Comment fabriquer des nanofluides

Un nanofluide est un fluide technique constitué d'un fluide de base contenant des nanoparticules. Pour la synthèse des nanofluides, une technique d'homogénéisation et de désagglomération efficace et fiable est nécessaire pour garantir un degré élevé de dispersion uniforme. Les disperseurs ultrasoniques constituent la technologie supérieure pour produire des nanofluides présentant d'excellentes caractéristiques. La dispersion ultrasonique se distingue par son efficacité, sa rapidité, sa simplicité, sa fiabilité et sa convivialité.

Qu'est-ce qu'un nanofluide ?

Un nanofluide est un fluide contenant des particules de taille nanométrique (≺100nm), communément appelées nanoparticules. Les nanoparticules utilisées dans les nanofluides sont généralement constituées de métaux, d'oxydes, de carbures ou de nanotubes de carbone. Ces nanoparticules sont dispersées dans un fluide de base (par exemple, l'eau, l'huile, etc.) afin d'obtenir une suspension colloïdale artificielle, c'est-à-dire le nanofluide. Les nanofluides présentent des propriétés thermophysiques améliorées, telles que la conductivité thermique, la diffusivité thermique, la viscosité et les coefficients de transfert de chaleur par convection, par rapport aux propriétés matérielles du fluide de base.
Une application courante des nanofluides est leur utilisation comme liquide de refroidissement ou réfrigérant. L'ajout de nanoparticules aux liquides de refroidissement conventionnels (tels que l'eau, l'huile, l'éthylène glycol, la polyalphaoléfine, etc.) permet d'améliorer les propriétés thermiques de ces derniers.

• liquides de refroidissement/transfert de chaleur
• lubrifiants
• application biomédicale

Fabrication de nanofluides à l'aide d'un homogénéisateur à ultrasons

La microstructure des nanofluides peut être influencée et manipulée par l'application de la technologie d'homogénéisation et des paramètres de traitement les plus appropriés. La dispersion ultrasonique s'est avérée être une technique très efficace et fiable pour la préparation des nanofluides. Les disperseurs ultrasoniques sont utilisés dans la recherche et l'industrie pour synthétiser, broyer, disperser et homogénéiser les nanoparticules avec une grande uniformité et une distribution étroite de la taille des particules. Les paramètres du processus de synthèse des nanofluides comprennent l'apport d'énergie ultrasonique, l'amplitude ultrasonique, la température, la pression et l'acidité. En outre, les types et les concentrations de réactifs et d'additifs, ainsi que l'ordre dans lequel les additifs sont ajoutés à la solution, sont des facteurs importants.
Il est bien connu que les propriétés des nanofluides dépendent fortement de la structure et de la forme des nanomatériaux. Par conséquent, l'obtention de microstructures contrôlables des nanofluides est le principal facteur qui contribue à la fonctionnalité et à la qualité des nanofluides. L'utilisation de paramètres d'ultrasonication optimisés, tels que l'amplitude, la pression, la température et l'apport d'énergie (Ws/mL), est essentielle pour produire un nanofluide stable, uniforme et de haute qualité. Les ultrasons peuvent être utilisés avec succès pour désagglomérer et disperser les particules en nanoparticules uniques. Plus la taille des particules est petite, plus le mouvement brownien (vitesse brownienne) et les interactions entre les particules augmentent, ce qui se traduit par des nanofluides plus stables. Les appareils à ultrasons Hielscher permettent un contrôle précis de tous les paramètres de traitement importants, peuvent fonctionner en continu à des amplitudes élevées (24/7/365) et sont dotés d'un protocole de données automatique pour une évaluation facile de tous les cycles de sonication.

Silice nanométrique dispersée par ultrasons

La sonication améliore la stabilité des nanofluides

Dans le cas des nanofluides, l'agglomération des nanoparticules entraîne non seulement le tassement et le colmatage des microcanaux, mais aussi la diminution de la conductivité thermique des nanofluides. La désagglomération et la dispersion par ultrasons sont largement appliquées dans la science des matériaux et dans l'industrie. La sonication est une technique éprouvée pour préparer des nano-dispersions stables avec une distribution uniforme des nanoparticules et une grande stabilité. C'est pourquoi les disperseurs ultrasoniques Hielscher sont la technologie privilégiée pour la production de nanofluides.

Les nanofluides produits par ultrasons dans la recherche

La recherche a étudié les effets de l'ultrasonication et des paramètres ultrasoniques sur les caractéristiques des nanofluides. En savoir plus sur les résultats scientifiques concernant la préparation de nanofluides par ultrasons.

Effets des ultrasons sur la préparation du nanofluide Al2O3

Noroozi et al. (2014) ont constaté qu'à "une concentration de particules plus élevée, il y avait une plus grande amélioration de la diffusivité thermique des nanofluides résultant de la sonication. En outre, une plus grande stabilité et une amélioration de la diffusivité thermique ont été obtenues en soniquant les nanofluides avec le sonicateur à sonde de plus grande puissance avant la mesure." L'amélioration de la diffusivité thermique était plus importante pour les nanoparticules de petite taille. Cela s'explique par le fait que les particules plus petites ont des rapports surface effective/volume plus élevés. Ainsi, les particules plus petites ont contribué à former un nanofluide stable et la sonication avec une sonde ultrasonique a eu un effet substantiel sur la diffusivité thermique. (Noroozi et al. 2014)

Instructions pas à pas pour la production ultrasonique de nanofluides Al2O3-eau

Tout d'abord, peser la masse des nanoparticules d'Al2O3 à l'aide d'une balance électronique numérique. Ensuite, introduire progressivement les nanoparticules d'Al2O3 dans l'eau distillée pesée et agiter le mélange Al2O3-eau. Soniquer le mélange en continu pendant 1 heure avec un appareil à ultrasons de type UP400S (400W, 24kHz, voir photo de gauche) pour produire une dispersion uniforme des nanoparticules dans l'eau distillée. Les nanofluides peuvent être préparés à différentes fractions (0,1 %, 0,5 % et 1 %). Aucun tensioactif ou changement de pH n'est nécessaire. (Isfahani et al., 2013)

Nanofluides aqueux de ZnO à réglage ultrasonique

Elcioglu et al. (2021) déclarent dans leur étude scientifique que "l'ultrasonication est un processus essentiel pour une bonne dispersion des nanoparticules dans le fluide de base et la stabilité, ainsi que pour des propriétés optimales pour les applications du monde réel". Ils ont utilisé l'appareil à ultrasons UP200Ht pour produire des nanofluides ZnO/eau. La sonication a eu des effets évidents sur la tension de surface du nanofluide aqueux de ZnO. Les résultats obtenus par les chercheurs permettent de conclure que la tension superficielle, la formation d'un nanofilm et d'autres caractéristiques connexes de n'importe quel nanofluide peuvent être ajustées et réglées dans des conditions d'ultrasonication appropriées.

Homogénéisateurs ultrasoniques pour la production de nanofluides

Hielscher Ultrasonics conçoit, fabrique et distribue des disperseurs ultrasoniques de haute performance pour toutes sortes d'applications d'homogénéisation et de désagglomération. Lorsqu'il s'agit de produire des nanofluides, un contrôle précis de la sonication et un traitement ultrasonique fiable de la suspension de nanoparticules sont cruciaux.
Les processeurs de Hielscher Ultrasonics vous permettent de contrôler entièrement tous les paramètres de traitement importants tels que l'apport d'énergie, l'intensité des ultrasons, l'amplitude, la pression, la température et le temps de rétention. Vous pouvez ainsi ajuster les paramètres à des conditions optimales, ce qui permet d'obtenir des nanofluides de haute qualité.

• Pour tout volume / capacité : Hielscher propose des appareils à ultrasons et une large gamme d'accessoires. Cela permet de configurer le système ultrasonique idéal pour votre application et votre capacité de production. Qu'il s'agisse de petites fioles de quelques millilitres ou de flux à haut volume de plusieurs milliers de gallons par heure, Hielscher propose la solution ultrasonique adaptée à votre processus.
• Robustesse : Nos systèmes à ultrasons sont robustes et fiables. Tous les appareils à ultrasons Hielscher sont conçus pour fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 et 365 jours par an et ne nécessitent que très peu d'entretien.
• Convivialité : Le logiciel élaboré de nos appareils à ultrasons permet de présélectionner et d'enregistrer les paramètres de sonication pour une sonication simple et fiable. Le menu intuitif est facilement accessible via un écran tactile numérique coloré. La commande à distance par navigateur vous permet d'utiliser et de surveiller l'appareil via n'importe quel navigateur Internet. L'enregistrement automatique des données permet de sauvegarder les paramètres de chaque sonication sur une carte SD intégrée.

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :