ઉષ્માવાહક નેનોપ્રવાહીઓ પર આધારિત શીતકો
અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સંશ્લેષિત નેનોપ્રવાહીઓ કાર્યક્ષમ શીતકો અને ઉષ્મા વિનિમયક પ્રવાહીઓ છે. ઉષ્માવાહક નેનોસામગ્રીઓ ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ અને ઉષ્મા વિસર્જનની ક્ષમતામાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે. ઉષ્માવાહક નેનોકણોના સંશ્લેષણ અને કાર્યાત્મકકરણમાં તેમજ શીતનના ઉપયોગો માટે સ્થિર, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતા નેનોપ્રવાહીઓના ઉત્પાદનમાં સોનિકેશન સુસ્થાપિત છે.
ઉષ્મીય–દ્રવગતિક કાર્યક્ષમતા પર નેનોપ્રવાહીઓની અસરો
કોઈ સામગ્રીની ઉષ્મીય વાહકતા એ ઉષ્માનું વહન કરવાની તેની ક્ષમતાનું માપ છે. શીતકો અને ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ પ્રવાહી (જેને ઉષ્મીય પ્રવાહી અથવા ઉષ્મીય તેલ પણ કહેવામાં આવે છે) માટે ઉચ્ચ ઉષ્મીય વાહકતા ઇચ્છનીય છે. અનેક નેનોસામગ્રીઓ ઉત્તમ ઉષ્માવાહક ગુણધર્મો ધરાવે છે. નેનોસામગ્રીઓની ઉત્કૃષ્ટ ઉષ્મીય વાહકતાનો ઉપયોગ કરવા માટે, નેનોપ્રવાહીઓ તરીકે ઓળખાતાં પ્રવાહીઓનો શીતન પ્રવાહીઓ તરીકે ઉપયોગ થાય છે. નેનોપ્રવાહી એવું પ્રવાહી છે જેમાં નેનોમીટર કદના કણો પાણી, ગ્લાયકોલ અથવા તેલ જેવા આધાર પ્રવાહીમાં નિલંબિત હોય છે અને તેમાં તેઓ કલિલીય દ્રાવણ બનાવે છે. નેનોકણો અથવા મોટા કણો વિનાનાં પ્રવાહીઓની સરખામણીમાં નેનોપ્રવાહીઓની ઉષ્મીય વાહકતામાં નોંધપાત્ર વધારો થઈ શકે છે. વિખેરાયેલા નેનોકણોની સામગ્રી, કદ, શ્યાનતા, સપાટી વિદ્યુતભાર અને પ્રવાહી સ્થિરતા નેનોપ્રવાહીઓની ઉષ્મીય કાર્યક્ષમતાને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરે છે. પરંપરાગત આધાર પ્રવાહીઓની સરખામણીમાં નેનોપ્રવાહીઓ ઉષ્મા સ્થાનાંતરણની ઉત્કૃષ્ટ કાર્યક્ષમતા દર્શાવે છે, તેથી ઉષ્મા સ્થાનાંતરણના ઉપયોગોમાં તેમનું મહત્ત્વ ઝડપથી વધી રહ્યું છે.
ઉષ્મા સ્થાનાંતરણની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમ ક્ષમતા ધરાવતા નેનોપ્રવાહીઓ બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ અત્યંત કાર્યક્ષમ, વિશ્વસનીય અને ઔદ્યોગિક રીતે સ્થાપિત તકનીક છે.
- ઊર્જા અને દ્રવ્યના સ્થાનાંતરણના નોંધપાત્ર રીતે ઊંચા દરો માટે સપાટી : ઘનફળનો ઊંચો ગુણોત્તર
- ખૂબ સારી કલિલીય સ્થિરતા માટે ઓછું દળ
- ઓછું જડત્વ, જે ઘસારાને ન્યૂનતમ કરે છે
નેનોકદ સાથે સંબંધિત આ લક્ષણો નેનોપ્રવાહીઓને તેમની અસાધારણ ઉષ્મીય વાહકતા આપે છે. કાર્યાત્મકકૃત નેનોકણો અને નેનોપ્રવાહીઓ બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ સૌથી કાર્યક્ષમ તકનીક છે.
ઉત્કૃષ્ટ ઉષ્મીય વાહકતા ધરાવતા અલ્ટ્રાસોનિક રીતે ઉત્પાદિત નેનોપ્રવાહીઓ
અનેક નેનોસામગ્રીઓ – જેમ કે CNTs, સિલિકા, ગ્રાફીન, એલ્યુમિનિયમ, ચાંદી, બોરોન નાઇટ્રાઇડ અને બીજી ઘણી – ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ પ્રવાહીઓની ઉષ્મીય વાહકતા વધારે છે તે પહેલેથી જ સાબિત થઈ ચૂક્યું છે. નીચે તમને અલ્ટ્રાસોનિકેશન હેઠળ તૈયાર કરાયેલા ઉષ્માવાહક નેનોપ્રવાહીઓ માટેનાં સંશોધન પરિણામોનાં ઉદાહરણો મળશે.
અલ્ટ્રાસાઉન્ડ વડે એલ્યુમિનિયમ આધારિત નેનોપ્રવાહીનું ઉત્પાદન
Buonomo et al. (2015) એ અલ્ટ્રાસોનિકેશન હેઠળ તૈયાર કરાયેલા Al2O3 નેનોપ્રવાહીઓની સુધરેલી ઉષ્મીય વાહકતા દર્શાવી હતી.
Al2O3 નેનોકણોને પાણીમાં એકસરખી રીતે વિખેરવા માટે સંશોધકોએ Hielscher પ્રોબ પ્રકારના અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP400S નો ઉપયોગ કર્યો હતો. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે ગૂચ્છો તોડીને વિખેરાયેલા એલ્યુમિનિયમ કણોથી તમામ નેનોપ્રવાહીઓમાં આશરે 120 nmનું કણકદ પ્રાપ્ત થયું હતું – કણોની સાંદ્રતાથી સ્વતંત્ર રીતે. શુદ્ધ પાણીની સરખામણીમાં ઊંચા તાપમાને નેનોપ્રવાહીઓની ઉષ્મીય વાહકતા વધી રહી હતી. 25°Cના ઓરડાના તાપમાને 0.5% Al2O3 કણ સાંદ્રતા સાથે ઉષ્મીય વાહકતામાં વધારો માત્ર આશરે 0.57% છે, પરંતુ 65°C પર આ મૂલ્ય વધીને આશરે 8% થાય છે. 4% ઘનફળ સાંદ્રતા માટે, તાપમાન 25°C થી 65°C સુધી વધતાં આ વધારો 7.6% થી 14.4% થાય છે.
[જુઓ: Buonomo et al., 2015]
UP400S વડે અલ્ટ્રાસોનિકેશન પછી બોરોન નાઇટ્રાઇડની વિવિધ સાંદ્રતા ધરાવતા પાણી આધારિત બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોપ્રવાહીઓના કણકદનું વિતરણ (a) 0.1% hBN, (b) 0.5% hBN, (c) 2% hBN
(અભ્યાસ અને આલેખો: © Ilhan et al., 2016)
સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને બોરોન નાઇટ્રાઇડ આધારિત નેનોપ્રવાહીનું ઉત્પાદન
Ilhan et al. (2016) એ ષટ્કોણીય બોરોન નાઇટ્રાઇડ (hBN) આધારિત નેનોપ્રવાહીઓની ઉષ્મીય વાહકતાનો અભ્યાસ કર્યો. આ હેતુ માટે, અલ્ટ્રાસોનિકેશન અને સોડિયમ ડોડેસાઇલ સલ્ફેટ (SDS) તથા પોલિવિનાઇલ પાયરોલિડોન (PVP) જેવા પૃષ્ઠસક્રિય પદાર્થોનો સમાવેશ કરતી બે તબક્કાની પદ્ધતિ વડે, 70 nm સરેરાશ વ્યાસ ધરાવતા hBN નેનોકણોવાળાં સારી રીતે વિખેરાયેલાં, સ્થિર નેનોપ્રવાહીઓની શ્રેણી તૈયાર કરવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે વિખેરાયેલું hBN–પાણી નેનોપ્રવાહી કણોની અત્યંત ઓછી સાંદ્રતાએ પણ ઉષ્મીય વાહકતામાં નોંધપાત્ર વધારો દર્શાવે છે. પ્રોબ પ્રકારના અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP400S વડે સોનિકેશન કરવાથી કણસમૂહોના કણોનું સરેરાશ કદ ઘટીને 40–60 nm ની શ્રેણીમાં આવ્યું. સંશોધકો તારણ કાઢે છે કે ઉપચાર ન કરેલી સૂકી અવસ્થામાં જોવા મળેલા મોટા અને સઘન બોરોન નાઇટ્રાઇડ કણસમૂહો અલ્ટ્રાસોનિકેશન પ્રક્રિયા અને પૃષ્ઠસક્રિય પદાર્થ ઉમેરવાથી તૂટી જાય છે. આથી, વિવિધ કણસાંદ્રતા ધરાવતાં પાણી આધારિત નેનોપ્રવાહીઓ તૈયાર કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ અસરકારક પદ્ધતિ બને છે.
[જુઓ Ilhan et al., 2016]
0.5% કણોની કદ આધારિત સાંદ્રતા ધરાવતા, અલ્ટ્રાસોનિક રીતે વિખેરાયેલા ઇથિલિન ગ્લાયકોલ (EG) આધારિત hBN નેનોપ્રવાહીની આકારરચના દર્શાવતી STEM છબી.
(અભ્યાસ અને આલેખો: © Ilhan et al., 2016)
“નેનોપ્રવાહીઓની સ્થિરતા વધારવા માટે સાહિત્યમાં સૌથી વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી પ્રક્રિયા અલ્ટ્રાસોનિકેશન છે.” [Ilhan et al., 2016] અને ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં પણ, ઉત્કૃષ્ટ કાર્યક્ષમતા ધરાવતાં લાંબા ગાળા સુધી સ્થિર રહેતાં નેનોપ્રવાહીઓ મેળવવા માટે સોનિકેશન આજકાલ સૌથી અસરકારક, વિશ્વસનીય અને આર્થિક તકનીક છે.
શીતકના ઉત્પાદન માટે ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ
વૈજ્ઞાનિક રીતે પ્રમાણિત, ઉદ્યોગમાં સ્થાપિત – નેનોપ્રવાહીઓના ઉત્પાદન માટે Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ
અલ્ટ્રાસોનિક ઉચ્ચ કર્તનબળવાળા ડિસ્પર્સર્સ ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતાં શીતકો અને ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ પ્રવાહીઓના સતત ઉત્પાદન માટે વિશ્વસનીય યંત્રો છે. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સંચાલિત મિશ્રણ તેની કાર્યક્ષમતા અને વિશ્વસનીયતા માટે જાણીતું છે – મિશ્રણની પરિસ્થિતિઓ પડકારજનક હોય ત્યારે પણ.
Hielscher Ultrasonics નાં ઉપકરણો વડે બિનઝેરી, બિનજોખમી અને કેટલાક તો ખાદ્ય ઉપયોગ માટે યોગ્ય ગુણવત્તાવાળાં નેનોપ્રવાહીઓ પણ તૈયાર કરી શકાય છે. તે જ સમયે, અમારા તમામ અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ અત્યંત કાર્યક્ષમ, વિશ્વસનીય, ચલાવવામાં સલામત અને ખૂબ મજબૂત છે. 24/7 કામગીરી માટે બનાવવામાં આવેલાં અમારાં બેન્ચ પર મૂકવાનાં અને મધ્યમ કદનાં અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ પણ નોંધપાત્ર જથ્થામાં ઉત્પાદન કરવા સક્ષમ છે.
નેનોપ્રવાહીઓના અલ્ટ્રાસોનિક ઉત્પાદન વિશે વધુ વાંચો અથવા વિગતવાર પરામર્શ અને અલ્ટ્રાસોનિક ડિસ્પર્સર માટે મફત પ્રસ્તાવ મેળવવા હમણાં જ અમારો સંપર્ક કરો!
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે:
| બેચનું કદ | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલાં ઉપકરણો |
|---|---|---|
| 1 થી 500mL | 10 થી 200mL/min | UP100H |
| 10 થી 2000mL | 20 થી 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 થી 100L | 2 થી 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 થી 150L | 3 થી 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 થી 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | વધુ | સમૂહમાં ગોઠવેલાં UIP16000 |
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
Hielscher Ultrasonics પ્રયોગશાળા, પાઇલટ અને ઔદ્યોગિક સ્તરે મિશ્રણના ઉપયોગો, વિખેરણ, ઇમલ્સીકરણ અને નિષ્કર્ષણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતાં અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર્સનું ઉત્પાદન કરે છે.
સાહિત્ય / સંદર્ભો
- B. Buonomo, O. Manca, L. Marinelli, S. Nardini (2015): Effect of temperature and sonication time on nanofluid thermal conductivity measurements by nano-flash method. Applied Thermal Engineering 2015.
- Beybin İlhan, Melike Kurt, Hakan Ertürk (2016): Experimental investigation of heat transfer enhancement and viscosity change of hBN nanofluids. Experimental Thermal and Fluid Science, Volume 77, 2016. 272-283.
- Oldenburg, S., Siekkinen, A., Darlington, T., Baldwin, R. (2007): Optimized Nanofluid Coolants for Spacecraft Thermal Control Systems. SAE Technical Paper, 2007.
- Mehdi Keyvani, Masoud Afrand, Davood Toghraie, Mahdi Reiszadeh (2018): An experimental study on the thermal conductivity of cerium oxide/ethylene glycol nanofluid: developing a new correlation. Journal of Molecular Liquids, Volume 266, 2018, 211-217.
જાણવા યોગ્ય તથ્યો
શીતલન અને ઉષ્મા સ્થાનાંતરણના ઉપયોગો માટે નેનોપ્રવાહીઓ શા માટે સારાં છે?
નેનોપ્રવાહીઓ શીતકનો એક નવો વર્ગ છે, જેમાં આધાર પ્રવાહી (દા.ત., પાણી) હોય છે, જે નેનોકદના કણો માટે વાહક પ્રવાહી તરીકે કાર્ય કરે છે. આધાર પ્રવાહીમાં વિખેરાયેલા, ચોક્કસ હેતુ માટે રચાયેલા નેનોકણો (દા.ત. નેનોકદના CuO, એલ્યુમિના ટાઇટેનિયમ ડાયોક્સાઇડ, કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ, સિલિકા અથવા તાંબું, ચાંદીના નેનોરોડ્સ જેવી ધાતુઓ) પરિણામી નેનોપ્રવાહીની ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ ક્ષમતામાં નોંધપાત્ર વધારો કરી શકે છે. આને કારણે નેનોપ્રવાહીઓ અસાધારણ ઊંચી કાર્યક્ષમતાવાળા શીતક પ્રવાહીઓ બને છે.
ઉષ્માવાહક નેનોકણો ધરાવતા, વિશેષ રીતે ઉત્પાદિત નેનોપ્રવાહીઓનો ઉપયોગ ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ અને વિસર્જનમાં નોંધપાત્ર સુધારો શક્ય બનાવે છે; દા.ત. 55±12 nm વ્યાસ અને 12.8 µm સરેરાશ લંબાઈ ધરાવતા ચાંદીના નેનોરોડ્સે 0.5 vol.% પર પાણીની ઉષ્માવાહકતામાં 68% વધારો કર્યો હતો, અને 0.5 vol.% ચાંદીના નેનોરોડ્સે ઇથિલિન ગ્લાયકોલ આધારિત શીતકની ઉષ્માવાહકતામાં 98% વધારો કર્યો હતો. 0.1% પર એલ્યુમિના નેનોકણો પાણીના ક્રિટિકલ ઉષ્મા ફ્લક્સમાં 70% જેટલો વધારો કરી શકે છે; આ કણો ઠંડા કરવામાં આવતા પદાર્થ પર ખરબચડી છિદ્રાળુ સપાટી બનાવે છે, જે નવા પરપોટાના નિર્માણને પ્રોત્સાહન આપે છે, અને ત્યારબાદ તેમનો જલપ્રિય સ્વભાવ આ પરપોટાને દૂર ધકેલવામાં મદદ કરે છે, જેથી વરાળના સ્તરનું નિર્માણ અવરોધાય છે. 5% કરતાં વધુ સાંદ્રતા ધરાવતું નેનોપ્રવાહી બિન-ન્યૂટોનિયન પ્રવાહીઓની જેમ વર્તે છે. (જુઓ (Oldenburg et al., 2007)
ઉષ્મીય નિયંત્રણ પ્રણાલીઓમાં ઉપયોગમાં લેવાતા શીતકોમાં ધાતુના નેનોકણો ઉમેરવાથી આધાર પ્રવાહીની ઉષ્માવાહકતામાં અત્યંત મોટો વધારો થઈ શકે છે. આવા ધાતુના નેનોકણો અને પ્રવાહીના સંયુક્ત પદાર્થોને નેનોપ્રવાહી કહેવામાં આવે છે, અને શીતકો તરીકે તેમનો ઉપયોગ અવકાશયાનની ઉષ્મીય નિયંત્રણ પ્રણાલીઓના વજન અને શક્તિની જરૂરિયાતોને ઘટાડી શકે તેવી સંભાવના ધરાવે છે. નેનોપ્રવાહીઓની ઉષ્માવાહકતા તેમના ઘટક નેનોકણોની સાંદ્રતા, કદ, આકાર, સપાટીની રાસાયણિક પ્રકૃતિ અને એકત્રીકરણની અવસ્થા પર આધાર રાખે છે. પાણી અને ઇથિલિન ગ્લાયકોલ આધારિત શીતકોની ઉષ્માવાહકતા અને સ્નિગ્ધતા પર ઉમેરાયેલા નેનોકણોની સાંદ્રતા અને નેનોકણોના લંબાઈ-પહોળાઈના ગુણોત્તરની અસરોની તપાસ કરવામાં આવી હતી. 55 ± 12 nm વ્યાસ અને 12.8 ± 8.5 μm સરેરાશ લંબાઈ ધરાવતા ચાંદીના નેનોરોડ્સે ઘનફળ મુજબ 0.5% સાંદ્રતા પર પાણીની ઉષ્માવાહકતામાં 68% વધારો કર્યો હતો. ઘનફળ મુજબ 0.5% સાંદ્રતામાં ચાંદીના નેનોરોડ્સ ઉમેરવાથી ઇથિલિન ગ્લાયકોલ આધારિત શીતકની ઉષ્માવાહકતામાં 98% વધારો થયો હતો. ઉમેરાયેલા નેનોરોડ્સની સમાન ઘનતા પર, ટૂંકા નેનોરોડ્સ કરતાં લાંબા નેનોરોડ્સની ઉષ્માવાહકતા પર વધુ અસર હતી. જોકે, લાંબા નેનોરોડ્સે ટૂંકા નેનોરોડ્સ કરતાં આધાર પ્રવાહીની સ્નિગ્ધતામાં પણ વધુ પ્રમાણમાં વધારો કર્યો હતો.
(Oldenburg et al., 2007)
Hielscher Ultrasonics ઊંચી કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝરોનું પ્રયોગશાળાના કદથી લઈને ઔદ્યોગિક કદ સુધી ઉત્પાદન કરે છે.