Kako proizvesti nanofluide

Nanofluid je namjenski razvijen fluid koji se sastoji od osnovnog fluida koji sadrži nanočestice. Za sintezu nanofluida potrebna je učinkovita i pouzdana tehnika homogenizacije i deaglomeracije kako bi se osigurao visok stupanj ravnomjerne disperzije. Ultrazvučni dispergatori nadmoćna su tehnologija za proizvodnju nanofluida s izvrsnim svojstvima. Ultrazvučno dispergiranje ističe se učinkovitošću, brzinom, jednostavnošću, pouzdanošću i lakoćom uporabe.

Što su nanofluidi?

Nanofluid je fluid koji sadrži čestice nanometarskih dimenzija (≺100nm), koje se obično nazivaju nanočesticama. Nanočestice koje se upotrebljavaju u nanofluidima obično su izrađene od metala, oksida, karbida ili ugljikovih nanocijevi. Te se nanočestice dispergiraju u osnovnom fluidu (npr. vodi, ulju itd.) kako bi se dobila namjenski razvijena koloidna suspenzija, odnosno nanofluid. Nanofluidi imaju poboljšana termofizikalna svojstva, kao što su toplinska vodljivost, toplinska difuzivnost, viskoznost i koeficijenti konvektivnog prijenosa topline, u usporedbi sa svojstvima materijala osnovnog fluida.
Česta je primjena nanofluida njihova uporaba kao rashladnog sredstva ili radne tvari u rashladnom sustavu. Dodavanjem nanočestica konvencionalnim rashladnim sredstvima (poput vode, ulja, etilen-glikola, polialfaolefina itd.) poboljšavaju se toplinska svojstva konvencionalnih rashladnih sredstava.

• tekućine za hlađenje / prijenos topline
• maziva
• biomedicinsku primjenu

Proizvodnja nanofluida ultrazvučnim homogenizatorom

Na mikrostrukturu nanofluida može se utjecati i njome upravljati primjenom najprikladnije tehnologije homogenizacije i procesnih parametara. Ultrazvučno dispergiranje dokazano je vrlo učinkovita i pouzdana tehnika pripreme nanofluida. Ultrazvučni dispergatori upotrebljavaju se u istraživanju i industriji za sintezu, mljevenje, dispergiranje i homogenizaciju nanočestica uz visoku ujednačenost i usku raspodjelu veličine čestica. Procesni parametri za sintezu nanofluida uključuju unos ultrazvučne energije, ultrazvučnu amplitudu, temperaturu, tlak i kiselost. Nadalje, vrste i koncentracije reaktanata i aditiva, kao i redoslijed dodavanja aditiva u otopinu, važni su čimbenici.
Dobro je poznato da svojstva nanofluida snažno ovise o strukturi i obliku nanomaterijala. Stoga je postizanje mikrostruktura nanofluida koje se mogu kontrolirati glavni čimbenik koji pridonosi funkcionalnosti i kvaliteti nanofluida. Primjena optimiziranih parametara ultrazvučne obrade, kao što su amplituda, tlak, temperatura i unos energije (Ws/mL), ključna je za proizvodnju stabilnog, ujednačenog nanofluida visoke kvalitete. Ultrazvučna obrada može se uspješno primijeniti za deaglomeraciju i dispergiranje čestica u pojedinačne dispergirane nanočestice. Sa smanjenjem veličine čestica povećavaju se Brownovo gibanje (Brownova brzina) i međudjelovanja između čestica, što rezultira stabilnijim nanofluidima. Hielscher ultrazvučni uređaji omogućuju preciznu kontrolu svih važnih procesnih parametara, mogu neprekidno raditi pri visokim amplitudama (24/7/365) i opremljeni su automatskim zapisivanjem podataka radi jednostavne evaluacije svih ciklusa sonikacije.

Ultrazvučno dispergiran silicijev dioksid nanometarskih dimenzija

Stabilnost nanofluida poboljšana sonikacijom

U nanofluidima aglomeracija nanočestica uzrokuje ne samo taloženje i začepljenje mikrokanala nego i smanjenje toplinske vodljivosti nanofluida. Ultrazvučna deaglomeracija i dispergiranje široko se primjenjuju u znanosti o materijalima i industriji. Sonikacija je dokazana tehnika za pripremu stabilnih nanodisperzija s ravnomjernom raspodjelom nanočestica i velikom stabilnošću. Stoga su Hielscher ultrazvučni dispergatori preferirana tehnologija za proizvodnju nanofluida.

Ultrazvučno proizvedeni nanofluidi u istraživanju

U istraživanjima su ispitani učinci ultrazvučne obrade i ultrazvučnih parametara na svojstva nanofluida. Pročitajte više o znanstvenim spoznajama o ultrazvučnoj pripremi nanofluida.

Učinci ultrazvuka na pripremu nanofluida Al2O3

Noroozi i sur. (2014) utvrdili su da je pri „višoj koncentraciji čestica povećanje toplinske difuzivnosti nanofluida uslijed sonikacije bilo veće. Osim toga, veća stabilnost i povećanje toplinske difuzivnosti postignuti su sonikacijom nanofluida sondnim sonikatorom veće snage prije mjerenja.” Povećanje toplinske difuzivnosti bilo je veće za nanočestice manjih dimenzija. To je zato što manje čestice imaju veći omjer efektivne površine i volumena. Stoga su manje čestice pridonijele stvaranju stabilnog nanofluida, a sonikacija ultrazvučnom sondom imala je znatan učinak na toplinsku difuzivnost. (Noroozi i sur. 2014)

Upute korak po korak za ultrazvučnu proizvodnju nanofluida Al2O3–voda

Najprije digitalnom elektroničkom vagom odvagnite masu nanočestica Al2O3. Zatim postupno dodajte nanočestice Al2O3 u odvagnutu destiliranu vodu i miješajte smjesu Al2O3 i vode. Smjesu neprekidno sonicirajte tijekom 1h ultrazvučnim sondnim uređajem UP400S (400W, 24kHz, pogledajte sliku lijevo) kako biste dobili ravnomjernu disperziju nanočestica u destiliranoj vodi. Nanofluidi se mogu pripremiti s različitim udjelima (0,1%, 0,5% i 1%). Nisu potrebni surfaktanti ni promjene pH. (Isfahani i sur., 2013)

Vodeni nanofluidi ZnO prilagođeni ultrazvukom

Elcioglu i sur. (2021) u svojem znanstvenom istraživanju navode da je „ultrazvučna obrada ključan proces za pravilno dispergiranje nanočestica u osnovnom fluidu i stabilnost, kao i za optimalna svojstva za praktične primjene.” Za proizvodnju nanofluida ZnO / voda upotrijebili su ultrazvučni uređaj UP200Ht. Sonikacija je imala jasne učinke na površinsku napetost vodenog nanofluida ZnO. Rezultati istraživača dovode do zaključka da se površinska napetost, stvaranje nanofilma i druga povezana svojstva bilo kojeg nanofluida mogu prilagođavati i podešavati u odgovarajućim uvjetima ultrazvučne obrade.

Ultrazvučni homogenizatori za proizvodnju nanofluida

Hielscher Ultrasonics projektira, proizvodi i distribuira ultrazvučne dispergatore visokih performansi za sve vrste primjena homogenizacije i deaglomeracije. Za proizvodnju nanofluida ključni su precizna kontrola sonikacije i pouzdana ultrazvučna obrada suspenzije nanočestica.
Procesori tvrtke Hielscher Ultrasonics omogućuju vam potpunu kontrolu svih važnih procesnih parametara, kao što su unos energije, ultrazvučni intenzitet, amplituda, tlak, temperatura i vrijeme zadržavanja. Time možete prilagoditi parametre optimiziranim uvjetima, što posljedično dovodi do visokokvalitetnih nanofluida.

• Za bilo koji volumen? kapacitet: Hielscher nudi ultrazvučne uređaje i širok asortiman dodatne opreme. To omogućuje konfiguriranje idealnog ultrazvučnog sustava za vašu primjenu i proizvodni kapacitet. Od malih bočica s mililitarskim volumenima do tokova velikog volumena od tisuća galona na sat, Hielscher nudi odgovarajuće ultrazvučno rješenje za vaš proces.
• Robusnost: Naši ultrazvučni sustavi robusni su i pouzdani. Svi Hielscher ultrazvučni uređaji izrađeni su za rad 24/7/365 i zahtijevaju vrlo malo održavanja.
• Lakoća uporabe: Razrađen softver naših ultrazvučnih uređaja omogućuje prethodni odabir i spremanje postavki sonikacije za jednostavnu i pouzdanu sonikaciju. Intuitivnom izborniku lako se pristupa putem digitalnog zaslona u boji osjetljivog na dodir. Daljinsko upravljanje putem preglednika omogućuje vam upravljanje i nadzor putem bilo kojeg internetskog preglednika. Automatsko zapisivanje podataka sprema procesne parametre svakog ciklusa sonikacije na ugrađenu SD karticu.

Tablica u nastavku daje vam uvid u približan kapacitet obrade naših ultrazvučnih uređaja: