熱伝導性ナノ流体に基づく冷却剤

超音波合成されたナノ流体は、効率的な冷却剤および熱交換器液体である。熱伝導性ナノ材料は、熱伝達能力と放熱能力を大幅に向上させます。超音波処理は、熱伝導性ナノ粒子の合成および機能化、ならびに冷却用途のための安定な高性能ナノ流体の製造において十分に確立されています。

熱油圧性能に対するナノ流体の影響

材料の熱伝導率は、熱を伝導する能力の尺度です。クーラントや伝熱流体(熱流体または熱油とも呼ばれる)には、高い熱伝導率が望まれます。数多くのナノ材料が優れた熱伝導特性を提供します。ナノマテリアルの優れた熱伝導性を利用するために、冷却液としていわゆるナノ流体が使用されています。ナノ流体とは、ナノメートルサイズの粒子が水、グリコール、油などの基油中に懸濁し、コロイド溶液を形成した流体です。ナノ流体は、ナノ粒子を含まない液体やより大きな粒子と比較して、熱伝導率を大幅に増加させることができます。分散したナノ粒子の材料、サイズ、粘度、表面電荷、および流体安定性は、ナノ流体の熱性能に大きく影響します。ナノ流体は、従来のベース流体と比較して優れた熱伝達性能を示すため、熱伝達用途で急速に重要性を増しています。
超音波分散液は、高性能の熱伝達能力を有するナノ流体を製造するための、非常に効率的で信頼性が高く、工業的に確立された技術です。

• 高い表面:体積比により、エネルギーと物質の移動速度が大幅に向上します
• 非常に優れたコロイド安定性のための低質量
• 低慣性により、侵食が最小限に抑えられます

これらのナノサイズ関連の特徴により、ナノ流体は優れた熱伝導率を得ることができます。超音波分散液は、官能基化されたナノ粒子およびナノ流体を製造するための最も効率的な技術である。

優れた熱伝導性を有する超音波で作製したナノ流体

多数のナノ材料 – CNT、シリカ、グラフェン、アルミニウム、銀、窒化ホウ素など – は、熱伝達流体の熱助長性を高めることがすでに証明されています。以下に、超音波下で調製された熱伝導性ナノ流体の例示的な研究結果を見つけることができます。

超音波によるアルミニウムベースのナノ流体製造

Buonomo et al. (2015) Al2O3 超音波下で調製されたナノ流体の熱伝導率の改善を実証した。
Al2O3ナノ粒子を均一に水に分散させるために、研究者たちはヒールシャープローブ型超音波装置UP400Sを使用しました。超音波解凝集および分散アルミニウム粒子は、すべてのナノ流体について約120nmの粒子サイズで得られた – 粒子濃度とは無関係です。ナノ流体の熱伝導率は、純水と比較して高温で増加していました。室温25°CでAl2O3粒子濃度が0.5%の場合、熱伝導率の増加は約0.57%にすぎませんが、65°Cではこの値は約8%に増加します。体積濃度が4%の場合、温度が25°Cから65°Cに上昇すると、7.6%から14.4%に向上します。
[cf. Buonomo et al., 2015]

UP400Sによる超音波処理後の様々な窒化ホウ素濃度を有する水性窒化ホウ素ナノ流体の粒度分布 (a)0.1%hBN、(b)0.5%hBN、(c)2%hBN
(研究とグラフ:© Ilhan et al., 2016)

超音波処理を用いた窒化ホウ素ベースのナノ流体製造

Ilhan et al.(2016)は、六方晶窒化ホウ素(hBN)ベースのナノ流体の熱伝導率を調査しました。この目的のために、平均直径70nmのhBNナノ粒子を含有する一連の十分に分散した安定なナノ流体を、超音波処理および界面活性剤、例えばドデシル硫酸ナトリウム(SDS)およびポリビニルピロリドン(PVP)を含む二段階法で製造する。超音波分散したhBN - 水ナノ流体は、非常に希薄な粒子濃度であっても有意な熱伝導率の増加を示す。プローブ型超音波装置UP400Sによる超音波処理は、凝集体の平均粒径を40〜60nmの範囲に減少させた。研究者らは、未処理の乾燥状態で観察された大きくて密度の高い窒化ホウ素凝集体は、超音波処理プロセスと界面活性剤の添加によって破壊されると結論付けています。これにより、超音波分散液は、様々な粒子濃度を有する水性ナノ流体を調製するための効果的な方法となる。
[cf. Ilhan et al., 2016]

0.5%の粒子体積濃度で超音波分散したエチレングリコール(EG)ベースのhBNナノ流体の形態を示すSTEM画像。
(研究とグラフ:© Ilhan et al., 2016)

“超音波処理は、ナノ流体の安定性を高めるために文献で最も広く利用されているプロセスです。” [Ilhan et al., 2016]また、工業生産においても、超音波処理は、今日では、優れた性能の長期安定ナノ流体を得るための最も効果的で信頼性が高く経済的な技術です。

クーラント製造のための工業用超音波装置

科学的に証明され、工業的に確立されています – ナノ流体生産のためのヒールシャー超音波装置
超音波高剪断分散機は、高性能クーラントと熱伝達流体の連続生産のための信頼性の高い機械です。超音波駆動のミキシングは、その効率と信頼性で知られています – 厳しい混合条件が適用される場合でも。
ヒールシャー超音波装置は、無毒、非危険、さらには食品グレードのナノ流体を調製することを可能にします。同時に、私たちのすべての超音波装置は、非常に効率的で、信頼性が高く、安全に操作でき、非常に堅牢です。24 / 7操作のために構築され、私たちのベンチトップと中型の超音波装置でさえ、驚くべきボリュームを生成することができます。
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以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。