Nanofolyadékok előállítása

A nanofolyadék olyan mesterségesen kialakított folyadék, amely nanorészecskéket tartalmazó alapfolyadékból áll. A nanofolyadékok szintéziséhez hatékony és megbízható homogenizálási és deagglomerálási technika szükséges a nagyfokú, egyenletes diszpergálás biztosításához. Az ultrahangos diszpergálók a kiváló tulajdonságokkal rendelkező nanofolyadékok előállításának legjobb technológiáját jelentik. Az ultrahangos diszpergálás hatékonyságával, gyorsaságával, egyszerűségével, megbízhatóságával és felhasználóbarát működésével tűnik ki.

Mik azok a nanofolyadékok?

A nanofolyadék nanoméretű részecskéket (≺100nm), közismert nevükön nanorészecskéket tartalmazó folyadék. A nanofolyadékokban használt nanorészecskék jellemzően fémekből, oxidokból, karbidokból vagy szénnanocsövekből készülnek. Ezeket a nanorészecskéket alapfolyadékban (pl. vízben, olajban stb.) diszpergálják, hogy mesterségesen kialakított kolloid szuszpenziót, azaz nanofolyadékot kapjanak. A nanofolyadékok az alapfolyadék anyagi tulajdonságaihoz képest javított termofizikai tulajdonságokat mutatnak, például a hővezető képesség, a hődiffuzivitás, a viszkozitás és a konvektív hőátadási együtthatók tekintetében.
A nanofolyadékok gyakori alkalmazása a hűtőfolyadékként vagy hűtőközegként való használat. A hagyományos hűtőfolyadékokhoz (például vízhez, olajhoz, etilénglikolhoz, polialfaolefinhez stb.) adott nanorészecskék javítják a hagyományos hűtőfolyadékok termikus tulajdonságait.

• hűtő- / hőátadó folyadékok
• kenőanyagok
• biomedicinális alkalmazás

Nanofolyadékok előállítása ultrahangos homogenizátorral

A nanofolyadékok mikroszerkezete a legmegfelelőbb homogenizálási technológia és feldolgozási paraméterek alkalmazásával befolyásolható és módosítható. Az ultrahangos diszpergálás bizonyítottan rendkívül hatékony és megbízható technika a nanofolyadékok előállításához. Az ultrahangos diszpergálókat a kutatásban és az iparban nanorészecskék szintézisére, őrlésére, diszpergálására és homogenizálására használják, nagyfokú egyenletességet és szűk részecskeméret-eloszlást biztosítva. A nanofolyadékok szintézisének folyamatparaméterei közé tartozik az ultrahangos energiabevitel, az ultrahangos amplitúdó, a hőmérséklet, a nyomás és a savasság. Emellett fontos tényező a reaktánsok és az adalékanyagok típusa és koncentrációja, valamint az adalékanyagok oldathoz történő hozzáadásának sorrendje.
Közismert, hogy a nanofolyadékok tulajdonságai nagymértékben függnek a nanoanyagok szerkezetétől és alakjától. Ezért a nanofolyadékok szabályozható mikroszerkezetének kialakítása a fő tényező, amely hozzájárul a nanofolyadékok funkcionalitásához és minőségéhez. Az optimalizált ultrahangos kezelési paraméterek, például az amplitúdó, a nyomás, a hőmérséklet és az energiabevitel (Ws/mL) alkalmazása a kulcs a stabil, egyenletes, kiváló minőségű nanofolyadék előállításához. Az ultrahangos kezelés sikeresen alkalmazható a részecskék deagglomerálására és egyedileg diszpergált nanorészecskékké történő eloszlatására. Kisebb részecskeméret esetén fokozódik a Brown-mozgás (a Brown-mozgás sebessége), valamint a részecskék közötti kölcsönhatás, ami stabilabb nanofolyadékokat eredményez. A Hielscher ultrahangos készülékei lehetővé teszik valamennyi fontos feldolgozási paraméter pontos szabályozását, folyamatosan működtethetők nagy amplitúdó mellett (24/7/365), és automatikus adatnaplózással rendelkeznek az összes ultrahangos kezelési ciklus egyszerű kiértékeléséhez.

Ultrahanggal diszpergált nanoméretű szilícium-dioxid

A nanofolyadékok ultrahangos kezeléssel javított stabilitása

Nanofolyadékok esetében a nanorészecskék agglomerációja nemcsak ülepedéshez és a mikrocsatornák eltömődéséhez vezet, hanem a nanofolyadékok hővezető képességének csökkenését is okozza. Az ultrahangos deagglomerálást és diszpergálást széles körben alkalmazzák az anyagtudományban és az iparban. Az ultrahangos kezelés bevált technika az egyenletes nanorészecske-eloszlású, nagy stabilitású nanodiszperziók előállítására. Ezért a Hielscher ultrahangos diszpergálói a nanofolyadékok előállításának előnyben részesített technológiáját jelentik.

Ultrahanggal előállított nanofolyadékok a kutatásban

A kutatások során vizsgálták az ultrahangos kezelés és az ultrahangos paraméterek hatását a nanofolyadékok jellemzőire. Olvasson többet a nanofolyadékok ultrahangos előállításával kapcsolatos tudományos eredményekről.

Az ultrahang hatásai az Al2O3-nanofolyadékok előállítására

Noroozi és munkatársai (2014) megállapították, hogy „nagyobb részecskekoncentráció esetén az ultrahangos kezelés nagyobb mértékben növelte a nanofolyadékok hődiffuzivitását. Emellett nagyobb stabilitást és a hődiffuzivitás nagyobb mértékű növekedését érték el, amikor a nanofolyadékokat a mérés előtt nagyobb teljesítményű, szondás ultrahangos készülékkel kezelték.” A hődiffuzivitás növekedése nagyobb volt a kisebb méretű nanorészecskék esetében. Ennek oka, hogy a kisebb részecskék effektív felületének térfogathoz viszonyított aránya nagyobb. Így a kisebb részecskék elősegítették a stabil nanofolyadék kialakulását, az ultrahangos szondával végzett kezelés pedig jelentős hatást gyakorolt a hődiffuzivitásra. (Noroozi et al. 2014)

Lépésről lépésre követhető útmutató az Al2O3–víz nanofolyadékok ultrahangos előállításához

Először mérje meg az Al2O3-nanorészecskék tömegét digitális elektronikus mérleggel. Ezután fokozatosan adagolja az Al2O3-nanorészecskéket a kimért desztillált vízhez, és keverje az Al2O3–víz elegyet. Kezelje az elegyet folyamatosan 1h időtartamon át az UP400S szondás ultrahangos készülékkel (400W, 24kHz, lásd a bal oldali képet), hogy a nanorészecskék egyenletes diszperzióját hozza létre a desztillált vízben. A nanofolyadékok különböző részarányokkal (0,1%, 0,5% és 1%) készíthetők el. Nincs szükség felületaktív anyagra vagy a pH módosítására. (Isfahani et al., 2013)

Ultrahanggal hangolt vizes ZnO-nanofolyadékok

Elcioglu és munkatársai (2021) tudományos tanulmányukban kijelentik, hogy „Az ultrahangos kezelés elengedhetetlen folyamat a nanorészecskék alapfolyadékban történő megfelelő diszpergálásához és a stabilitáshoz, valamint a gyakorlati alkalmazásokhoz szükséges optimális tulajdonságok eléréséhez.” A ZnO / víz nanofolyadékok előállításához az UP200Ht ultrahangos készüléket használták. Az ultrahangos kezelés egyértelmű hatással volt a vizes ZnO-nanofolyadék felületi feszültségére. A kutatók eredményeiből az a következtetés vonható le, hogy megfelelő ultrahangos kezelési körülmények között bármely nanofolyadék felületi feszültsége, nanofilmképződése és egyéb kapcsolódó jellemzői beállíthatók és hangolhatók.

Ultrahangos homogenizátorok nanofolyadékok előállításához

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos diszpergálókat tervez, gyárt és forgalmaz mindenféle homogenizálási és deagglomerálási alkalmazáshoz. A nanofolyadékok előállításánál kulcsfontosságú az ultrahangos kezelés pontos szabályozása és a nanorészecske-szuszpenzió megbízható ultrahangos kezelése.
A Hielscher Ultrasonics készülékei teljes körű szabályozást biztosítanak valamennyi fontos feldolgozási paraméter, például az energiabevitel, az ultrahangos intenzitás, az amplitúdó, a nyomás, a hőmérséklet és a tartózkodási idő felett. Ezáltal a paramétereket az optimalizált körülményekhez igazíthatja, ami kiváló minőségű nanofolyadékokat eredményez.

• Bármilyen térfogathoz? kapacitáshoz: A Hielscher ultrahangos készülékeket és tartozékok széles választékát kínálja. Ez lehetővé teszi az Ön alkalmazásához és termelési kapacitásához ideális ultrahangos rendszer konfigurálását. A milliliteres mennyiségeket tartalmazó kis fioláktól az óránként több ezer gallon térfogatáramú folyadékáramokig a Hielscher az Ön folyamatához megfelelő ultrahangos megoldást kínál.
• Robusztusság: Ultrahangos rendszereink robusztusak és megbízhatóak. Minden Hielscher ultrahangos készülék 24/7/365 üzemre készült, és nagyon kevés karbantartást igényel.
• Felhasználóbarát működés: Ultrahangos készülékeink kifinomult szoftvere lehetővé teszi az ultrahangos kezelési beállítások előzetes kiválasztását és mentését az egyszerű és megbízható ultrahangos kezelés érdekében. Az intuitív menü egy digitális, színes érintőkijelzőn keresztül könnyen elérhető. A böngészőn keresztüli távvezérlés lehetővé teszi a működtetést és a felügyeletet bármely internetes böngészőből. Az automatikus adatrögzítés minden ultrahangos kezelési ciklus folyamatparamétereit beépített SD-kártyára menti.

Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról: