نحوهٔ ساخت نانوسیالات
نانوسیال، سیالی مهندسی‌شده است که از یک سیال پایهٔ حاوی نانوذرات تشکیل می‌شود. برای سنتز نانوسیالات، به روشی مؤثر و قابل‌اعتماد برای همگن‌سازی و کلوخه‌زدایی نیاز است تا پراکنشی با یکنواختی بالا تضمین شود. پراکنده‌سازهای فراصوتی فناوری برتر برای تولید نانوسیالات با ویژگی‌های عالی هستند. پراکنش فراصوتی از نظر کارایی، سرعت، سادگی، قابلیت اطمینان و سهولت استفاده ممتاز است.
نانوسیالات چیستند؟
نانوسیال، سیالی حاوی ذراتی در ابعاد نانو (≺100nm) است که معمولاً نانوذرات نامیده می‌شوند. نانوذرات مورد استفاده در نانوسیالات معمولاً از فلزات، اکسیدها، کاربیدها یا نانولوله‌های کربنی ساخته می‌شوند. این نانوذرات در یک سیال پایه (مانند آب، روغن و غیره) پراکنده می‌شوند تا یک سوسپانسیون کلوئیدی مهندسی‌شده، یعنی نانوسیال، به دست آید. نانوسیالات در مقایسه با خواص مادهٔ سیال پایه، خواص ترموفیزیکی بهبودیافته‌ای مانند رسانندگی حرارتی، پخشایی حرارتی، گرانروی و ضرایب انتقال حرارت جابه‌جایی از خود نشان می‌دهند.
یکی از کاربردهای رایج نانوسیالات، استفاده از آن‌ها به‌عنوان خنک‌کننده یا مبرد است. با افزودن نانوذرات به خنک‌کننده‌های متداول (مانند آب، روغن، اتیلن گلیکول، پلی‌آلفااولفین و غیره)، خواص حرارتی این خنک‌کننده‌ها بهبود می‌یابد.
هموژنایزر فراصوتی UP400St برای تولید نانوسیالات
- مایعات خنک‌کننده / انتقال حرارت
- روانکارها
- کاربرد زیست‌پزشکی
ساخت نانوسیالات با هموژنایزر فراصوتی
با به‌کارگیری مناسب‌ترین فناوری همگن‌سازی و پارامترهای فرایندی می‌توان بر ریزساختار نانوسیالات اثر گذاشت و آن را تغییر داد. پراکنش فراصوتی به‌عنوان روشی بسیار کارآمد و قابل‌اعتماد برای تهیهٔ نانوسیالات به اثبات رسیده است. پراکنده‌سازهای فراصوتی در پژوهش و صنعت برای سنتز، آسیاب‌کردن، پراکنده‌سازی و همگن‌سازی نانوذرات با یکنواختی بالا و توزیع باریک اندازهٔ ذرات به کار می‌روند. پارامترهای فرایند سنتز نانوسیالات شامل انرژی ورودی فراصوتی، دامنهٔ فراصوت، دما، فشار و اسیدیته هستند. همچنین، نوع و غلظت واکنش‌دهنده‌ها و افزودنی‌ها و نیز ترتیب افزودن مواد افزودنی به محلول، عوامل مهمی هستند.
به‌خوبی شناخته شده است که خواص نانوسیالات به‌شدت به ساختار و شکل نانومواد وابسته است. بنابراین، دستیابی به ریزساختارهای قابل‌کنترل در نانوسیالات، عامل اصلی مؤثر بر عملکرد و کیفیت آن‌هاست. استفاده از پارامترهای بهینهٔ فراصوت‌دهی، مانند دامنه، فشار، دما و انرژی ورودی (Ws/mL)، کلید تولید نانوسیالی پایدار، یکنواخت و باکیفیت است. فراصوت‌دهی را می‌توان با موفقیت برای کلوخه‌زدایی ذرات و پراکنده‌سازی آن‌ها به‌صورت نانوذرات منفرد به کار برد. با کاهش اندازهٔ ذرات، حرکت براونی (سرعت براونی) و نیز برهم‌کنش‌های ذره–ذره افزایش می‌یابد و نانوسیالات پایدارتری حاصل می‌شود. سونیکاتورهای Hielscher امکان کنترل دقیق تمام پارامترهای مهم فرایندی را فراهم می‌کنند، می‌توانند به‌طور پیوسته با دامنه‌های بالا (24/7/365) کار کنند و برای ارزیابی آسان تمام نوبت‌های فراصوت‌دهی، به ثبت خودکار داده‌ها مجهز هستند.
سیلیکای نانومقیاس پراکنده‌شده با فراصوت
بهبود پایداری نانوسیالات با فراصوت‌دهی
در نانوسیالات، کلوخه‌شدن نانوذرات نه‌تنها موجب ته‌نشینی و گرفتگی ریزکانال‌ها می‌شود، بلکه رسانندگی حرارتی نانوسیالات را نیز کاهش می‌دهد. کلوخه‌زدایی و پراکنش فراصوتی در علم مواد و صنعت کاربرد گسترده‌ای دارند. فراصوت‌دهی روشی اثبات‌شده برای تهیهٔ نانوپراکنه‌های پایدار با توزیع یکنواخت نانوذرات و پایداری بسیار خوب است. ازاین‌رو، پراکنده‌سازهای فراصوتی Hielscher فناوری ترجیحی برای تولید نانوسیالات هستند.
نانوسیالات تولیدشده با فراصوت در پژوهش‌ها
پژوهش‌ها اثرات فراصوت‌دهی و پارامترهای فراصوتی را بر ویژگی‌های نانوسیالات بررسی کرده‌اند. دربارهٔ یافته‌های علمی در زمینهٔ تهیهٔ نانوسیالات با فراصوت بیشتر بخوانید.
اثرات فراصوت بر تهیهٔ نانوسیال Al2O3
Noroozi et al. (2014) دریافتند که در «غلظت بالاتر ذرات، افزایش پخشایی حرارتی نانوسیالات بر اثر فراصوت‌دهی بیشتر بود. افزون بر این، با فراصوت‌دهی نانوسیالات به‌وسیلهٔ سونیکاتور پروبی با توان بالاتر پیش از اندازه‌گیری، پایداری بیشتر و افزایش بیشتری در پخشایی حرارتی حاصل شد.» افزایش پخشایی حرارتی برای نانوذرات کوچک‌تر بیشتر بود. علت این است که ذرات کوچک‌تر نسبت سطح مؤثر به حجم بالاتری دارند. بنابراین، ذرات کوچک‌تر به تشکیل نانوسیالی پایدار کمک کردند و فراصوت‌دهی با پروب فراصوتی تأثیر قابل‌توجهی بر پخشایی حرارتی داشت. (Noroozi et al. 2014)
دستورالعمل گام‌به‌گام تولید فراصوتی نانوسیالات Al2O3–آب
ابتدا جرم نانوذرات Al2O3 را با ترازوی الکترونیکی دیجیتال اندازه‌گیری کنید. سپس نانوذرات Al2O3 را به‌تدریج به آب مقطر وزن‌شده اضافه کنید و مخلوط Al2O3–آب را هم بزنید. مخلوط را به‌مدت 1h به‌طور پیوسته با دستگاه فراصوتی پروبی UP400S (400W، 24kHz، تصویر سمت چپ را ببینید) فراصوت‌دهی کنید تا پراکنش یکنواختی از نانوذرات در آب مقطر ایجاد شود. نانوسیالات را می‌توان با کسرهای مختلف (0٫1%، 0٫5% و 1%) تهیه کرد. نیازی به سورفکتانت یا تغییر pH نیست. (Isfahani et al., 2013)
نانوسیالات آبی ZnO تنظیم‌شده با فراصوت
Elcioglu et al. (2021) در مطالعهٔ علمی خود بیان می‌کنند که «فراصوت‌دهی فرایندی ضروری برای پراکنش مناسب نانوذرات در سیال پایه و پایداری، و نیز دستیابی به خواص بهینه برای کاربردهای واقعی است.» آن‌ها برای تولید نانوسیالات ZnO / آب از سونیکاتور UP200Ht استفاده کردند. فراصوت‌دهی اثرات آشکاری بر کشش سطحی نانوسیال آبی ZnO داشت. یافته‌های پژوهشگران به این نتیجه می‌انجامد که کشش سطحی، تشکیل نانولایه و سایر ویژگی‌های مرتبط در هر نانوسیال را می‌توان در شرایط مناسب فراصوت‌دهی تنظیم کرد.
