כיצד להכין ננו־נוזלים

ננו־נוזל הוא נוזל מהונדס המורכב מנוזל בסיס המכיל ננו־חלקיקים. לסינתזה של ננו־נוזלים נדרשת טכניקה יעילה ואמינה להומוגניזציה ולפירוק אגלומרטים, כדי להבטיח פיזור אחיד במידה גבוהה. מפזרים אולטרסוניים הם הטכנולוגיה העדיפה לייצור ננו־נוזלים בעלי מאפיינים מצוינים. פיזור אולטרסוני מצטיין ביעילות, במהירות, בפשטות, באמינות ובידידותיות למשתמש.

מהם ננו־נוזלים?

ננו־נוזל הוא נוזל המכיל חלקיקים בגודל ננומטרי (≺100nm), המכונים בדרך כלל ננו־חלקיקים. ננו־חלקיקים המשמשים בננו־נוזלים עשויים בדרך כלל ממתכות, מתחמוצות, מקרבידים או מננו־צינוריות פחמן. ננו־חלקיקים אלה מפוזרים בנוזל בסיס (למשל מים, שמן וכו') כדי לקבל תרחיף קולואידי מהונדס, כלומר ננו־נוזל. ננו־נוזלים מציגים תכונות תרמופיזיקליות משופרות, כגון מוליכות תרמית, דיפוזיביות תרמית, צמיגות ומקדמי מעבר חום בהסעה, בהשוואה לתכונות החומר של נוזל הבסיס.
יישום נפוץ של ננו־נוזלים הוא השימוש בהם כנוזל קירור או כקרר. הוספת ננו־חלקיקים לנוזלי קירור קונבנציונליים (כגון מים, שמן, אתילן גליקול, פוליאלפאאולפין וכו') משפרת את התכונות התרמיות של נוזלי הקירור הקונבנציונליים.

• נוזלי קירור / העברת חום
• חומרי סיכה
• יישום ביו־רפואי

הכנת ננו־נוזלים באמצעות הומוגנייזר אולטרסוני

ניתן להשפיע על המיקרו־מבנה של ננו־נוזלים ולשנותו באמצעות שימוש בטכנולוגיית ההומוגניזציה ובפרמטרי העיבוד המתאימים ביותר. פיזור אולטרסוני הוכח כטכניקה יעילה מאוד ואמינה להכנת ננו־נוזלים. מפזרים אולטרסוניים משמשים במחקר ובתעשייה לסינתזה, לטחינה, לפיזור ולהומוגניזציה של ננו־חלקיקים, תוך השגת אחידות גבוהה והתפלגות צרה של גודל החלקיקים. פרמטרי התהליך לסינתזה של ננו־נוזלים כוללים את תשומת האנרגיה האולטרסונית, המשרעת האולטרסונית, הטמפרטורה, הלחץ והחומציות. נוסף על כך, הסוגים והריכוזים של המגיבים והתוספים, וכן סדר הוספת התוספים לתמיסה, הם גורמים חשובים.
ידוע היטב שתכונותיהם של ננו־נוזלים תלויות במידה רבה במבנה ובצורה של הננו־חומרים. לכן, השגת מיקרו־מבנים הניתנים לשליטה בננו־נוזלים היא הגורם העיקרי התורם לתפקודם ולאיכותם של ננו־נוזלים. שימוש בפרמטרים מיטביים של סוניקציה, כגון משרעת, לחץ, טמפרטורה ותשומת אנרגיה (Ws/mL), הוא המפתח לייצור ננו־נוזל יציב, אחיד ואיכותי. ניתן ליישם סוניקציה בהצלחה כדי לפרק אגלומרטים ולפזר חלקיקים לכדי ננו־חלקיקים בודדים ומפוזרים. ככל שגודל החלקיקים קטן יותר, התנועה הבראונית (המהירות הבראונית) וכן האינטראקציות בין החלקיקים גוברות ומביאות לננו־נוזלים יציבים יותר. מכשירי הסוניקציה של Hielscher מאפשרים שליטה מדויקת בכל פרמטרי העיבוד החשובים, יכולים לפעול ברציפות במשרעות גבוהות (24/7/365) ומצוידים בתיעוד נתונים אוטומטי לצורך הערכה קלה של כל מחזורי הסוניקציה.

סיליקה בגודל ננומטרי שפוזרה באמצעות אולטרסאונד

יציבות משופרת של ננו־נוזלים באמצעות סוניקציה

בננו־נוזלים, היווצרות אגלומרטים של ננו־חלקיקים גורמת לא רק לשקיעה ולסתימת מיקרו־תעלות, אלא גם לירידה במוליכות התרמית של הננו־נוזלים. פירוק אגלומרטים ופיזור באמצעות אולטרסאונד מיושמים בהיקף נרחב במדע החומרים ובתעשייה. סוניקציה היא טכניקה מוכחת להכנת פיזורים ננומטריים יציבים, בעלי התפלגות אחידה של ננו־חלקיקים ויציבות רבה. לכן, מפזרים אולטרסוניים של Hielscher הם הטכנולוגיה המועדפת לייצור ננו־נוזלים.

ננו־נוזלים המיוצרים באמצעות אולטרסאונד במחקר

מחקרים בחנו את ההשפעות של סוניקציה ושל פרמטרים אולטרסוניים על המאפיינים של ננו־נוזלים. קראו עוד על ממצאים מדעיים בנוגע להכנת ננו־נוזלים באמצעות אולטרסאונד.

השפעות אולטרסוניות על הכנת ננו־נוזלי Al2O3

Noroozi ועמיתיו (2014) מצאו כי ב"ריכוז חלקיקים גבוה יותר, השיפור בדיפוזיביות התרמית של הננו־נוזלים כתוצאה מסוניקציה היה גדול יותר. יתרה מכך, יציבות רבה יותר ושיפור בדיפוזיביות התרמית הושגו באמצעות סוניקציה של הננו־נוזלים במכשיר סוניקציה מסוג גשוש בעל הספק גבוה יותר לפני המדידה." השיפור בדיפוזיביות התרמית היה גדול יותר עבור ננו־חלקיקים קטנים יותר. זאת משום שלחלקיקים קטנים יותר יש יחס גבוה יותר בין שטח הפנים האפקטיבי לנפח. לפיכך, חלקיקים קטנים יותר סייעו ביצירת ננו־נוזל יציב, וסוניקציה באמצעות גשוש אולטרסוני השפיעה במידה ניכרת על הדיפוזיביות התרמית. (Noroozi et al. 2014)

הוראות שלב אחר שלב לייצור ננו־נוזלי Al2O3 ומים באמצעות אולטרסאונד

ראשית, שקלו את מסת ננו־חלקיקי ה־Al2O3 באמצעות מאזניים אלקטרוניים דיגיטליים. לאחר מכן הוסיפו בהדרגה את ננו־חלקיקי ה־Al2O3 למים המזוקקים שנשקלו, וערבלו את תערובת ה־Al2O3 והמים. בצעו סוניקציה רציפה של התערובת במשך 1h באמצעות מכשיר אולטרסוני מסוג גשוש UP400S (400W, 24kHz, ראו תמונה משמאל), כדי ליצור פיזור אחיד של ננו־חלקיקים במים מזוקקים. ניתן להכין את הננו־נוזלים בשברים שונים (0.1%, 0.5% ו־1%). אין צורך בחומר פעיל שטח או בשינויי pH. (Isfahani et al., 2013)

ננו־נוזלי ZnO מימיים המותאמים באמצעות אולטרסאונד

Elcioglu ועמיתיה (2021) מציינים במחקרם המדעי כי "סוניקציה היא תהליך חיוני לפיזור תקין של ננו־חלקיקים בנוזל הבסיס וליציבות, וכן להשגת תכונות מיטביות ליישומים מעשיים." הם השתמשו במכשיר הסוניקציה UP200Ht לייצור ננו־נוזלי ZnO / מים. לסוניקציה היו השפעות ברורות על מתח הפנים של ננו־נוזל ה־ZnO המימי. ממצאי החוקרים מובילים למסקנה שניתן להתאים ולכוונן את מתח הפנים, את היווצרות השכבה הננומטרית ותכונות קשורות אחרות של כל ננו־נוזל בתנאי סוניקציה מתאימים.

הומוגנייזרים אולטרסוניים לייצור ננו־נוזלים

Hielscher Ultrasonics מתכננת, מייצרת ומפיצה מפזרים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים לכל סוגי היישומים של הומוגניזציה ופירוק אגלומרטים. בייצור ננו־נוזלים, שליטה מדויקת בסוניקציה וטיפול אולטרסוני אמין בתרחיף הננו־חלקיקים הם חיוניים.
המעבדים של Hielscher Ultrasonics מעניקים לכם שליטה מלאה בכל פרמטרי העיבוד החשובים, כגון תשומת אנרגיה, עוצמה אולטרסונית, משרעת, לחץ, טמפרטורה וזמן שהייה. כך תוכלו להתאים את הפרמטרים לתנאים מיטביים, המביאים בהמשך לננו־נוזלים איכותיים.

• לכל נפח? תפוקה: Hielscher מציעה מכשירי סוניקציה ומגוון רחב של אביזרים. כך ניתן להרכיב את המערכת האולטרסונית האידיאלית ליישום ולתפוקת הייצור שלכם. מבקבוקונים קטנים בנפח מיליליטרים ועד לזרמים בנפח גבוה של אלפי גלונים לשעה, Hielscher מציעה את הפתרון האולטרסוני המתאים לתהליך שלכם.
• עמידות: המערכות האולטרסוניות שלנו עמידות ואמינות. כל מכשירי הסוניקציה של Hielscher בנויים לפעולה במתכונת 24/7/365 ודורשים תחזוקה מועטה מאוד.
• ידידותיות למשתמש: התוכנה המתקדמת של המכשירים האולטרסוניים שלנו מאפשרת בחירה מראש ושמירה של הגדרות הסוניקציה, לביצוע סוניקציה פשוטה ואמינה. התפריט האינטואיטיבי נגיש בקלות באמצעות צג מגע דיגיטלי צבעוני. השליטה מרחוק באמצעות דפדפן מאפשרת לכם להפעיל ולנטר דרך כל דפדפן אינטרנט. רישום הנתונים האוטומטי שומר את פרמטרי התהליך של כל מחזור סוניקציה בכרטיס SD מובנה.

הטבלה שלהלן מספקת לכם הערכה של תפוקת העיבוד המשוערת של מכשירי הסוניקציה שלנו: