Lämpöä johtaviin nanonesteisiin perustuvat jäähdytysnesteet

Ultraäänellä syntetisoidut nanonesteet ovat tehokkaita jäähdytysnesteitä ja lämmönvaihtimien nesteitä. Lämpöä johtavat nanomateriaalit lisäävät lämmönsiirto- ja lämmönpoistokapasiteettia merkittävästi. Ultraäänikäsittely on vakiintunut menetelmä lämpöä johtavien nanohiukkasten synteesissä ja funktionalisoinnissa sekä stabiilien, suorituskykyisten nanonesteiden valmistuksessa jäähdytyssovelluksiin.

Nanonesteiden vaikutukset lämpö- ja virtaustekniseen suorituskykyyn

Materiaalin lämmönjohtavuus kuvaa sen kykyä johtaa lämpöä. Jäähdytysnesteiltä ja lämmönsiirtonesteiltä (joita kutsutaan myös lämpönesteiksi tai lämpööljyiksi) toivotaan suurta lämmönjohtavuutta. Lukuisilla nanomateriaaleilla on erinomaiset lämmönjohtavuusominaisuudet. Nanomateriaalien erinomaisen lämmönjohtavuuden hyödyntämiseksi jäähdytysnesteinä käytetään niin sanottuja nanonesteitä. Nanoneste on neste, jossa nanometrikokoiset hiukkaset ovat suspendoituneina perusnesteeseen, kuten veteen, glykoliin tai öljyyn, jossa ne muodostavat kolloidisen liuoksen. Nanonesteiden lämmönjohtavuus voi olla merkittävästi suurempi kuin nesteiden, jotka eivät sisällä nanohiukkasia tai suurempia hiukkasia. Dispergoitujen nanohiukkasten materiaali, koko, viskositeetti, pintavaraus ja nestestabiilius vaikuttavat merkittävästi nanonesteiden lämpötekniseen suorituskykyyn. Nanonesteiden merkitys lämmönsiirtosovelluksissa kasvaa nopeasti, sillä niiden lämmönsiirtokyky on parempi kuin tavanomaisten perusnesteiden.
Ultraäänidispergointi on erittäin tehokas, luotettava ja teollisuudessa vakiintunut menetelmä lämmönsiirtokyvyltään erinomaisten nanonesteiden valmistukseen.

Ultraäänellä syntetisoidut nanonesteet ovat tehokkaita jäähdytys- ja lämmönsiirtonesteitä. Lämpöä johtavat nanomateriaalit parantavat merkittävästi lämmönsiirto- ja lämmönpoistokykyä. Ultraäänikäsittely on vakiintunut menetelmä lämpöä johtavien nanohiukkasten synteesissä ja funktionalisoinnissa sekä stabiilien, suorituskykyisten nanonesteiden valmistuksessa jäähdytyssovelluksiin.

Ultraäänikäsittely mahdollistaa nanokokoisten hiukkasten etujen hyödyntämisen, kuten

• suuren pinta-alan ja tilavuuden suhteen, joka mahdollistaa merkittävästi suuremmat energian- ja aineensiirtonopeudet
• pienen massan, joka mahdollistaa erittäin hyvän kolloidisen stabiiliuden
• pienen inertian, joka minimoi eroosion

Nämä nanokokoon liittyvät ominaisuudet antavat nanonesteille niiden poikkeuksellisen lämmönjohtavuuden. Ultraäänidispergointi on tehokkain menetelmä funktionalisoitujen nanohiukkasten ja nanonesteiden valmistukseen.

Ultraäänellä valmistetut nanonesteet, joilla on erinomainen lämmönjohtavuus

Lukuisten nanomateriaalien – kuten hiilinanoputkien (CNT), piidioksidin, grafeenin, alumiinin, hopean, boorinitridin ja monien muiden – on jo osoitettu lisäävän lämmönsiirtonesteiden lämmönjohtavuutta. Alla on esimerkkejä tutkimustuloksista, jotka koskevat ultraäänikäsittelyllä valmistettuja lämpöä johtavia nanonesteitä.

Alumiinipohjaisten nanonesteiden valmistus ultraäänellä

Buonomo et al. (2015) osoittivat ultraäänikäsittelyllä valmistettujen Al2O3-nanonesteiden parantuneen lämmönjohtavuuden.
Al2O3-nanohiukkasten dispergoimiseksi tasaisesti veteen tutkijat käyttivät Hielscherin anturityyppistä ultraäänilaitetta UP400S. Ultraäänellä deagglomeroitujen ja dispergoitujen alumiinihiukkasten hiukkaskoko oli noin 120 nm kaikissa nanonesteissä – hiukkaspitoisuudesta riippumatta. Nanonesteiden lämmönjohtavuus kasvoi korkeammissa lämpötiloissa puhtaaseen veteen verrattuna. Kun Al2O3-hiukkaspitoisuus on 0,5% ja huoneenlämpötila 25°C, lämmönjohtavuuden kasvu on vain noin 0,57%, mutta 65°C:ssa tämä arvo kasvaa noin 8%:iin. Kun tilavuuspitoisuus on 4%, parannus kasvaa 7,6%:sta 14,4%:iin lämpötilan noustessa 25°C:sta 65°C:seen.
[ks. Buonomo et al., 2015]

Boorinitridipohjaisten nanonesteiden valmistus ultraäänikäsittelyllä

Ilhan et al. (2016) tutkivat heksagonaaliseen boorinitridiin (hBN) perustuvien nanonesteiden lämmönjohtavuutta. Tätä tarkoitusta varten valmistetaan sarja hyvin dispergoituja, stabiileja nanonesteitä, jotka sisältävät keskimääräiseltä halkaisijaltaan 70 nm:n hBN-nanohiukkasia, kaksivaiheisella menetelmällä, jossa käytetään ultraäänikäsittelyä ja pinta-aktiivisia aineita, kuten natriumdodekyylisulfaattia (SDS) ja polyvinyylipyrrolidonia (PVP). Ultraäänellä dispergoidun hBN–vesi-nanonesteen lämmönjohtavuus kasvaa merkittävästi jopa hyvin pienillä hiukkaspitoisuuksilla. Ultraäänikäsittely anturityyppisellä ultraäänilaitteella UP400S pienensi aggregaattien keskimääräisen hiukkaskoon 40–60 nm:n alueelle. Tutkijat päättelevät, että käsittelemättömässä kuivassa tilassa havaitut suuret ja tiiviit boorinitridiaggregaatit hajoavat ultraäänikäsittelyn ja pinta-aktiivisen aineen lisäämisen vaikutuksesta. Tämä tekee ultraäänidispergoinnista tehokkaan menetelmän vesipohjaisten nanonesteiden valmistukseen eri hiukkaspitoisuuksilla.
[ks. Ilhan et al., 2016]

”Ultraäänikäsittely on kirjallisuudessa yleisimmin käytetty prosessi nanonesteiden stabiiliuden lisäämiseksi.” [Ilhan et al., 2016] Myös teollisessa tuotannossa ultraäänikäsittely on nykyään tehokkain, luotettavin ja taloudellisin menetelmä suorituskyvyltään erinomaisten ja pitkään stabiileina pysyvien nanonesteiden valmistukseen.

Teolliset ultraäänilaitteet jäähdytysnesteiden valmistukseen

Tieteellisesti osoitettu, teollisuudessa vakiintunut – Hielscherin ultraäänilaitteet nanonesteiden valmistukseen
Suuria leikkausvoimia tuottavat ultraäänidispergointilaitteet ovat luotettavia koneita suorituskykyisten jäähdytys- ja lämmönsiirtonesteiden jatkuvaan valmistukseen. Ultraäänellä aikaansaatu sekoitus tunnetaan tehokkuudestaan ja luotettavuudestaan – myös vaativissa sekoitusolosuhteissa.
Hielscher Ultrasonicsin laitteilla voidaan valmistaa myrkyttömiä, vaarattomia ja joissakin tapauksissa jopa elintarvikelaatuisia nanonesteitä. Samalla kaikki ultraäänilaitteemme ovat erittäin tehokkaita, luotettavia, turvallisia käyttää ja erittäin kestäviä. Ympärivuorokautiseen käyttöön kaikkina viikonpäivinä (24/7) suunnitellut pöytämalliset ja keskikokoiset ultraäänilaitteemmekin pystyvät tuottamaan huomattavia määriä.
Lue lisää nanonesteiden valmistuksesta ultraäänellä tai ota meihin yhteyttä heti saadaksesi perusteellista neuvontaa ja maksuttoman tarjouksen ultraäänidispergointilaitteesta!

Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Tässä videossa esittelemme 2 kilowatin ultraäänijärjestelmän, joka on tarkoitettu jatkuvatoimiseen käsittelyyn huuhtelukaasulla huuhdeltavassa kaapissa. Hielscher toimittaa ultraäänilaitteita lähes kaikille teollisuudenaloille, kuten kemian-, lääke- ja kosmetiikkateollisuuteen, petrokemiallisiin prosesseihin sekä liuotinpohjaisiin uuttoprosesseihin. Tämä ruostumattomasta teräksestä valmistettu huuhdeltava kaappi on suunniteltu käytettäväksi räjähdysvaarallisissa tiloissa. Asiakas voi huuhdella tiivistetyn kaapin typellä tai raittiilla ilmalla estääkseen syttyvien kaasujen tai höyryjen pääsyn kaappiin.