiales y en la industria. La sonicación es una técnica probada para preparar nano-dispersiones estables con una distribución uniforme de nanopartículas y una gran estabilidad. Por ello, los dispersores ultrasónicos de Hielscher son la tecnología preferida cuando se trata de la producción de nanofluidos.

Nanofluidos producidos por ultrasonidos en la investigación

Se han investigado los efectos de la ultrasonicación y los parámetros ultrasónicos en las características de los nanofluidos. Más información sobre los resultados científicos de la preparación de nanofluidos por ultrasonidos.

Ultrasonicator UP200St (200W) dispersando negro de carbón en agua usando 1%wt Tween80 como surfactante.

Ultrasonic Dispersion of Carbon Black using the ultrasonicator UP200St

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Efectos de los ultrasonidos en la preparación de nanofluidos de Al2O3

Noroozi et al. (2014) descubrieron que a "una mayor concentración de partículas, se producía una mayor mejora de la difusividad térmica de los nanofluidos como resultado de la sonicación. Además, se obtuvo una mayor estabilidad y mejora de la difusividad térmica sonicando 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 más pequeñas. Esto se debe a que las partículas más pequeñas tienen una mayor relación superficie efectiva/volumen. Así, las partículas más pequeñas ayudaron a formar un nanofluido estable y la sonicación con una sonda ultrasónica produjo un efecto sustancial en la difusividad térmica. (Noroozi et al. 2014)

Instrucciones paso a paso para la producción por ultrasonidos de nanofluidos de Al2O3-agua

Ultrasonicator UP400St dispersión de nanopartículas para la producción de nanofluidosEn primer lugar, se pesa la masa de nanopartículas de Al2O3 con una balanza electrónica digital. A continuación, introducir gradualmente las nanopartículas de Al2O3 en el agua destilada pesada y agitar la mezcla de Al2O3 y agua. Sonicar la mezcla continuamente durante 1h con un dispositivo ultrasónico tipo sonda UP400S (400W, 24kHz, ver fig. izquierda) para producir una dispersión uniforme de las nanopartículas en el agua destilada. Los nanofluidos pueden prepararse en diferentes fracciones (0,1%, 0,5% y 1%). No se necesitan tensioactivos ni cambios de pH. (Isfahani et al., 2013)

Nanofluidos acuosos de ZnO sintonizados por ultrasonidos

Elcioglu et al. (2021) afirman en su estudio científico que "la ultrasonicación es un proceso esencial para la dispersión adecuada de las nanopartículas en el fluido base y la estabilidad, así como para las propiedades óptimas para aplicaciones en el mundo real." 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 sintonizarse en condiciones de ultrasonidos adecuadas.

Ventajas de los ultrasonidos Hielscher para nanofluidos

  • altamente eficiente
  • Dispersión fiable de nanopartículas
  • Tecnología punta
  • Adaptable a su aplicación
  • 100% lineal escalable a cualquier capacidad
  • Fácilmente disponible
  • Rentable
  • Seguro y fácil de usar

Homogeneizadores ultrasónicos para la producción de nanofluidos

Control preciso de los parámetros del proceso ultrasónico por Hielscher Ultrasonics' software inteligenteHielscher Ultrasonics diseña, fabrica y distribuye dispersores ultrasónicos de alto rendimiento para todo tipo de aplicaciones de homogeneización y desaglomeración. Cuando se trata de la producción de nanofluidos, el control preciso de la sonicación y un tratamiento ultrasónico fiable de la suspensión de nanopartículas son cruciales.
Los procesadores de Hielscher Ultrasonics le ofrecen un control total sobre todos los parámetros de procesamiento importantes, como la entrada de energía, la intensidad ultrasónica, la amplitud, la presión, la temperatura y el tiempo de retención. De este modo, puede ajustar los parámetros a condiciones optimizadas, lo que conduce posteriormente a nanofluidos de alta calidad.

  • Para cualquier volumen / capacidad: Hielscher ofrece ultrasonidos y una amplia gama de accesorios. Esto permite configurar el sistema de ultrasonidos 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 de ultrasonidos son robustos y fiables. Todos los ultrasonidos de Hielscher están diseñados para funcionar 24/7/365 y requieren muy poco mantenimiento.
  • Facilidad de uso: El elaborado software de nuestros dispositivos ultrasónicos permite preseleccionar y guardar los ajustes de sonicación para una sonicación sencilla y fiable. El menú intuitivo es fácilmente accesible a través de una pantalla táctil digital en color. El control remoto por navegador permite manejar y supervisar el proceso a través de cualquier navegador de Internet. El registro automático de datos guarda los parámetros del proceso de cualquier sonicación en una tarjeta SD integrada.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del loteTasa de flujoDispositivos recomendados
1 a 500 mL10 a 200 mL/min.UP100H
10 a 2000 mL20 a 400 mL/min.UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L0,2 a 4 L/minUIP2000hdT
10 a 100 L2 a 10 L/minUIP4000hdT
n.a.10 a 100 L/minUIP16000
n.a.mayorGrupo de UIP16000

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Los homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento se utilizan en procesos de laboratorio, de sobremesa, piloto e industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.



Literatura / Referencias

Hielscher Ultrasonics supplies high-performance ultrasonic homogenizers from lab to industrial size.

High performance ultrasonics! Hielscher’s product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.


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