Liquides de refroidissement à base de nanofluides thermoconducteurs

Les nanofluides synthétisés par ultrasons sont des liquides de refroidissement et des fluides d’échangeur de chaleur efficaces. Les nanomatériaux thermoconducteurs augmentent considérablement le transfert de chaleur et la capacité de dissipation thermique. La sonication est bien établie pour la synthèse et la fonctionnalisation de nanoparticules thermoconductrices ainsi que pour la production de nanofluides stables et hautement performants destinés aux applications de refroidissement.

Effets nanofluidiques sur les performances thermo-hydrauliques

La conductivité thermique d’un matériau est une mesure de sa capacité à conduire la chaleur. Pour les liquides de refroidissement et les fluides caloporteurs (également appelés fluides thermiques ou huiles thermiques), une conductivité thermique élevée est souhaitée. De nombreux nanomatériaux offrent d’excellentes propriétés thermoconductrices. Afin d’exploiter la conductivité thermique supérieure des nanomatériaux, des fluides dits nanofluides sont utilisés comme liquides de refroidissement. Un nanofluide est un fluide dans lequel des particules de taille nanométrique sont en suspension dans le fluide de base, comme l’eau, le glycol ou l’huile, où elles forment une solution colloïdale. Les nanofluides peuvent présenter une augmentation significative de la conductivité thermique par rapport aux liquides sans nanoparticules ou particules plus grandes. Le matériau, la taille, la viscosité, la charge de surface et la stabilité fluide des nanoparticules dispersées influencent considérablement les performances thermiques des nanofluides. Les nanofluides gagnent rapidement en importance dans les applications de transfert de chaleur, car ils présentent des performances de transfert de chaleur supérieures à celles des fluides de base conventionnels.
La dispersion par ultrasons est une technique très efficace, fiable et établie industriellement pour produire des nanofluides dotés de capacités de transfert de chaleur hautement performantes.

Les nanofluides synthétisés par ultrasons sont des fluides de refroidissement et des liquides pour échangeurs de chaleur efficaces. Les nanomatériaux thermoconducteurs augmentent considérablement le transfert de chaleur et la capacité de dissipation thermique. La sonication est une technique bien établie pour la synthèse et la fonctionnalisation de nanoparticules thermoconductrices, ainsi que pour la production de nanofluides stables et performants destinés aux applications de refroidissement.

L’ultrasonication permet de libérer les avantages des particules de taille nanométrique, tels que

• un rapport surface : volume élevé pour des taux de transfert d’énergie et de masse nettement plus élevés
• une faible masse pour une très bonne stabilité colloïdale
• une faible inertie, qui minimise l’érosion

Ces caractéristiques liées à la taille nanométrique confèrent aux nanofluides leur conductivité thermique exceptionnelle. La dispersion par ultrasons est la technique la plus efficace pour produire des nanoparticules fonctionnalisées et des nanofluides.

Nanofluides produits par ultrasons à conductivité thermique supérieure

De nombreux nanomatériaux – tels que les CNT, la silice, le graphène, l’aluminium, l’argent, le nitrure de bore et bien d’autres – ont déjà fait leurs preuves pour augmenter la conductivité thermique des fluides caloporteurs. Vous trouverez ci-dessous des exemples de résultats de recherche concernant des nanofluides thermoconducteurs préparés sous ultrasonication.

Production de nanofluides à base d’aluminium par ultrasons

Buonomo et al. (2015) ont démontré l’amélioration de la conductivité thermique de nanofluides d’Al2O3 préparés sous ultrasonication.
Afin de disperser uniformément les nanoparticules d’Al2O3 dans l’eau, les chercheurs ont utilisé l’ultrasonicateur à sonde Hielscher UP400S. Les particules d’aluminium désagglomérées et dispersées par ultrasons ont donné une taille de particule d’env. 120 nm pour tous les nanofluides – indépendamment de la concentration en particules. La conductivité thermique des nanofluides augmentait à des températures plus élevées par rapport à l’eau pure. Avec une concentration en particules d’Al2O3 de 0,5% à une température ambiante de 25°C, l’augmentation de la conductivité thermique n’est que d’environ 0,57%, mais à 65°C cette valeur atteint environ 8%. Pour une concentration volumique de 4%, l’amélioration passe de 7,6% à 14,4% lorsque la température s’élève de 25°C à 65°C.
[cf. Buonomo et al., 2015]

Production de nanofluides à base de nitrure de bore par sonication

Ilhan et al. (2016) ont étudié la conductivité thermique de nanofluides à base de nitrure de bore hexagonal (hBN). À cette fin, une série de nanofluides stables et bien dispersés, contenant des nanoparticules de hBN d’un diamètre moyen de 70 nm, sont produits selon une méthode en deux étapes faisant appel à l’ultrasonication et à des tensioactifs tels que le dodécylsulfate de sodium (SDS) et la polyvinylpyrrolidone (PVP). Le nanofluide hBN–eau dispersé par ultrasons présente une augmentation significative de la conductivité thermique, même pour des concentrations en particules très diluées. La sonication avec l’ultrasonicateur à sonde UP400S a réduit la taille moyenne des particules des agrégats jusqu’à la plage de 40–60 nm. Les chercheurs concluent que les agrégats de nitrure de bore larges et denses, observés à l’état sec non traité, sont brisés par le processus d’ultrasonication et l’ajout de tensioactif. Cela fait de la dispersion par ultrasons une méthode efficace pour la préparation de nanofluides aqueux à différentes concentrations en particules.
[cf. Ilhan et al., 2016]

« L’ultrasonication est le procédé le plus largement utilisé dans la littérature pour augmenter la stabilité des nanofluides. » [Ilhan et al., 2016] Dans la production industrielle également, la sonication est aujourd’hui la technique la plus efficace, la plus fiable et la plus économique pour obtenir des nanofluides stables à long terme et aux performances exceptionnelles.

Ultrasonicateurs industriels pour la production de liquides de refroidissement

Scientifiquement prouvés, industriellement établis – ultrasonicateurs Hielscher pour la production de nanofluides
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