Come fare i nanofluidi

Un nanofluido è un fluido ingegnerizzato che consiste in un fluido di base contenente nanoparticelle. Per la sintesi dei nanofluidi, è necessaria una tecnica di omogeneizzazione e deagglomerazione efficace e affidabile per garantire un alto grado di dispersione uniforme. I disperditori a ultrasuoni sono la tecnologia superiore per produrre nanofluidi con caratteristiche eccellenti. La dispersione a ultrasuoni eccelle per efficienza, velocità, semplicità, affidabilità e facilità d'uso.

Cosa sono i nanofluidi?

Un nanofluido è un fluido contenente particelle di dimensioni nano (≺100nm), comunemente chiamate nanoparticelle. Le nanoparticelle usate nei nanofluidi sono tipicamente fatte di metalli, ossidi, carburi o nanotubi di carbonio. Queste nanoparticelle sono disperse in un fluido di base (ad esempio, acqua, olio, ecc.) per ottenere una sospensione colloidale ingegnerizzata, cioè il nanofluido. I nanofluidi presentano proprietà termofisiche migliorate come la conduttività termica, la diffusività termica, la viscosità e i coefficienti di trasferimento di calore convettivo rispetto alle proprietà materiali del fluido di base.
Un'applicazione comune dei nanofluidi è il loro uso come refrigerante o condizionatore. Con l'aggiunta di nano-particelle ai refrigeranti convenzionali (come acqua, olio, glicole etilenico, polialfaolefina ecc.), le proprietà termiche dei refrigeranti convenzionali vengono migliorate.

• liquidi di raffreddamento / trasferimento di calore
• lubrificanti
• applicazione biomedica

Fare nanofluidi con un omogeneizzatore a ultrasuoni

La microstruttura dei nanofluidi può essere influenzata e manipolata dall'applicazione della tecnologia di omogeneizzazione e dei parametri di lavorazione più adatti. La dispersione a ultrasuoni si è dimostrata una tecnica altamente efficiente e affidabile per la preparazione dei nanofluidi. I disperditori a ultrasuoni sono utilizzati nella ricerca e nell'industria per sintetizzare, macinare, disperdere e omogeneizzare le nanoparticelle con un'alta uniformità e una stretta distribuzione delle dimensioni delle particelle. I parametri di processo per la sintesi dei nanofluidi includono l'input di energia ultrasonica, l'ampiezza ultrasonica, la temperatura, la pressione e l'acidità. Inoltre, i tipi e le concentrazioni dei reagenti e degli additivi, così come l'ordine in cui gli additivi vengono aggiunti alla soluzione, sono fattori importanti.
È noto che le proprietà dei nanofluidi dipendono fortemente dalla struttura e dalla forma dei nanomateriali. Pertanto, ottenere microstrutture controllabili dei nanofluidi è il fattore principale che contribuisce alla funzionalità e alla qualità dei nanofluidi. L'utilizzo di parametri di ultrasuoni ottimizzati come ampiezza, pressione, temperatura e input di energia (Ws/mL) è la chiave per produrre un nanofluido stabile e uniforme di alta qualità. L'ultrasuonazione può essere applicata con successo per deagglomerare e disperdere le particelle in singole nanoparticelle disperse. Con una dimensione delle particelle più piccola, il movimento browniano (velocità browniana) e le interazioni particella-particella aumentano e portano a nanofluidi più stabili. Gli ultrasuonatori Hielscher permettono il controllo preciso di tutti i parametri di lavorazione importanti, possono funzionare continuamente ad ampiezze elevate (24/7/365) e sono dotati di protocollatura automatica dei dati per una facile valutazione di tutti i cicli di sonicazione.

Silice di dimensioni nane dispersa ad ultrasuoni

La sonicazione migliora la stabilità dei nanofluidi

Per i nanofluidi, un'agglomerazione di nanoparticelle provoca non solo l'insediamento e l'intasamento dei microcanali ma anche la diminuzione della conduttività termica dei nanofluidi. La disagglomerazione e la dispersione ultrasonica sono ampiamente applicate nella scienza dei materiali e nell'industria. La sonicazione è una tecnica collaudata per preparare nano-dispersioni stabili con una distribuzione uniforme delle nanoparticelle e una grande stabilità. Pertanto, i disperditori a ultrasuoni Hielscher sono la tecnologia preferita, quando si tratta della produzione di nanofluidi.

Nanofluidi prodotti ad ultrasuoni nella ricerca

La ricerca ha studiato gli effetti degli ultrasuoni e dei parametri ultrasonici sulle caratteristiche dei nanofluidi. Leggi di più sui risultati scientifici sulla preparazione di nanofluidi ad ultrasuoni.

Effetti ultrasonici sulla preparazione del nanofluido Al2O3

Noroozi et al. (2014) hanno scoperto che a "una concentrazione di particelle più alta, c'era un maggiore miglioramento della diffusività termica dei nanofluidi risultante dalla sonicazione. Inoltre, una maggiore stabilità e un miglioramento della diffusività termica sono stati ottenuti sonicando i nanofluidi con il sonicatore a sonda di potenza superiore prima della misurazione". L'aumento della diffusività termica è stato maggiore per le NP di piccole dimensioni. Ciò è dovuto al fatto che le particelle più piccole hanno una maggiore superficie effettiva per i rapporti di volume. Quindi, le particelle più piccole hanno contribuito a formare un nanofluido stabile e la sonicazione con una sonda ad ultrasuoni ha avuto un effetto sostanziale sulla diffusività termica. (Noroozi et al. 2014)

Istruzioni passo dopo passo per la produzione a ultrasuoni di nano fluidi Al2O3-acqua

In primo luogo, pesare la massa di nanoparticelle di Al2O3 con una bilancia elettronica digitale. Poi mettere le nanoparticelle di Al2O3 nell'acqua distillata pesata gradualmente e agitare la miscela Al2O3-acqua. Sonicare la miscela continuamente per 1 ora con un dispositivo ad ultrasuoni tipo sonda UP400S (400W, 24kHz, vedi foto a sinistra) per produrre una dispersione uniforme delle nanoparticelle in acqua distillata. I nanofluidi possono essere preparati in diverse frazioni (0,1%, 0,5% e 1%). Non sono necessari tensioattivi o cambiamenti di pH. (Isfahani et al., 2013)

Nanofluidi acquosi di ZnO sintonizzati ad ultrasuoni

Elcioglu et al. (2021) affermano nel loro studio scientifico che "L'ultrasuonazione è un processo essenziale per la corretta dispersione delle nanoparticelle nel fluido di base e la stabilità, così come per le proprietà ottimali per le applicazioni del mondo reale." Hanno usato l'ultrasuonatore UP200Ht per produrre nanofluidi ZnO / acqua. La sonicazione ha avuto chiari effetti sulla tensione superficiale del nanofluido acquoso di ZnO. I risultati dei ricercatori portano alla conclusione che la tensione superficiale, la formazione di nanofilm e altre caratteristiche correlate di qualsiasi nanofluido possono essere regolate e sintonizzate in condizioni di ultrasuoni adeguate.

Omogeneizzatori a ultrasuoni per la produzione di nanofluidi

Hielscher Ultrasonics progetta, produce e distribuisce dispersori a ultrasuoni ad alte prestazioni per tutti i tipi di applicazioni di omogeneizzazione e deagglomerazione. Quando si tratta della produzione di nanofluidi, un controllo preciso della sonicazione e un trattamento ultrasonico affidabile della sospensione di nanoparticelle sono cruciali.
I processori della Hielscher Ultrasonics vi danno il pieno controllo su tutti i parametri di lavorazione importanti come l'input di energia, l'intensità ultrasonica, l'ampiezza, la pressione, la temperatura e il tempo di ritenzione. In questo modo, è possibile regolare i parametri in condizioni ottimizzate, il che porta successivamente a nanofluidi di alta qualità.

• Per qualsiasi volume/capacità: Hielscher offre ultrasuoni e un ampio portafoglio di accessori. Questo permette di configurare il sistema a ultrasuoni ideale per la vostra applicazione e capacità produttiva. Da piccole fiale con millilitri a flussi ad alto volume di migliaia di litri all'ora, la Hielscher offre la soluzione a ultrasuoni adatta al vostro processo.
• Robustezza: I nostri sistemi a ultrasuoni sono robusti e affidabili. Tutti gli ultrasuoni Hielscher sono costruiti per un funzionamento 24/7/365 e richiedono pochissima manutenzione.
• Facilità d'uso: Il software elaborato dei nostri dispositivi a ultrasuoni permette la preselezione e il salvataggio delle impostazioni di sonicazione per una sonicazione semplice e affidabile. Il menu intuitivo è facilmente accessibile tramite un touch-display digitale a colori. Il controllo remoto del browser permette di operare e monitorare tramite qualsiasi browser internet. La registrazione automatica dei dati salva i parametri di processo di ogni sonicazione su una scheda SD integrata.

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni: