Nanonesteiden valmistaminen

Nanoneste on tarkoitukseen kehitetty neste, joka koostuu nanohiukkasia sisältävästä perusnesteestä. Nanonesteiden synteesi edellyttää tehokasta ja luotettavaa homogenointi- ja deagglomerointitekniikkaa, jolla varmistetaan erittäin tasainen dispersio. Ultraäänidispergointilaitteet ovat ylivoimainen teknologia ominaisuuksiltaan erinomaisten nanonesteiden valmistukseen. Ultraäänidispergointi erottuu edukseen tehokkuutensa, nopeutensa, yksinkertaisuutensa, luotettavuutensa ja käyttäjäystävällisyytensä ansiosta.

Mitä nanonesteet ovat?

Nanoneste on neste, joka sisältää nanokokoisia hiukkasia (≺100 nm), joita kutsutaan yleisesti nanohiukkasiksi. Nanonesteissä käytettävät nanohiukkaset valmistetaan tavallisesti metalleista, oksideista, karbideista tai hiilinanoputkista. Nämä nanohiukkaset dispergoidaan perusnesteeseen (esim. veteen, öljyyn jne.), jotta saadaan tarkoitukseen kehitetty kolloidinen suspensio eli nanoneste. Nanonesteillä on perusnesteen materiaaliominaisuuksiin verrattuna paremmat lämpöfysikaaliset ominaisuudet, kuten lämmönjohtavuus, lämpötilanjohtavuus, viskositeetti ja konvektiiviset lämmönsiirtokertoimet.
Nanonesteiden yleinen käyttökohde on käyttö jäähdytysnesteenä tai kylmäaineena. Nanohiukkasten lisääminen tavanomaisiin jäähdytysnesteisiin (kuten veteen, öljyyn, etyleeniglykoliin, polyalfaolefiiniin jne.) parantaa näiden jäähdytysnesteiden lämpöominaisuuksia.

• jäähdytys- / lämmönsiirtonesteet
• voiteluaineet
• biolääketieteelliset sovellukset

Nanonesteiden valmistaminen ultraäänihomogenisaattorilla

Nanonesteiden mikrorakenteeseen voidaan vaikuttaa ja sitä voidaan muokata käyttämällä sopivinta homogenointiteknologiaa ja sopivimpia prosessiparametreja. Ultraäänidispergointi on osoittautunut erittäin tehokkaaksi ja luotettavaksi nanonesteiden valmistustekniikaksi. Ultraäänidispergointilaitteita käytetään tutkimuksessa ja teollisuudessa nanohiukkasten syntetisointiin, jauhamiseen, dispergointiin ja homogenointiin siten, että saavutetaan suuri tasalaatuisuus ja kapea hiukkaskokojakauma. Nanonesteiden synteesin prosessiparametreja ovat ultraäänienergian syöttö, ultraäänen amplitudi, lämpötila, paine ja happamuus. Lisäksi reaktanttien ja lisäaineiden tyypit ja pitoisuudet sekä lisäaineiden lisäämisjärjestys liuokseen ovat tärkeitä tekijöitä.
On hyvin tunnettua, että nanonesteiden ominaisuudet riippuvat voimakkaasti nanomateriaalien rakenteesta ja muodosta. Siksi hallittavien mikrorakenteiden saavuttaminen nanonesteissä on tärkein niiden toiminnallisuuteen ja laatuun vaikuttava tekijä. Optimoitujen ultraäänikäsittelyparametrien, kuten amplitudin, paineen, lämpötilan ja energiansyötön (Ws/mL), käyttäminen on avain stabiilin, tasalaatuisen ja korkealaatuisen nanonesteen valmistamiseen. Ultraäänikäsittelyä voidaan käyttää onnistuneesti hiukkasagglomeraattien hajottamiseen ja hiukkasten dispergointiin yksittäisiksi dispergoituneiksi nanohiukkasiksi. Hiukkaskoon pienentyessä Brownin liike (Brownin liikkeen nopeus) sekä hiukkasten väliset vuorovaikutukset lisääntyvät ja tuottavat stabiilimpia nanonesteitä. Hielscher-ultraäänilaitteet mahdollistavat kaikkien tärkeiden prosessiparametrien tarkan hallinnan, voivat toimia jatkuvasti suurilla amplitudeilla (24/7/365) ja sisältävät automaattisen tietojen tallennuksen kaikkien ultraäänikäsittelyajojen helppoa arviointia varten.

Ultraäänellä dispergoitu nanokokoinen piidioksidi

Ultraäänikäsittelyllä parannettu nanonesteiden stabiilisuus

Nanonesteissä nanohiukkasten agglomeroituminen aiheuttaa hiukkasten laskeutumisen ja mikrokanavien tukkeutumisen lisäksi nanonesteiden lämmönjohtavuuden heikkenemistä. Ultraäänellä tehtävää deagglomerointia ja dispergointia käytetään laajasti materiaalitieteessä ja teollisuudessa. Ultraäänikäsittely on hyväksi todettu tekniikka stabiilien nanodispersioiden valmistamiseen siten, että nanohiukkasjakauma on tasainen ja stabiilisuus erinomainen. Siksi yrityksen Hielscher ultraäänidispergointilaitteet ovat ensisijainen teknologiavalinta nanonesteiden valmistuksessa.

Ultraäänellä valmistetut nanonesteet tutkimuksessa

Tutkimuksissa on selvitetty ultraäänikäsittelyn ja ultraääniparametrien vaikutuksia nanonesteiden ominaisuuksiin. Lue lisää tieteellisistä havainnoista, jotka koskevat nanonesteiden valmistamista ultraäänellä.

Ultraäänen vaikutukset Al2O3-nanonesteiden valmistukseen

Noroozi et al. (2014) havaitsivat, että ”suuremmalla hiukkaspitoisuudella ultraäänikäsittely paransi nanonesteiden lämpötilanjohtavuutta enemmän. Lisäksi parempi stabiilisuus ja suurempi lämpötilanjohtavuuden paraneminen saavutettiin käsittelemällä nanonesteitä ennen mittausta tehokkaammalla anturityyppisellä ultraäänilaitteella.” Lämpötilanjohtavuuden paraneminen oli suurempaa pienemmillä nanohiukkasilla. Tämä johtuu siitä, että pienempien hiukkasten tehollisen pinta-alan suhde tilavuuteen on suurempi. Näin pienemmät hiukkaset auttoivat muodostamaan stabiilin nanonesteen, ja käsittely ultraäänianturilla vaikutti huomattavasti lämpötilanjohtavuuteen. (Noroozi et al. 2014)

Vaiheittaiset ohjeet Al2O3–vesi-nanonesteiden valmistamiseen ultraäänellä

Punnitse ensin Al2O3-nanohiukkasten massa digitaalisella elektronisella vaa’alla. Lisää sitten Al2O3-nanohiukkaset vähitellen punnittuun tislattuun veteen ja sekoita Al2O3–vesi-seosta. Käsittele seosta jatkuvasti ultraäänellä 1 h ajan anturityyppisellä ultraäänilaitteella UP400S (400 W, 24 kHz, katso kuva vasemmalla), jotta nanohiukkaset dispergoituvat tasaisesti tislattuun veteen. Nanonesteitä voidaan valmistaa eri osuuksilla (0,1 %, 0,5 % ja 1 %). Pinta-aktiivisia aineita tai pH:n muutoksia ei tarvita. (Isfahani et al., 2013)

Ultraäänellä säädetyt vesipohjaiset ZnO-nanonesteet

Elcioglu et al. (2021) toteavat tieteellisessä tutkimuksessaan, että ”ultraäänikäsittely on välttämätön prosessi nanohiukkasten asianmukaiselle dispergoinnille perusnesteeseen ja stabiilisuudelle sekä optimaalisten ominaisuuksien saavuttamiselle käytännön sovelluksissa.” He käyttivät ultraäänilaitetta UP200Ht ZnO / vesi -nanonesteiden valmistukseen. Ultraäänikäsittelyllä oli selviä vaikutuksia vesipohjaisen ZnO-nanonesteen pintajännitykseen. Tutkijoiden havainnot johtavat päätelmään, että minkä tahansa nanonesteen pintajännitystä, nanokalvon muodostumista ja muita niihin liittyviä ominaisuuksia voidaan säätää ja muokata sopivissa ultraäänikäsittelyolosuhteissa.

Ultraäänihomogenisaattorit nanonesteiden valmistukseen

Hielscher Ultrasonics suunnittelee, valmistaa ja toimittaa suorituskykyisiä ultraäänidispergointilaitteita kaikenlaisiin homogenointi- ja deagglomerointisovelluksiin. Nanonesteiden valmistuksessa ultraäänikäsittelyn tarkka hallinta ja nanohiukkassuspension luotettava ultraäänikäsittely ovat ratkaisevan tärkeitä.
Hielscher Ultrasonicsin prosessorit antavat sinulle täyden hallinnan kaikkiin tärkeisiin prosessiparametreihin, kuten energiansyöttöön, ultraäänen intensiteettiin, amplitudiin, paineeseen, lämpötilaan ja viipymäaikaan. Näin voit säätää parametrit optimoituja olosuhteita vastaaviksi, mikä johtaa korkealaatuisiin nanonesteisiin.

• Kaikille tilavuuksille? kapasiteeteille: Hielscher tarjoaa ultraäänilaitteita ja laajan lisävarustevalikoiman. Näin voidaan määrittää sovelluksellesi ja tuotantokapasiteetillesi ihanteellinen ultraäänijärjestelmä. Pienistä, millilitroja sisältävistä näytepulloista suuriin virtauksiin, joissa käsitellään tuhansia gallonoita tunnissa, Hielscher tarjoaa prosessiisi sopivan ultraääniratkaisun.
• Kestävyys: Ultraäänijärjestelmämme ovat kestäviä ja luotettavia. Kaikki Hielscher-ultraäänilaitteet on rakennettu toimimaan 24/7/365, ja ne vaativat hyvin vähän huoltoa.
• Käyttäjäystävällisyys: Ultraäänilaitteidemme pitkälle kehitetty ohjelmisto mahdollistaa ultraäänikäsittelyasetusten esivalinnan ja tallentamisen yksinkertaista ja luotettavaa ultraäänikäsittelyä varten. Intuitiivista valikkoa on helppo käyttää digitaaliselta värikosketusnäytöltä. Selaimen kautta toimiva etäohjaus mahdollistaa käytön ja valvonnan millä tahansa verkkoselaimella. Automaattinen tietojen tallennus tallentaa jokaisen ultraäänikäsittelyajon prosessiparametrit sisäänrakennetulle SD-kortille.

Alla oleva taulukko antaa suuntaa ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: