Comment fabriquer des nanofluides

Un nanofluide est un fluide artificiel qui consiste en 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 assurer un degré élevé de dispersion uniforme. Les disperseurs ultrasoniques sont la technologie supérieure pour produire des nanofluides aux caractéristiques excellentes. La dispersion ultrasonique se distingue par son efficacité, sa rapidité, sa simplicité, sa fiabilité et sa convivialité.

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 exemple, de l'eau, de l'huile, etc.) afin d'obtenir une suspension colloïdale élaborée, c'est-à-dire le nanofluide. Les nanofluides présentent des propriétés thermo-physiques 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 réfrigérant ou fluide de refroidissement. L'ajout de nanoparticules aux liquides de refroidissement conventionnels (tels que l'eau, l'huile, l'éthylène glycol, la polyalphaoléfine, etc.

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

Fabrication de nanofluides avec un homogénéisateur ultrasonique

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 a été prouvée comme 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 des nanoparticules avec une grande uniformité et une distribution granulométrique étroite. Les paramètres du processus de synthèse des nanofluides comprennent l'apport d'énergie ultrasonore, l'amplitude ultrasonore, 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'ultrasons optimisés tels que l'amplitude, la pression, la température et l'apport énergétique (Ws/mL) est la clé pour produire un nanofluide stable, uniforme et de haute qualité. Les ultrasons peuvent être appliqués avec succès pour désagglomérer et disperser les particules en nanoparticules uniques dispersées. Avec une taille de particule plus petite, le mouvement brownien (vitesse brownienne) ainsi que les interactions entre particules augmentent et donnent des nanofluides plus stables. Les ultrasonateurs 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 livrés avec un protocole de données automatique pour une évaluation facile de tous les cycles de sonication.

Silice de taille nanométrique dispersée par ultrasons

La sonication améliore la stabilité des nanofluides

Pour les nanofluides, une agglomération de nanoparticules entraîne non seulement le tassement et l'obstruction des micro-canaux, mais aussi la diminution de la conductivité thermique des nanofluides. La désagglomération et la dispersion ultrasoniques sont largement appliquées dans la science des matériaux et l'industrie. La sonication est une technique éprouvée pour préparer des nano-dispersions stables avec une distribution uniforme des nanoparticules et une grande stabilité. Par conséquent, les disperseurs ultrasoniques de Hielscher sont la technologie préférée, lorsqu'il s'agit de produire des nanofluides.

Les nanofluides produits par ultrasons dans la recherche

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

Effets des ultrasons sur la préparation des nanofluides Al2O3

Noroozi et al. (2014) ont constaté qu'à "une concentration plus élevée de particules, il y avait une plus grande amélioration de la diffusivité thermique des nanofluides résultant de la sonication. 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 grande puissance avant la mesure". L'amélioration de la diffusivité thermique était plus importante pour les NP de petite taille. Cela s'explique par le fait que les particules plus petites ont un rapport surface/volume efficace plus élevé. 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)

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

Tout d'abord, peser la masse des nanoparticules d'Al2O3 à l'aide d'une balance électronique numérique. Ensuite, mettez progressivement les nanoparticules d'Al2O3 dans l'eau distillée pesée et agitez le mélange Al2O3-eau. Sonnez le mélange en continu pendant 1h avec un appareil à sonde ultrasonique 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 surfactant ou changement de pH n'est nécessaire. (Isfahani et al., 2013)

Nanofluides aqueux de ZnO réglés par ultrasons

Elcioglu et al. (2021) affirment dans leur étude scientifique que "l'ultrason est un processus essentiel pour la 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'ultrasonateur UP200Ht pour produire des nanofluides ZnO / eau. La sonication a eu des effets évidents sur la tension de surface du nanofluide ZnO aqueux. Les résultats des chercheurs permettent de conclure que la tension superficielle, la formation de nanofilms et d'autres caractéristiques connexes de tout nanofluide peuvent être ajustées et réglées dans des conditions d'ultrasonisation 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 essentiels.
Les processeurs de Hielscher Ultrasons vous permettent de contrôler 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. Ainsi, vous pouvez ajuster les paramètres à des conditions optimisées, ce qui permet d'obtenir des nanofluides de haute qualité.

• Pour tout volume / capacité : Hielscher propose des ultrasonateurs et une large gamme d'accessoires. Cela permet de configurer le système ultrasonore idéal pour votre application et votre capacité de production. Des petits flacons avec des millilitres aux grands volumes de milliers de gallons par heure, Hielscher offre la solution ultrasonore adaptée à votre processus.
• Robustesse : Nos systèmes à ultrasons sont robustes et fiables. Tous les ultrasonateurs Hielscher sont conçus pour fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 et 365 jours par an et ne nécessitent que très peu de maintenance.
• Convivialité : Le logiciel élaboré de nos appareils à ultrasons permet la présélection et la sauvegarde des réglages de sonication pour une sonication simple et fiable. Le menu intuitif est facilement accessible via un écran tactile numérique de couleur. La télécommande du navigateur vous permet d'utiliser et de contrôler l'appareil via n'importe quel navigateur Internet. L'enregistrement automatique des données sauvegarde les paramètres de traitement de toute sonication exécutée sur une carte SD intégrée.

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