Kuidas valmistada nanovedelikke

Nanovedelik on tehisvedelik, mis koosneb nanoosakesi sisaldavast alusvedelikust. Nanovedelike sünteesiks on vaja tõhusat ja töökindlat homogeniseerimis- ja deaglomeratsioonitehnikat, mis tagab ühtlase dispersiooni kõrge astme. Ultraheli dispergaatorid on parim tehnoloogia suurepäraste omadustega nanovedelike valmistamiseks. Ultraheli dispergeerimine paistab silma tõhususe, kiiruse, lihtsuse, töökindluse ja kasutajasõbralikkusega.

Mis on nanovedelikud?

Nanovedelik on vedelik, mis sisaldab nanomõõtmelisi osakesi (≺100nm), mida tavaliselt nimetatakse nanoosakesteks. Nanovedelikes kasutatavad nanoosakesed on tavaliselt valmistatud metallidest, oksiididest, karbiididest või süsiniknanotorudest. Need nanoosakesed dispergeeritakse alusvedelikku (nt vesi, õli jne), et saada tehiskolloidne suspensioon ehk nanovedelik. Nanovedelikel on alusvedeliku materjaliomadustega võrreldes paremad termofüüsikalised omadused, näiteks soojusjuhtivus, temperatuurjuhtivus, viskoossus ja konvektiivse soojusülekande koefitsiendid.
Nanovedelike tavaline rakendus on nende kasutamine jahutusvedeliku või külmaainena. Nanoosakeste lisamine tavapärastele jahutusvedelikele (nt vesi, õli, etüleenglükool, polü-alfa-olefiin jne) parandab tavapäraste jahutusvedelike termilisi omadusi.

• jahutus- ja soojusülekandevedelikud
• määrdeained
• biomeditsiiniline rakendus

Nanovedelike valmistamine ultraheli homogenisaatoriga

Nanovedelike mikrostruktuuri saab mõjutada ja juhtida kõige sobivama homogeniseerimistehnoloogia ja töötlusparameetrite rakendamisega. Ultraheli dispergeerimine on osutunud väga tõhusaks ja töökindlaks meetodiks nanovedelike valmistamisel. Ultraheli dispergaatoreid kasutatakse teaduses ja tööstuses nanoosakeste sünteesimiseks, jahvatamiseks, dispergeerimiseks ja homogeniseerimiseks suure ühtlusega ja kitsa osakeste suuruse jaotusega. Nanovedelike sünteesi protsessiparameetrite hulka kuuluvad ultraheli energiasisend, ultraheli amplituud, temperatuur, rõhk ja happesus. Lisaks on olulised tegurid reagentide ja lisandite liigid ning kontsentratsioonid, samuti järjekord, milles lisandeid lahusele lisatakse.
On üldteada, et nanovedelike omadused sõltuvad tugevasti nanomaterjalide struktuurist ja kujust. Seetõttu on nanovedelike kontrollitavate mikrostruktuuride saavutamine peamine tegur, mis mõjutab nanovedelike funktsionaalsust ja kvaliteeti. Optimeeritud ultraheli töötluse parameetrite, nagu amplituud, rõhk, temperatuur ja energiasisend (Ws/mL), kasutamine on stabiilse, ühtlase ja kvaliteetse nanovedeliku valmistamise võti. Ultraheli töötlust saab edukalt rakendada osakeste deaglomereerimiseks ja üksikuteks dispergeeritud nanoosakesteks hajutamiseks. Osakeste suuruse vähenedes suurenevad Browni liikumine (Browni kiirus) ning osakeste vahelised vastasmõjud, mis annab stabiilsemad nanovedelikud. Hielscheri sonikaatorid võimaldavad täpselt juhtida kõiki olulisi protsessiparameetreid, võivad töötada pidevalt suurtel amplituudidel (24/7/365) ning neil on automaatne andmete protokollimine, mis lihtsustab kõigi ultraheli töötluse käikude hindamist.

Ultraheli abil dispergeeritud nanomõõtmeline ränidioksiid

Ultraheli töötlus parandab nanovedelike stabiilsust

Nanovedelike puhul põhjustab nanoosakeste aglomeratsioon mitte ainult mikrokanalite settimist ja ummistumist, vaid ka nanovedelike soojusjuhtivuse vähenemist. Ultraheli deaglomeratsiooni ja dispergeerimist kasutatakse laialdaselt materjaliteaduses ja tööstuses. Ultraheli töötlus on end tõestanud meetodina stabiilsete nanodispersioonide valmistamiseks, millel on ühtlane nanoosakeste jaotus ja suurepärane stabiilsus. Seetõttu on Hielscheri ultraheli dispergaatorid eelistatud tehnoloogia nanovedelike tootmisel.

Ultraheli abil valmistatud nanovedelikud teadusuuringutes

Uuringutes on analüüsitud ultraheli töötluse ja ultraheli parameetrite mõju nanovedelike omadustele. Loe lähemalt ultraheli abil nanovedelike valmistamise teaduslike leidude kohta.

Ultraheli mõju Al2O3 nanovedeliku valmistamisele

Noroozi et al. (2014) leidsid, et „suurema osakeste kontsentratsiooni korral oli sonikeerimisest tulenev nanovedelike temperatuurjuhtivuse paranemine suurem. Lisaks saavutati suurem stabiilsus ja temperatuurjuhtivuse paranemine, kui nanovedelikke sonikeeriti enne mõõtmist suurema võimsusega sondsonikaatoriga.” Temperatuurjuhtivuse paranemine oli suurem väiksemamõõtmeliste nanoosakeste (NP) puhul. Põhjus on selles, et väiksematel osakestel on suurem efektiivse pindala ja ruumala suhe. Seega aitasid väiksemad osakesed moodustada stabiilse nanovedeliku ning sonikeerimisel ultraheli sondiga oli temperatuurjuhtivusele oluline mõju. (Noroozi et al. 2014)

Samm-sammuline juhend Al2O3-vee nanovedelike ultraheli abil valmistamiseks

Kõigepealt kaalu Al2O3 nanoosakeste mass digitaalse elektroonilise kaaluga. Seejärel lisa Al2O3 nanoosakesed järk-järgult kaalutud destilleeritud veele ja sega Al2O3-vee segu. Sonikeeri segu pidevalt 1h sondtüüpi ultraheliseadmega UP400S (400W, 24kHz, vt pilti vasakul), et saada nanoosakeste ühtlane dispersioon destilleeritud vees. Nanovedelikke saab valmistada erinevates osakaaludes (0,1%, 0,5% ja 1%). Pindaktiivset ainet ega pH muutmist ei vajata. (Isfahani et al., 2013)

Ultraheli abil häälestatud vesilahusepõhised ZnO nanovedelikud

Elcioglu et al. (2021) väidavad oma teadusuuringus, et „ultraheli töötlus on oluline protsess nanoosakeste nõuetekohaseks dispergeerimiseks alusvedelikus ja stabiilsuse tagamiseks, samuti optimaalsete omaduste saavutamiseks reaalse maailma rakendustes.” Nad kasutasid ZnO / vee nanovedelike valmistamiseks ultrahelisonikaatorit UP200Ht. Sonikeerimisel oli selge mõju vesilahusepõhise ZnO nanovedeliku pindpinevusele. Teadlaste leidudest järeldub, et mis tahes nanovedeliku pindpinevust, nanokile teket ja muid sellega seotud omadusi saab sobivates ultraheli töötluse tingimustes reguleerida ja häälestada.

Ultraheli homogenisaatorid nanovedelike tootmiseks

Hielscher Ultrasonics projekteerib, toodab ja turustab suure jõudlusega ultraheli dispergaatoreid igat liiki homogeniseerimis- ja deaglomeratsioonirakenduste jaoks. Nanovedelike tootmisel on otsustava tähtsusega täpne ultraheli töötluse juhtimine ning nanoosakeste suspensiooni töökindel ultraheli töötlus.
Hielscher Ultrasonicsi protsessorid annavad sulle täieliku kontrolli kõigi oluliste protsessiparameetrite üle, nagu energiasisend, ultraheli intensiivsus, amplituud, rõhk, temperatuur ja viibeaeg. Nii saad parameetrid seadistada optimaalseteks, mis viib omakorda kvaliteetsete nanovedelikeni.

• Mis tahes maht? võimsus: Hielscher pakub sonikaatoreid ja laia lisatarvikute valikut. See võimaldab konfigureerida sinu rakendusele ja tootmisvõimsusele ideaalse ultraheli süsteemi. Alates väikestest milliliitrites mõõdetavatest viaalidest kuni tuhandete gallonite suuruste tunnivoogudeni pakub Hielscher sinu protsessi jaoks sobivat ultraheli lahendust.
• Töökindlus: Meie ultraheli süsteemid on vastupidavad ja töökindlad. Kõik Hielscheri sonikaatorid on ehitatud 24/7/365 tööks ja vajavad väga vähe hooldust.
• Kasutajasõbralikkus: Meie ultraheliseadmete läbimõeldud tarkvara võimaldab ultraheli töötluse seadeid eelnevalt valida ja salvestada, et töötlus oleks lihtne ja töökindel. Intuitiivne menüü on hõlpsasti kasutatav digitaalse värvilise puuteekraani kaudu. Kaugjuhtimine brauseri kaudu võimaldab sul seadet juhtida ja jälgida mis tahes internetibrauseri abil. Automaatne andmete salvestamine talletab iga ultraheli töötluse käigu protsessiparameetrid sisseehitatud SD-kaardile.

Allolev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest: