Come si producono i 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 per garantire un alto grado di dispersione uniforme. I dispersori 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 nanometriche (≺100 nm), comunemente chiamate nanoparticelle. Le nanoparticelle utilizzate nei nanofluidi sono tipicamente 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, cioè il nanofluido. I nanofluidi presentano proprietà termofisiche migliorate, come la conducibilità termica, la diffusività termica, la viscosità e i coefficienti di trasferimento termico convettivo rispetto alle proprietà materiali del fluido di base.
Un'applicazione comune dei nanofluidi è il loro utilizzo come refrigeranti o refrigeranti. L'aggiunta di nanoparticelle ai refrigeranti convenzionali (come acqua, olio, glicole etilenico, polialfaolefina, ecc.) ne migliora le proprietà termiche.

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

Produzione di nanofluidi con un omogeneizzatore a ultrasuoni

La microstruttura dei nanofluidi può essere influenzata e manipolata mediante l'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 dispersori a ultrasuoni sono utilizzati nella ricerca e nell'industria per sintetizzare, macinare, disperdere e omogeneizzare le nanoparticelle con un'elevata uniformità e una stretta distribuzione delle dimensioni delle particelle. I parametri di processo per la sintesi dei nanofluidi comprendono l'energia ultrasonica immessa, l'ampiezza degli ultrasuoni, la temperatura, la pressione e l'acidità. Inoltre, i tipi e le concentrazioni dei reagenti e degli additivi, nonché 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 ed energia immessa (Ws/mL), è la chiave per produrre un nanofluido stabile e uniforme di alta qualità. Gli ultrasuoni possono essere applicati con successo per deagglomerare e disperdere le particelle in singole nanoparticelle disperse. Con una dimensione ridotta delle particelle, il moto browniano (velocità browniana) e le interazioni particella-particella aumentano e danno luogo a nanofluidi più stabili. Gli ultrasuonatori Hielscher consentono un controllo preciso di tutti i parametri di lavorazione più importanti, possono funzionare ininterrottamente ad ampiezze elevate (24/7/365) e sono dotati di protocolling automatico dei dati per una facile valutazione di tutti i cicli di sonicazione.

Silice di dimensioni nanometriche dispersa a ultrasuoni

La sonicazione migliora la stabilità dei nanofluidi

Nei nanofluidi, l'agglomerazione delle nanoparticelle provoca non solo l'insediamento e l'intasamento dei microcanali, ma anche la diminuzione della conduttività 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 nano-dispersioni stabili con una distribuzione uniforme delle nanoparticelle e una grande stabilità. Pertanto, i dispersori a ultrasuoni Hielscher sono la tecnologia preferita per la produzione di nanofluidi.

Nanofluidi prodotti con ultrasuoni nella ricerca

La ricerca ha studiato gli effetti dell'ultrasonicazione e dei parametri ultrasonici sulle caratteristiche dei nanofluidi. Per saperne di più sui risultati scientifici sulla preparazione dei nanofluidi con gli ultrasuoni.

Effetti degli ultrasuoni sulla preparazione del nanofluido Al2O3

Noroozi et al. (2014) hanno riscontrato che "a concentrazioni di particelle più elevate, la diffusività termica dei nanofluidi è aumentata maggiormente grazie alla sonicazione. Inoltre, una maggiore stabilità e un aumento della diffusività termica sono stati ottenuti sonicando i nanofluidi con un sonicatore a sonda di maggiore potenza prima della misurazione". L'aumento della diffusività termica è stato maggiore per le NP di dimensioni più piccole. Questo perché le particelle più piccole hanno un rapporto superficie effettiva/volume più elevato. Pertanto, le particelle più piccole hanno contribuito a formare 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-passo per la produzione a ultrasuoni di nanofluidi Al2O3-acqua

Innanzitutto, pesare la massa delle nanoparticelle di Al2O3 con una bilancia elettronica digitale. Quindi, mettere gradualmente le nanoparticelle di Al2O3 nell'acqua distillata pesata e agitare la miscela Al2O3-acqua. Sonicare continuamente la miscela per 1 ora con un dispositivo ad ultrasuoni tipo 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 regolati a ultrasuoni

Elcioglu et al. (2021) affermano nel loro studio scientifico che "L'ultrasonicazione è un processo essenziale per la corretta dispersione delle nanoparticelle nel fluido di base e per la stabilità, nonché per le proprietà ottimali per le applicazioni reali". Hanno utilizzato 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 messe a punto in condizioni adeguate di ultrasuoni.

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 di produrre nanofluidi, il controllo preciso della sonicazione e un trattamento ultrasonico affidabile della sospensione di nanoparticelle sono fondamentali.
I processori di Hielscher Ultrasonics consentono il pieno controllo di tutti i parametri di lavorazione più importanti, come l'energia immessa, l'intensità degli ultrasuoni, l'ampiezza, la pressione, la temperatura e il tempo di ritenzione. In questo modo, è possibile regolare i parametri per ottenere condizioni ottimizzate, che portano successivamente a nanofluidi di alta qualità.

• Per qualsiasi volume/capacità: Hielscher offre ultrasuonatori e un'ampia gamma di accessori. Ciò consente 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, 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 funzionare 24/7/365 e richiedono pochissima manutenzione.
• Facilità d'uso: Il software elaborato 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 sfioramento colorato. Il controllo remoto via browser consente 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 ultrasonori: