Come produrre nanofluidi

Un nanofluido è un fluido ingegnerizzato costituito da un fluido di base contenente nanoparticelle. Per la sintesi dei nanofluidi è necessaria una tecnica di omogeneizzazione e deagglomerazione efficace e affidabile, che garantisca un elevato grado di uniformità della dispersione. I dispersori a ultrasuoni rappresentano la tecnologia superiore per produrre nanofluidi con caratteristiche eccellenti. La dispersione a ultrasuoni si distingue per efficienza, rapidità, semplicità, affidabilità e facilità d’uso.

Che cosa sono i nanofluidi?

Un nanofluido è un fluido contenente particelle di dimensioni nanometriche (≺100nm), comunemente chiamate nanoparticelle. Le nanoparticelle utilizzate nei nanofluidi sono generalmente costituite da metalli, ossidi, carburi o nanotubi di carbonio. Queste nanoparticelle vengono disperse in un fluido di base (ad esempio acqua, olio, ecc.) per ottenere una sospensione colloidale ingegnerizzata, ossia il nanofluido. I nanofluidi presentano proprietà termofisiche migliorate, quali conducibilità termica, diffusività termica, viscosità e coefficienti di trasferimento del calore per convezione, rispetto alle proprietà del fluido di base.
Un’applicazione comune dei nanofluidi è il loro impiego come fluidi di raffreddamento o refrigeranti. L’aggiunta di nanoparticelle ai fluidi di raffreddamento convenzionali (quali acqua, olio, glicole etilenico, polialfaolefine, ecc.) ne migliora le proprietà termiche.

• liquidi di raffreddamento / trasferimento del calore
• lubrificanti
• applicazioni biomediche

Produzione di nanofluidi con un omogeneizzatore a ultrasuoni

La microstruttura dei nanofluidi può essere influenzata e modificata applicando la tecnologia di omogeneizzazione e i parametri di trattamento più adatti. La dispersione a ultrasuoni si è dimostrata una tecnica altamente efficiente e affidabile per la preparazione dei nanofluidi. I dispersori a ultrasuoni vengono utilizzati nella ricerca e nell’industria per sintetizzare, macinare, disperdere e omogeneizzare nanoparticelle con un’elevata uniformità e una distribuzione granulometrica ristretta. I parametri di processo per la sintesi dei nanofluidi comprendono l’apporto 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 principale fattore che contribuisce alla loro funzionalità e qualità. L’impiego di parametri di sonicazione ottimizzati, quali ampiezza, pressione, temperatura e apporto energetico (Ws/mL), è fondamentale per produrre un nanofluido stabile, uniforme e di alta qualità. La sonicazione può essere applicata con successo per deagglomerare e disperdere le particelle in singole nanoparticelle disperse. Con dimensioni delle particelle inferiori, aumentano il moto browniano (velocità browniana) e le interazioni tra particelle, producendo nanofluidi più stabili. I sonicatori Hielscher consentono il controllo preciso di tutti i parametri di trattamento importanti, possono funzionare continuamente ad ampiezze elevate (24/7/365) e sono dotati di registrazione automatica dei dati per una facile valutazione di tutti i cicli di sonicazione.

Silice di dimensioni nanometriche dispersa mediante ultrasuoni

Stabilità dei nanofluidi migliorata mediante sonicazione

Nei nanofluidi, l’agglomerazione delle nanoparticelle provoca non solo sedimentazione e ostruzione dei microcanali, ma anche una diminuzione della conducibilità termica dei nanofluidi. La deagglomerazione e la dispersione a ultrasuoni sono ampiamente applicate nella scienza dei materiali e nell’industria. La sonicazione è una tecnica comprovata per preparare nanodispersioni con una distribuzione uniforme delle nanoparticelle e un’elevata stabilità. Pertanto, i dispersori a ultrasuoni Hielscher rappresentano la tecnologia preferita per la produzione di nanofluidi.

Nanofluidi prodotti mediante ultrasuoni nella ricerca

La ricerca ha studiato gli effetti della sonicazione e dei parametri ultrasonici sulle caratteristiche dei nanofluidi. Scoprite di più sui risultati scientifici relativi alla preparazione dei nanofluidi mediante ultrasuoni.

Effetti degli ultrasuoni sulla preparazione di nanofluidi di Al2O3

Noroozi et al. (2014) hanno rilevato che a una “concentrazione di particelle più elevata, il miglioramento della diffusività termica dei nanofluidi dovuto alla sonicazione era maggiore. Inoltre, una maggiore stabilità e un miglioramento della diffusività termica sono stati ottenuti sottoponendo i nanofluidi a sonicazione con il sonicatore a sonda di potenza superiore prima della misurazione.” Il miglioramento della diffusività termica era maggiore per le nanoparticelle di dimensioni inferiori. Questo perché le particelle più piccole presentano rapporti più elevati tra superficie effettiva e volume. Pertanto, le particelle più piccole hanno contribuito alla formazione di un nanofluido stabile e la sonicazione con una sonda a ultrasuoni ha avuto un effetto sostanziale sulla diffusività termica. (Noroozi et al. 2014)

Istruzioni passo dopo passo per la produzione mediante ultrasuoni di nanofluidi Al2O3-acqua

Per prima cosa, pesate la massa delle nanoparticelle di Al2O3 con una bilancia elettronica digitale. Quindi aggiungete gradualmente le nanoparticelle di Al2O3 all’acqua distillata precedentemente pesata e agitate la miscela Al2O3-acqua. Sottoponete la miscela a sonicazione continua per 1h con un dispositivo a ultrasuoni a sonda UP400S (400W, 24kHz, vedere l’immagine a sinistra) per produrre una dispersione uniforme delle nanoparticelle nell’acqua distillata. I nanofluidi possono essere preparati con diverse frazioni (0,1%, 0,5% e 1%). Non sono necessari tensioattivi né modifiche del pH. (Isfahani et al., 2013)

Nanofluidi acquosi di ZnO regolati mediante ultrasuoni

Elcioglu et al. (2021) affermano nel loro studio scientifico che “La sonicazione è un processo essenziale per una corretta dispersione delle nanoparticelle nel fluido di base e per la stabilità, nonché per ottenere proprietà ottimali per applicazioni reali.” Hanno utilizzato il sonicatore UP200Ht per produrre nanofluidi ZnO / acqua. La sonicazione ha avuto effetti evidenti 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 ottimizzate in condizioni di sonicazione appropriate.

Omogeneizzatori a ultrasuoni per la produzione di nanofluidi

Hielscher Ultrasonics progetta, produce e distribuisce dispersori a ultrasuoni ad alte prestazioni per ogni tipo di applicazione di omogeneizzazione e deagglomerazione. Nella produzione di nanofluidi, un controllo preciso della sonicazione e un trattamento a ultrasuoni affidabile della sospensione di nanoparticelle sono fondamentali.
I processori di Hielscher Ultrasonics vi offrono il pieno controllo di tutti i parametri di trattamento importanti, quali apporto energetico, intensità ultrasonica, ampiezza, pressione, temperatura e tempo di permanenza. Potete così regolare i parametri per ottenere condizioni ottimizzate, che portano alla produzione di nanofluidi di alta qualità.

• Per qualsiasi volume? Capacità: Hielscher offre sonicatori e un’ampia gamma di accessori. Questo consente di configurare il sistema a ultrasuoni ideale per la vostra applicazione e capacità produttiva. Dalle piccole fiale contenenti millilitri ai flussi di grande volume di migliaia di galloni all’ora, Hielscher offre la soluzione a ultrasuoni adatta al vostro processo.
• Robustezza: I nostri sistemi a ultrasuoni sono robusti e affidabili. Tutti i sonicatori Hielscher sono costruiti per funzionare 24/7/365 e richiedono pochissima manutenzione.
• Facilità d’uso: Il software evoluto dei nostri dispositivi a ultrasuoni consente di preselezionare e salvare le impostazioni di sonicazione per una sonicazione semplice e affidabile. Il menu intuitivo è facilmente accessibile tramite un display digitale a colori con touchscreen. Il controllo remoto tramite browser consente di gestire e monitorare il funzionamento attraverso qualsiasi browser Internet. La registrazione automatica dei dati salva i parametri di processo di ogni ciclo di sonicazione su una scheda SD integrata.

La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori: