Comment fabriquer des nanofluides

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

Que sont les nanofluides ?

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 ex. eau, huile, etc.) afin d’obtenir une suspension colloïdale technique, 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 du fluide de base.
Une application courante des nanofluides est leur utilisation comme liquide de refroidissement ou fluide frigorigène. L’ajout de nanoparticules aux liquides de refroidissement conventionnels (tels que l’eau, l’huile, l’éthylène glycol, la polyalphaoléfine, etc.) améliore les propriétés thermiques de ces liquides de refroidissement conventionnels.

• les liquides de refroidissement / de transfert de chaleur
• les lubrifiants
• les applications biomédicales

Fabriquer des nanofluides avec 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 adaptés. La dispersion par ultrasons s’est révélée être une technique très efficace et fiable pour la préparation de nanofluides. Les disperseurs à ultrasons sont utilisés dans la recherche et l’industrie pour synthétiser, broyer, disperser et homogénéiser des nanoparticules avec une grande uniformité et une distribution granulométrique étroite. Les paramètres de procédé pour la synthèse de nanofluides comprennent l’apport d’énergie ultrasonore, l’amplitude ultrasonore, la température, la pression et l’acidité. En outre, les types et les concentrations des réactifs et des 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 contribuant 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 la clé pour produire un nanofluide stable, uniforme et de haute qualité. L’ultrasonication peut être appliquée avec succès pour désagglomérer et disperser des particules en nanoparticules dispersées individuellement. Avec une taille de particule plus petite, le mouvement brownien (vitesse brownienne) ainsi que les interactions particule-particule augmentent et donnent des nanofluides plus stables. Les ultrasonicateurs 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 équipés d’un enregistrement automatique des données pour une évaluation aisée de toutes les séries de sonication.

Silice de taille nanométrique dispersée par ultrasons

La sonication améliore la stabilité des nanofluides

Pour les nanofluides, l’agglomération des nanoparticules entraîne non seulement la sédimentation et l’obstruction 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 l’industrie. La sonication est une technique éprouvée pour préparer des nano-dispersions stables présentant une distribution uniforme des nanoparticules et une grande stabilité. C’est pourquoi les disperseurs à ultrasons Hielscher sont la technologie privilégiée lorsqu’il s’agit de produire des nanofluides.

Nanofluides produits par ultrasons dans la recherche

La recherche a étudié les effets de l’ultrasonication et des paramètres ultrasonores sur les caractéristiques des nanofluides. Découvrez-en plus sur les résultats scientifiques concernant la préparation de nanofluides par ultrasons.

Effets des ultrasons sur la préparation de nanofluides d’Al2O3

Noroozi et al. (2014) ont constaté qu’à « une concentration de particules plus élevée, l’amélioration de la diffusivité thermique des nanofluides résultant de la sonication était plus importante. De plus, 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 forte puissance avant la mesure. » L’amélioration de la diffusivité thermique était plus importante pour les NP de plus petite taille. Cela s’explique par le fait que les particules plus petites présentent 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 à ultrasons a eu un effet substantiel sur la diffusivité thermique. (Noroozi et al. 2014)

Instructions étape par étape pour la production par ultrasons de nanofluides Al2O3-eau

Tout d’abord, pesez la masse de nanoparticules d’Al2O3 à l’aide d’une balance électronique numérique. Ajoutez ensuite progressivement les nanoparticules d’Al2O3 dans l’eau distillée pesée et agitez le mélange Al2O3-eau. Soniquez le mélange en continu pendant 1h avec un appareil à ultrasons de type sonde UP400S (400W, 24kHz, voir photo à gauche) afin d’obtenir 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 ni aucune modification du pH ne sont nécessaires. (Isfahani et al., 2013)

Nanofluides aqueux de ZnO ajustés par ultrasons

Elcioglu et al. (2021) affirment dans leur étude scientifique que « l’ultrasonication est un processus essentiel pour une dispersion correcte des nanoparticules dans le fluide de base et pour la stabilité, ainsi que pour des propriétés optimales en vue d’applications réelles. » Ils ont utilisé l’ultrasonicateur UP200Ht pour produire des nanofluides ZnO / eau. La sonication a eu des effets nets sur la tension superficielle du nanofluide aqueux de ZnO. Les résultats des chercheurs conduisent à la conclusion que la tension superficielle, la formation de nano-films et d’autres caractéristiques connexes de tout nanofluide peuvent être ajustées et réglées dans des conditions d’ultrasonication appropriées.

Homogénéisateurs à ultrasons pour la production de nanofluides

Hielscher Ultrasonics conçoit, fabrique et distribue des disperseurs à ultrasons 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 par ultrasons fiable de la suspension de nanoparticules sont essentiels.
Les processeurs de Hielscher Ultrasonics vous offrent un contrôle total sur tous les paramètres de traitement importants, tels que l’apport d’énergie, l’intensité ultrasonore, l’amplitude, la pression, la température et le temps de séjour. Vous pouvez ainsi ajuster les paramètres à des conditions optimisées, ce qui conduit ensuite à des nanofluides de haute qualité.

• Pour tout volume ? capacité : Hielscher propose des ultrasonicateurs et un large éventail d’accessoires. Cela permet de configurer le système à ultrasons idéal pour votre application et votre capacité de production. Des petits flacons de quelques millilitres aux flux de grand volume de plusieurs milliers de gallons par heure, Hielscher propose la solution ultrasonore adaptée à votre procédé.
• Robustesse : Nos systèmes à ultrasons sont robustes et fiables. Tous les ultrasonicateurs Hielscher sont conçus pour un fonctionnement 24/7/365 et nécessitent très peu d’entretien.
• Facilité d’utilisation : Le logiciel élaboré de nos appareils à ultrasons permet la présélection et l’enregistrement des réglages de sonication pour une sonication simple et fiable. Le menu intuitif est facilement accessible via un écran tactile numérique en couleur. 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 sauvegarde les paramètres de procédé de chaque série de sonication sur une carte SD intégrée.

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