- کارایی بسیار بالا
- پراکنش قابل‌اعتماد نانوذرات
- فناوری پیشرفتهٔ روز
- قابل‌تطبیق با کاربرد شما
- قابلیت افزایش مقیاس 100% خطی تا هر ظرفیتی
- به‌آسانی در دسترس
- مقرون‌به‌صرفه
- ایمن و کاربرپسند
هموژنایزرهای فراصوتی برای تولید نانوسیالات
Hielscher Ultrasonics پراکنده‌سازهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای انواع کاربردهای همگن‌سازی و کلوخه‌زدایی طراحی، تولید و عرضه می‌کند. در تولید نانوسیالات، کنترل دقیق فراصوت‌دهی و تیمار فراصوتی قابل‌اعتماد سوسپانسیون نانوذرات اهمیت حیاتی دارند.
پردازشگرهای Hielscher Ultrasonics کنترل کامل تمام پارامترهای مهم فرایندی مانند انرژی ورودی، شدت فراصوت، دامنه، فشار، دما و زمان ماند را در اختیار شما قرار می‌دهند. به‌این‌ترتیب، می‌توانید پارامترها را برای دستیابی به شرایط بهینه تنظیم کنید که در ادامه به تولید نانوسیالات باکیفیت می‌انجامد.
- برای هر حجم؟ ظرفیت: Hielscher سونیکاتورها و مجموعهٔ گسترده‌ای از لوازم جانبی را عرضه می‌کند. این تنوع امکان پیکربندی سامانهٔ فراصوتی ایدئال برای کاربرد و ظرفیت تولید شما را فراهم می‌سازد. از ویال‌های کوچک با حجم چند میلی‌لیتر تا جریان‌های پرحجم با هزاران گالن در ساعت، Hielscher راهکار فراصوتی مناسب فرایند شما را ارائه می‌دهد.
- استحکام: سامانه‌های فراصوتی ما مستحکم و قابل‌اعتماد هستند. تمام سونیکاتورهای Hielscher برای کارکرد 24/7/365 ساخته شده‌اند و به نگهداری بسیار کمی نیاز دارند.
- سهولت استفاده: نرم‌افزار پیشرفتهٔ دستگاه‌های فراصوتی ما امکان انتخاب قبلی و ذخیرهٔ تنظیمات فراصوت‌دهی را برای اجرای ساده و قابل‌اعتماد فراصوت‌دهی فراهم می‌کند. منوی کاربرپسند از طریق نمایشگر لمسی رنگی دیجیتال به‌آسانی در دسترس است. کنترل از راه دور با مرورگر به شما امکان می‌دهد از طریق هر مرورگر اینترنتی دستگاه را راهبری و پایش کنید. ثبت خودکار داده‌ها، پارامترهای فرایند هر نوبت فراصوت‌دهی را روی کارت SD داخلی ذخیره می‌کند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید!؟ از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای کاربردهای اختلاط، پراکنش، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
متون علمی؟ منابع
- Noroozi, Monir; Radiman, Shahidan; Zakaria Azmi (2014): Influence of Sonication on the Stability and Thermal Properties of Al2O3 Nanofluids. Journal of Nanomaterials 2014.
- Isfahani, A. H. M.; Heyhat, M. M. (2013): Experimental Study of Nanofluids Flow in a Micromodel as Porous Medium. International Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9/2, 2013. 77-84.
- Asadi, Amin; Ibrahim M. Alarifi (2020): Effects of ultrasonication time on stability, dynamic viscosity, and pumping power management of MWCNT-water nanofluid: an experimental study. Scientific Reports 2020.
- Adio, Saheed A.; Sharifpur, Mohsen; Meyer, Josua P. (2016): Influence of ultrasonication energy on the dispersion consistency of Al2O3–glycerol nanofluid based on viscosity data, and model development for the required ultrasonication energy density. Journal of Experimental Nanoscience Vol. 11, No. 8; 2016. 630-649.
- Jan, Ansab; Mir, Burhan; Mir, Ahmad A. (2019): Hybrid Nanofluids: An Overview of their Synthesis and Thermophysical properties. Applied Physics 2019.
- Elcioglu, Elif Begum; Murshed, S.M. Sohel (2021): Ultrasonically tuned surface tension and nano-film formation of aqueous ZnO nanofluids. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 72, April 2021.
- Mondragón Cazorla R., Juliá Bolívar J. E.,Barba Juan A., Jarque Fonfría J. C. (2012): Characterization of silica–water nanofluids dispersed with an ultrasound probe: A study of their physical properties and stability. Powder Technology Vol. 224, 2012.
فناوری فراصوت با عملکرد بالا! سبد محصولات Hielscher طیف کاملی از سونیکاتور آزمایشگاهی جمع‌وجور و دستگاه‌های رومیزی تا سامانه‌های فراصوتی کاملاً صنعتی را پوشش می‌دهد.