Cairan pendingin berdasarkan nanofluida termokonduktif
Cairan nano yang disintesis secara ultrasonik adalah cairan pendingin dan penukar panas yang efisien. Bahan nano termokonduktif meningkatkan perpindahan panas dan kapasitas pembuangan panas secara signifikan. Sonikasi mapan dalam sintesis dan fungsionalisasi nanopartikel termokonduktif serta produksi nanofluida berkinerja tinggi yang stabil untuk aplikasi pendinginan.
Efek Nanofluida pada Kinerja Termo-Hidraulik
Konduktivitas termal suatu material adalah ukuran kemampuannya untuk menghantarkan panas. Untuk pendingin dan cairan perpindahan panas (juga disebut cairan termal atau minyak termal), konduktivitas termal yang tinggi diinginkan. Banyak bahan nano menawarkan sifat termo-konduktif yang hebat. Untuk menggunakan kondusif termal yang unggul dari bahan nano, apa yang disebut nanofluida digunakan sebagai cairan pendingin. Nanofluida adalah fluida, di mana partikel berukuran nanometer tersuspensi dalam cairan dasar seperti air, glikol atau minyak, di mana mereka membentuk larutan koloid. Cairan nano dapat secara signifikan meningkatkan konduktivitas termal dibandingkan dengan cairan tanpa nanopartikel atau partikel yang lebih besar. Bahan, ukuran, viskositas, muatan permukaan, dan stabilitas fluida dari nanopartikel yang terdispersi memengaruhi kinerja termal nanofluida secara signifikan. Nanofluida dengan cepat menjadi penting dalam aplikasi perpindahan panas karena menunjukkan kinerja perpindahan panas yang unggul jika dibandingkan dengan cairan dasar konvensional.
Dispersi ultrasonik adalah teknik yang sangat efisien, andal, dan mapan secara industri untuk menghasilkan nanofluida dengan kapasitas perpindahan panas berkinerja tinggi.
- Rasio Permukaan : Volume yang tinggi untuk tingkat perpindahan energi dan massa yang jauh lebih tinggi
- Massa rendah untuk stabilitas koloid yang sangat baik
- inersia rendah, yang meminimalkan erosi
Fitur terkait ukuran nano ini memberi nanofluida konduktivitas termal yang luar biasa. Dispersi ultrasonik adalah teknik yang paling efisien untuk menghasilkan nanopartikel dan nanofluida yang difungsikan.
Nanofluida yang Diproduksi Secara Ultrasonik dengan Kondusif Termal Unggul
Banyak nanomaterial – seperti CNT, silika, graphene, aluminium, perak, boron nitrida, dan banyak lainnya – telah terbukti meningkatkan kondusif termal cairan perpindahan panas. Di bawah ini, Anda dapat menemukan hasil penelitian teladan untuk nanofluida termo-konduktif yang disiapkan di bawah ultrasonikasi.
Produksi Nanofluida berbasis Alumiunium dengan Ultrasound
Buonomo et al. (2015) menunjukkan peningkatan konduktivitas termal dari nanofluida Al2O3, yang disiapkan di bawah ultrasonikasi.
Untuk membubarkan nanopartikel Al2O3 secara seragam ke dalam air, para peneliti menggunakan ultrasonicator tipe probe Hielscher UP400S. Partikel aluminium yang dideaglomerasi dan terdispersi secara ultrasonik dihasilkan dalam ukuran partikel sekitar 120 nm untuk semua nanofluida – terlepas dari konsentrasi partikel. Konduktivitas termal nanofluida meningkat pada suhu yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan air murni. Dengan konsentrasi partikel Al2O3 0,5% pada suhu kamar 25°C peningkatan konduktivitas termal hanya sekitar 0,57%, tetapi pada 65°C nilai ini meningkat menjadi sekitar 8%. Untuk konsentrasi volume 4%, peningkatan berubah dari 7,6% menjadi 14,4% dengan suhu naik dari 25°C menjadi 65°C.
[lih. Buonomo et al., 2015]
Distribusi ukuran partikel nanofluida boron nitrida berbasis air dengan berbagai konsentrasi boron nitrida setelah ultrasonikasi dengan UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Studi dan grafik: © Ilhan et al., 2016)
Produksi Nanofluida berbasis Boron Nitrida menggunakan Sonikasi
Ilhan et al. (2016) menyelidiki konduktivitas termal nanofluida berbasis boron nitrida heksagonal (hBN). Untuk tujuan ini, serangkaian nanofluida stabil yang tersebar dengan baik, mengandung nanopartikel hBN dengan diameter rata-rata 70 nm, diproduksi dengan metode dua langkah yang melibatkan ultrasonikasi dan surfaktan seperti natrium dodecyl sulfate (SDS) dan polyvinyl pyrrolidone (PVP). Cairan nano hBN-air yang terdispersi secara ultrasonik menunjukkan peningkatan konduktivitas termal yang signifikan bahkan untuk konsentrasi partikel yang sangat encer. Sonikasi dengan ultrasonicator tipe probe UP400S mengurangi ukuran partikel rata-rata agregat hingga kisaran 40-60 nm. Para peneliti menyimpulkan bahwa agregat boron nitrida yang besar dan padat, yang diamati dalam keadaan kering yang tidak diobati, dipecahkan dengan proses ultrasonikasi dan penambahan surfaktan. Hal ini menjadikan dispersi ultrasonik sebagai metode yang efektif untuk persiapan nanofluida berbasis air dengan berbagai konsentrasi partikel.
[lih. Ilhan et al., 2016]
Gambar STEM menunjukkan morfologi nanofluida hBN berbasis etilen glikol (EG) yang tersebar secara ultrasonik dengan konsentrasi volume partikel 0,5%.
(Studi dan grafik: © Ilhan et al., 2016)
“Ultrasonikasi adalah proses yang paling banyak digunakan dalam literatur untuk meningkatkan stabilitas nanofluida.” [Ilhan dkk., 2016] Dan juga dalam produksi industri, sonikasi saat ini merupakan teknik yang paling efektif, andal dan ekonomis untuk mendapatkan nanofluida stabil jangka panjang dengan kinerja luar biasa.
Ultrasonicators Industri untuk Produksi Pendingin
Terbukti Secara Ilmiah, Didirikan Secara Industri – Ultrasonicators Hielscher untuk Produksi Nanofluid
Disperser geser tinggi ultrasonik adalah mesin yang andal untuk produksi pendingin berkinerja tinggi dan cairan perpindahan panas secara berkelanjutan. Pencampuran yang digerakkan secara ultrasonik dikenal karena efisiensi dan keandalannya – bahkan ketika kondisi pencampuran yang menuntut berlaku.
Peralatan Hielscher Ultrasonics memungkinkan untuk menyiapkan cairan nano yang tidak beracun, tidak berbahaya, bahkan beberapa cairan nano food grade. Pada saat yang sama, semua ultrasonicator kami sangat efisien, andal, aman untuk dioperasikan, dan sangat kuat. Dibangun untuk operasi 24/7, bahkan ultrasonicators bench-top dan ukuran menengah kami mampu menghasilkan volume yang luar biasa.
Baca lebih lanjut tentang produksi ultrasonik nanofluida atau hubungi kami sekarang juga untuk mendapatkan konsultasi mendalam dan proposal gratis untuk disperser ultrasonik!
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:
| Batch Volume | Flow Rate | Direkomendasikan perangkat |
|---|---|---|
| 1 hingga 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10-2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 hingga 20L | 0.2 sampai 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 sampai 100L | 2-10L/min | UIP4000hdT |
| 15 hingga 150L | 3 hingga 15L / mnt | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 sampai 100L/menit | UIP16000 |
| n.a. | kristal yang lebbig | cluster UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanya Kami!
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi untuk aplikasi pencampuran, dispersi, emulsifikasi, dan ekstraksi pada skala laboratorium, percontohan, dan industri.
Literatur / Referensi
- 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.
Fakta-fakta yang Patut Diketahui
Mengapa Nanofluida Baik untuk Aplikasi Pendinginan dan Perpindahan Panas?
Kelas pendingin baru adalah cairan nano yang terdiri dari cairan dasar (misalnya, air), yang bertindak sebagai cairan pembawa untuk partikel berukuran nano. Nanopartikel yang dirancang khusus (misalnya CuO berukuran nano, alumina titanium dioksida, tabung nano karbon, silika, atau logam seperti tembaga, nanorod perak) yang tersebar ke dalam cairan dasar dapat meningkatkan kapasitas perpindahan panas dari nanofluida yang dihasilkan secara signifikan. Hal ini membuat cairan nano menjadi cairan pendingin berkinerja tinggi yang luar biasa.
Menggunakan nanofluida yang diproduksi khusus yang mengandung nanopartikel termo-konduktif memungkinkan peningkatan yang signifikan dalam perpindahan dan pembuangan panas; misalnya nanorod perak berdiameter 55±12 nm dan panjang rata-rata 12,8 μm pada 0,5 vol.% meningkatkan konduktivitas termal air sebesar 68%, dan 0,5 vol.% nanorod perak meningkatkan konduktivitas termal pendingin berbasis etilen glikol sebesar 98%. Nanopartikel alumina pada 0,1% dapat meningkatkan fluks panas kritis air sebanyak 70%; Partikel-partikel tersebut membentuk permukaan berpori kasar pada benda yang didinginkan, yang mendorong pembentukan gelembung baru, dan sifat hidrofiliknya kemudian membantu mendorongnya menjauh, menghambat pembentukan lapisan uap. Cairan nano dengan konsentrasi lebih dari 5% bertindak seperti cairan non-Newton. (lih. (Oldenburg et al., 2007)
Penambahan nanopartikel logam ke pendingin yang digunakan dalam sistem kontrol termal dapat secara dramatis meningkatkan konduktivitas termal cairan dasar. Bahan komposit nanopartikel-fluida logam tersebut disebut sebagai nanofluida dan penggunaannya sebagai pendingin berpotensi mengurangi berat dan kebutuhan daya sistem kontrol termal pesawat ruang angkasa. Konduktivitas termal nanofluida tergantung pada konsentrasi, ukuran, bentuk, kimia permukaan, dan keadaan agregasi nanopartikel penyusun. Pengaruh konsentrasi pemuatan nanopartikel dan rasio aspek nanopartikel pada konduktivitas termal dan viskositas air dan pendingin berbasis etilen glikol diselidiki. Nanorod perak dengan diameter 55 ± 12 nm dan panjang rata-rata 12,8 ± 8,5 μm pada konsentrasi 0,5% berdasarkan volume meningkatkan konduktivitas termal air sebesar 68%. Konduktivitas termal pendingin berbasis etilen glikol meningkat sebesar 98% dengan konsentrasi pemuatan nanorod perak sebesar 0,5% volume. nanorod yang lebih panjang memiliki efek yang lebih besar pada konduktivitas termal daripada nanorod yang lebih pendek pada kepadatan pemuatan yang sama. Namun, nanorod yang lebih panjang juga meningkatkan viskositas cairan dasar ke tingkat yang lebih besar daripada nanorod yang lebih pendek.
(Oldenburg dkk., 2007)
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.