Ջերմահաղորդիչ նանոհեղուկների հիմքով հովացնող հեղուկներ
Ուլտրաձայնով սինթեզված նանոհեղուկներն արդյունավետ հովացնող և ջերմափոխանակիչների համար նախատեսված հեղուկներ են։ Ջերմահաղորդիչ նանոնյութերը զգալիորեն մեծացնում են ջերմափոխանցման և ջերմության ցրման կարողությունը։ Ուլտրաձայնային մշակումը լայնորեն կիրառվում է ջերմահաղորդիչ նանոմասնիկների սինթեզի և ֆունկցիոնալացման, ինչպես նաև հովացման համար կայուն, բարձր արդյունավետությամբ նանոհեղուկների արտադրության մեջ։
Նանոհեղուկների ազդեցությունը ջերմահիդրավլիկական արդյունավետության վրա
Նյութի ջերմահաղորդականությունը ջերմություն հաղորդելու դրա ունակության չափանիշն է։ Հովացնող և ջերմափոխանցող հեղուկների համար (վերջիններս կոչվում են նաև ջերմային հեղուկ կամ ջերմային յուղ) ցանկալի է բարձր ջերմահաղորդականություն։ Բազմաթիվ նանոնյութեր օժտված են հիանալի ջերմահաղորդիչ հատկություններով։ Նանոնյութերի գերազանց ջերմահաղորդականությունն օգտագործելու համար որպես հովացնող հեղուկներ կիրառվում են այսպես կոչված նանոհեղուկներ։ Նանոհեղուկը հեղուկ է, որում նանոմետրային չափերի մասնիկները կախույթ են կազմում բազային հեղուկում, օրինակ՝ ջրում, գլիկոլում կամ յուղում՝ առաջացնելով կոլոիդային լուծույթ։ Նանոհեղուկները կարող են ունենալ զգալիորեն ավելի բարձր ջերմահաղորդականություն՝ համեմատած նանոմասնիկներ կամ ավելի խոշոր մասնիկներ չպարունակող հեղուկների հետ։ Դիսպերսված նանոմասնիկների նյութը, չափը, մածուցիկությունը, մակերևութային լիցքը և հեղուկային կայունությունը զգալիորեն ազդում են նանոհեղուկների ջերմային արդյունավետության վրա։ Նանոհեղուկներն արագորեն կարևորություն են ձեռք բերում ջերմափոխանցման կիրառություններում, քանի որ սովորական բազային հեղուկների համեմատ ցուցաբերում են ջերմափոխանցման ավելի բարձր արդյունավետություն։
Ուլտրաձայնային դիսպերսումը բարձր արդյունավետությամբ ջերմափոխանցման կարողություն ունեցող նանոհեղուկների արտադրության խիստ արդյունավետ, հուսալի և արդյունաբերության մեջ հաստատված մեթոդ է։
- մակերեսի և ծավալի մեծ հարաբերակցությունը՝ էներգիայի և զանգվածի փոխանցման զգալիորեն ավելի բարձր արագությունների համար
- փոքր զանգվածը՝ շատ լավ կոլոիդային կայունության համար
- փոքր իներցիան, որը նվազագույնի է հասցնում էրոզիան
Նանոչափերով պայմանավորված այս առանձնահատկությունները նանոհեղուկներին հաղորդում են բացառիկ ջերմահաղորդականություն։ Ուլտրաձայնային դիսպերսումը ֆունկցիոնալացված նանոմասնիկների և նանոհեղուկների արտադրության ամենաարդյունավետ մեթոդն է։
Ուլտրաձայնով արտադրված նանոհեղուկներ՝ գերազանց ջերմահաղորդականությամբ
Արդեն ապացուցվել է, որ բազմաթիվ նանոնյութեր՝ ածխածնային նանոխողովակները (CNTs), սիլիցիումի երկօքսիդը, գրաֆենը, ալյումինը, արծաթը, բորի նիտրիդը և շատ ուրիշներ, բարձրացնում են ջերմափոխանցող հեղուկների ջերմահաղորդականությունը։ Ստորև ներկայացված են ուլտրաձայնային մշակմամբ պատրաստված ջերմահաղորդիչ նանոհեղուկների վերաբերյալ հետազոտությունների արդյունքների օրինակներ։
Ալյումինի հիմքով նանոհեղուկների արտադրություն ուլտրաձայնի միջոցով
Buonomo և համահեղինակները (2015) ցույց են տվել ուլտրաձայնային մշակմամբ պատրաստված Al2O3 նանոհեղուկների բարելավված ջերմահաղորդականությունը։
Al2O3 նանոմասնիկները ջրում հավասարաչափ դիսպերսելու համար հետազոտողներն օգտագործել են Hielscher արտադրության UP400S զոնդային ուլտրաձայնային սարքը։ Ուլտրաձայնով ապաագլոմերացված և դիսպերսված ալյումինի մասնիկների չափը բոլոր նանոհեղուկներում կազմել է մոտ 120 nm՝ անկախ մասնիկների կոնցենտրացիայից։ Մաքուր ջրի համեմատ նանոհեղուկների ջերմահաղորդականության աճն ավելի մեծ էր բարձր ջերմաստիճաններում։ Al2O3 մասնիկների 0,5% կոնցենտրացիայի դեպքում՝ 25°C սենյակային ջերմաստիճանում, ջերմահաղորդականության աճը կազմում է ընդամենը մոտ 0,57%, սակայն 65°C ջերմաստիճանում այս արժեքը հասնում է մոտ 8%։ 4% ծավալային կոնցենտրացիայի դեպքում ջերմաստիճանը 25°C ջերմաստիճանից մինչև 65°C բարձրացնելիս աճը 7,6% արժեքից հասնում է 14,4%։
[cf. Buonomo et al., 2015]
Բորի նիտրիդի տարբեր կոնցենտրացիաներով ջրային հիմքով բորի նիտրիդի նանոհեղուկների մասնիկների չափերի բաշխումը UP400S սարքով ուլտրաձայնային մշակումից հետո՝ (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Հետազոտություն և գրաֆիկներ՝ © Ilhan et al., 2016)
Բորի նիտրիդի հիմքով նանոհեղուկների արտադրություն ուլտրաձայնային մշակմամբ
Ilhan և համահեղինակները (2016) ուսումնասիրել են հեքսագոնալ բորի նիտրիդի (hBN) հիմքով նանոհեղուկների ջերմահաղորդականությունը։ Այդ նպատակով արտադրվում է լավ դիսպերսված, կայուն նանոհեղուկների շարք, որոնք պարունակում են 70 nm միջին տրամագծով hBN նանոմասնիկներ՝ կիրառելով երկփուլ մեթոդ, որը ներառում է ուլտրաձայնային մշակում և մակերևութաակտիվ նյութեր, ինչպիսիք են նատրիումի դոդեցիլսուլֆատը (SDS) և պոլիվինիլպիրոլիդոնը (PVP)։ Ուլտրաձայնով դիսպերսված hBN–ջուր նանոհեղուկը ցուցաբերում է ջերմահաղորդականության զգալի աճ նույնիսկ մասնիկների շատ ցածր կոնցենտրացիաների դեպքում։ UP400S զոնդային ուլտրաձայնային սարքով մշակումը ագրեգատների մասնիկների միջին չափը նվազեցրել է մինչև 40–60 nm միջակայք։ Հետազոտողները եզրակացնում են, որ չմշակված չոր վիճակում դիտված բորի նիտրիդի խոշոր և խիտ ագրեգատները քայքայվում են ուլտրաձայնային մշակման և մակերևութաակտիվ նյութի ավելացման միջոցով։ Սա ուլտրաձայնային դիսպերսումը դարձնում է արդյունավետ մեթոդ՝ մասնիկների տարբեր կոնցենտրացիաներով ջրային հիմքով նանոհեղուկներ պատրաստելու համար։
[տե՛ս Ilhan et al., 2016]
STEM պատկեր, որը ցույց է տալիս ուլտրաձայնով դիսպերսված, էթիլենգլիկոլի (EG) հիմքով hBN նանոհեղուկի մորֆոլոգիան՝ մասնիկների 0,5% ծավալային կոնցենտրացիայի դեպքում։
(Հետազոտությունը և գրաֆիկները՝ © Ilhan et al., 2016)
«Ուլտրաձայնային մշակումը գրականության մեջ ամենալայն կիրառություն ունեցող գործընթացն է՝ նանոհեղուկների կայունությունը բարձրացնելու համար»։ [Ilhan et al., 2016] Նաև արդյունաբերական արտադրության մեջ ուլտրաձայնային մշակումն այսօր ամենաարդյունավետ, հուսալի և տնտեսապես շահավետ տեխնիկան է՝ բացառիկ արդյունավետությամբ, երկարաժամկետ կայուն նանոհեղուկներ ստանալու համար։
Արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքեր՝ հովացնող հեղուկների արտադրության համար
Գիտականորեն ապացուցված, արդյունաբերության մեջ հաստատված – Hielscher ուլտրաձայնային սարքեր՝ նանոհեղուկների արտադրության համար
Բարձր սահքային ազդեցությամբ ուլտրաձայնային դիսպերսիչները հուսալի սարքեր են՝ բարձր արդյունավետությամբ հովացնող և ջերմակիր հեղուկների շարունակական արտադրության համար։ Ուլտրաձայնով իրականացվող խառնումը հայտնի է իր արդյունավետությամբ և հուսալիությամբ՝ նույնիսկ խառնման բարդ պայմաններում։
Hielscher Ultrasonics սարքավորումները թույլ են տալիս պատրաստել ոչ թունավոր, ոչ վտանգավոր, իսկ որոշ դեպքերում նույնիսկ սննդային կիրառության համար պիտանի նանոհեղուկներ։ Միևնույն ժամանակ, մեր բոլոր ուլտրաձայնային սարքերը բարձր արդյունավետություն ունեն, հուսալի են, անվտանգ են շահագործման համար և շատ ամուր են։ Նախատեսված լինելով 24/7 աշխատանքի համար՝ նույնիսկ մեր սեղանադիր և միջին չափի ուլտրաձայնային սարքերը կարող են արտադրել նշանակալի ծավալներ։
Կարդացեք ավելին նանոհեղուկների ուլտրաձայնային արտադրության մասին կամ հենց հիմա կապվեք մեզ հետ՝ մանրամասն խորհրդատվություն և ուլտրաձայնային դիսպերսիչի անվճար առաջարկ ստանալու համար։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մշակման մոտավոր արտադրողականության մասին։
| Խմբաքանակի ծավալ | Ծավալային հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | ավելի մեծ | սարքերի համախումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներով խառնման, դիսպերսման, էմուլգացման և էքստրակցիայի համար։
Գրականություն / Հղումներ
- 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.
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
Ինչո՞ւ են նանոհեղուկները հարմար հովացման և ջերմափոխանցման կիրառությունների համար։
Սառեցնող հեղուկների նոր դաս են նանոհեղուկները, որոնք բաղկացած են հիմքային հեղուկից (օրինակ՝ ջրից), որը նանոչափային մասնիկների համար ծառայում է որպես կրող հեղուկ։ Հիմքային հեղուկում դիսպերսված՝ նպատակային մշակված նանոմասնիկները (օրինակ՝ նանոչափային CuO, ալյումինի օքսիդ տիտանի երկօքսիդ, ածխածնային նանոխողովակներ, սիլիցիումի երկօքսիդ կամ մետաղներ, ինչպիսիք են պղինձը, արծաթի նանոձողերը) կարող են զգալիորեն բարձրացնել ստացված նանոհեղուկի ջերմափոխանցման կարողությունը։ Դրա շնորհիվ նանոհեղուկները դառնում են բացառիկ բարձր արդյունավետությամբ սառեցնող հեղուկներ։
Ջերմահաղորդիչ նանոմասնիկներ պարունակող՝ հատուկ արտադրված նանոհեղուկների օգտագործումը թույլ է տալիս զգալիորեն բարելավել ջերմափոխանցումն ու ջերմության ցրումը. օրինակ՝ 55±12 nm տրամագծով և 12,8 µm միջին երկարությամբ արծաթի նանոձողերը՝ 0,5 vol.% պարունակությամբ, ջրի ջերմահաղորդականությունը բարձրացրել են 68%-ով, իսկ արծաթի նանոձողերի 0,5 vol.% պարունակությունն էթիլենգլիկոլի հիմքով սառեցնող հեղուկի ջերմահաղորդականությունը բարձրացրել է 98%-ով։ Ալյումինի օքսիդի նանոմասնիկները՝ 0,1% պարունակությամբ, կարող են ջրի կրիտիկական ջերմային հոսքը մեծացնել մինչև 70%-ով. մասնիկները սառեցվող առարկայի վրա ձևավորում են անհարթ ծակոտկեն մակերևույթ, որը նպաստում է նոր պղպջակների առաջացմանը, իսկ մասնիկների հիդրոֆիլ բնույթն այնուհետև օգնում է հեռացնել այդ պղպջակները՝ խոչընդոտելով գոլորշու շերտի առաջացմանը։ 5%-ից ավելի կոնցենտրացիայով նանոհեղուկն իրեն պահում է ոչ նյուտոնյան հեղուկների նման։ (հմմտ. (Oldenburg et al., 2007)
Ջերմային կարգավորման համակարգերում օգտագործվող սառեցնող հեղուկներին մետաղական նանոմասնիկների ավելացումը կարող է կտրուկ բարձրացնել հիմքային հեղուկի ջերմահաղորդականությունը։ Մետաղական նանոմասնիկներից և հեղուկից կազմված նման կոմպոզիտային նյութերը կոչվում են նանոհեղուկներ, և դրանց օգտագործումը որպես սառեցնող հեղուկներ կարող է նվազեցնել տիեզերական ապարատների ջերմային կարգավորման համակարգերի զանգվածը և պահանջվող հզորությունը։ Նանոհեղուկների ջերմահաղորդականությունը կախված է դրանց բաղադրիչ նանոմասնիկների կոնցենտրացիայից, չափից, ձևից, մակերևույթի քիմիական հատկություններից և ագրեգացման վիճակից։ Ուսումնասիրվել է ավելացված նանոմասնիկների կոնցենտրացիայի և նանոմասնիկների չափերի հարաբերակցության ազդեցությունը ջրի և էթիլենգլիկոլի հիմքով սառեցնող հեղուկների ջերմահաղորդականության ու մածուցիկության վրա։ 55 ± 12 nm տրամագծով և 12,8 ± 8,5 μm միջին երկարությամբ արծաթի նանոձողերը՝ 0,5% ծավալային կոնցենտրացիայով, ջրի ջերմահաղորդականությունը բարձրացրել են 68%-ով։ Էթիլենգլիկոլի հիմքով սառեցնող հեղուկի ջերմահաղորդականությունը բարձրացել է 98%-ով՝ արծաթի նանոձողերի ավելացման 0,5% ծավալային կոնցենտրացիայի դեպքում։ Ավելացման նույն խտության դեպքում ավելի երկար նանոձողերն ավելի մեծ ազդեցություն են ունեցել ջերմահաղորդականության վրա, քան ավելի կարճ նանոձողերը։ Սակայն ավելի երկար նանոձողերը նաև ավելի մեծ չափով են բարձրացրել հիմքային հեղուկի մածուցիկությունը, քան ավելի կարճ նանոձողերը։
(Oldenburg et al., 2007)
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ սկսած լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափեր։