თბოგამტარი ნანოსითხეების ბაზაზე დამზადებული გამაგრილებელი სითხეები
ულტრაბგერით სინთეზირებული ნანოსითხეები ეფექტური გამაგრილებელი და თბომცვლელებში გამოსაყენებელი სითხეებია. თბოგამტარი ნანომასალები მნიშვნელოვნად ზრდის სითბოს გადაცემისა და გაფანტვის უნარს. ულტრაბგერითი დამუშავება კარგად დამკვიდრებული მეთოდია თბოგამტარი ნანონაწილაკების სინთეზისა და ფუნქციონალიზაციისთვის, ასევე გაგრილებისთვის განკუთვნილი სტაბილური, მაღალეფექტური ნანოსითხეების წარმოებისთვის.
ნანოსითხეების გავლენა თერმოჰიდრავლიკურ მახასიათებლებზე
მასალის თბოგამტარობა მისი სითბოს გატარების უნარის მაჩვენებელია. გამაგრილებელი და თბოგადამცემი სითხეებისთვის, რომლებსაც ასევე თერმულ სითხეს ან თერმულ ზეთს უწოდებენ, სასურველია მაღალი თბოგამტარობა. მრავალი ნანომასალა შესანიშნავი თბოგამტარი თვისებებით გამოირჩევა. ნანომასალების მაღალი თბოგამტარობის გამოსაყენებლად გამაგრილებელ სითხეებად ე.წ. ნანოსითხეებს იყენებენ. ნანოსითხე არის სითხე, რომელშიც ნანომეტრული ზომის ნაწილაკები შეწონილია საბაზისო სითხეში, მაგალითად, წყალში, გლიკოლში ან ზეთში, სადაც ისინი კოლოიდურ ხსნარს ქმნიან. ნანოსითხეების თბოგამტარობა შეიძლება მნიშვნელოვნად აღემატებოდეს იმ სითხეების თბოგამტარობას, რომლებიც არ შეიცავს ნანონაწილაკებს ან შეიცავს უფრო დიდ ნაწილაკებს. დისპერგირებული ნანონაწილაკების მასალა, ზომა, სიბლანტე, ზედაპირული მუხტი და სითხის სტაბილურობა მნიშვნელოვნად მოქმედებს ნანოსითხეების თერმულ მახასიათებლებზე. ნანოსითხეები სწრაფად იძენს მნიშვნელობას სითბოს გადაცემასთან დაკავშირებულ გამოყენებებში, რადგან ტრადიციულ საბაზისო სითხეებთან შედარებით სითბოს გადაცემის უკეთესი მახასიათებლებით გამოირჩევა.
ულტრაბგერითი დისპერგირება მაღალეფექტური, საიმედო და მრეწველობაში დამკვიდრებული მეთოდია სითბოს გადაცემის მაღალი უნარის მქონე ნანოსითხეების წარმოებისთვის.
- ზედაპირის ფართობისა და მოცულობის მაღალი თანაფარდობა ენერგიისა და მასის გადაცემის მნიშვნელოვნად უფრო მაღალი სიჩქარისთვის
- მცირე მასა ძალიან კარგი კოლოიდური სტაბილურობისთვის
- მცირე ინერცია, რომელიც ამცირებს ეროზიას
ნანოზომასთან დაკავშირებული ეს თვისებები ნანოსითხეებს განსაკუთრებულ თბოგამტარობას ანიჭებს. ულტრაბგერითი დისპერგირება ფუნქციონალიზებული ნანონაწილაკებისა და ნანოსითხეების წარმოების ყველაზე ეფექტური მეთოდია.
ულტრაბგერით წარმოებული ნანოსითხეები მაღალი თბოგამტარობით
უკვე დადასტურებულია, რომ მრავალი ნანომასალა – როგორიცაა CNT-ები, სილიკა, გრაფენი, ალუმინი, ვერცხლი, ბორის ნიტრიდი და მრავალი სხვა – ზრდის თბოგადამცემი სითხეების თბოგამტარობას. ქვემოთ მოცემულია ულტრაბგერითი დამუშავებით მომზადებული თბოგამტარი ნანოსითხეების კვლევის შედეგების მაგალითები.
ალუმინზე დაფუძნებული ნანოსითხეების წარმოება ულტრაბგერით
Buonomo et al. (2015) აჩვენეს ულტრაბგერითი დამუშავებით მომზადებული Al2O3 ნანოსითხეების გაუმჯობესებული თბოგამტარობა.
Al2O3 ნანონაწილაკების წყალში თანაბრად დისპერგირებისთვის მკვლევრებმა გამოიყენეს Hielscher-ის ზონდური ტიპის ულტრაბგერითი აპარატი UP400S. ულტრაბგერითი დეაგლომერაციისა და დისპერგირების შედეგად ალუმინის ნაწილაკების ზომა ყველა ნანოსითხეში დაახლოებით 120 nm იყო – ნაწილაკების კონცენტრაციისგან დამოუკიდებლად. მაღალ ტემპერატურებზე ნანოსითხეების თბოგამტარობა სუფთა წყალთან შედარებით მეტად იზრდებოდა. Al2O3 ნაწილაკების 0,5% კონცენტრაციისას, ოთახის ტემპერატურაზე, 25°C-ზე, თბოგამტარობის მატება მხოლოდ დაახლოებით 0,57%-ია, ხოლო 65°C-ზე ეს მაჩვენებელი დაახლოებით 8%-მდე იზრდება. 4% მოცულობითი კონცენტრაციისას, ტემპერატურის 25°C-დან 65°C-მდე მატებასთან ერთად, თბოგამტარობის ზრდის მაჩვენებელი 7,6%-დან 14,4%-მდე იმატებს.
[cf. Buonomo et al., 2015]
წყალზე დაფუძნებული ბორის ნიტრიდის ნანოსითხეების ნაწილაკების ზომის განაწილება ბორის ნიტრიდის სხვადასხვა კონცენტრაციისას UP400S-ით ულტრაბგერითი დამუშავების შემდეგ (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(კვლევა და გრაფიკები: © Ilhan et al., 2016)
ბორის ნიტრიდზე დაფუძნებული ნანოსითხეების წარმოება ულტრაბგერითი დამუშავებით
Ilhan et al. (2016) შეისწავლეს ჰექსაგონალურ ბორის ნიტრიდზე (hBN) დაფუძნებული ნანოსითხეების თბოგამტარობა. ამ მიზნით ორსაფეხურიანი მეთოდით, რომელიც მოიცავს ულტრაბგერით დამუშავებასა და ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების, მაგალითად, ნატრიუმის დოდეცილსულფატისა (SDS) და პოლივინილპიროლიდონის (PVP) გამოყენებას, მიიღეს კარგად დისპერგირებული, სტაბილური ნანოსითხეების სერია, რომელიც შეიცავდა 70 nm საშუალო დიამეტრის hBN ნანონაწილაკებს. ულტრაბგერით დისპერგირებული hBN–წყლის ნანოსითხე თბოგამტარობის მნიშვნელოვან ზრდას ავლენს ნაწილაკების ძალიან დაბალი კონცენტრაციების შემთხვევაშიც კი. ზონდური ტიპის ულტრაბგერითი აპარატით UP400S დამუშავებამ აგრეგატების საშუალო ზომა 40–60 nm დიაპაზონამდე შეამცირა. მკვლევრებმა დაასკვნეს, რომ ბორის ნიტრიდის დიდი და მკვრივი აგრეგატები, რომლებიც დაუმუშავებელ მშრალ მდგომარეობაში შეინიშნებოდა, ულტრაბგერითი დამუშავებისა და ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების დამატების შედეგად იშლება. ეს ულტრაბგერით დისპერგირებას ეფექტურ მეთოდად აქცევს ნაწილაკების სხვადასხვა კონცენტრაციის მქონე, წყალზე დაფუძნებული ნანოსითხეების მოსამზადებლად.
[cf. Ilhan et al., 2016]
STEM გამოსახულება, რომელიც აჩვენებს ეთილენგლიკოლზე (EG) დაფუძნებული, ულტრაბგერით დისპერგირებული hBN ნანოსითხის მორფოლოგიას ნაწილაკების 0,5% მოცულობითი კონცენტრაციისას.
(კვლევა და გრაფიკები: © Ilhan et al., 2016)
„სამეცნიერო ლიტერატურაში ნანოსითხეების სტაბილურობის გასაზრდელად ყველაზე ფართოდ გამოყენებული პროცესი ულტრაბგერითი დამუშავებაა.“ [Ilhan et al., 2016] სამრეწველო წარმოებაშიც ულტრაბგერითი დამუშავება დღესდღეობით ყველაზე ეფექტური, საიმედო და ეკონომიური მეთოდია გამორჩეული მახასიათებლების მქონე, ხანგრძლივად სტაბილური ნანოსითხეების მისაღებად.
ინდუსტრიული ულტრაბგერითი აპარატები გამაგრილებლების წარმოებისთვის
მეცნიერულად დადასტურებული, მრეწველობაში დამკვიდრებული – Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები ნანოსითხეების წარმოებისთვის
ულტრაბგერითი მაღალი ძვრის დისპერგატორები არის საიმედო მანქანები მაღალი წარმადობის გამაგრილებლებისა და სითბოგამტარი სითხეების უწყვეტი წარმოებისთვის. ულტრაბგერითად გამოწვეული შერევა ცნობილია თავისი ეფექტურობითა და საიმედოობით – მაშინაც კი, როდესაც მოქმედებს შერევის რთული პირობები.
Hielscher Ultrasonics-ის აღჭურვილობა არატოქსიკური და უსაფრთხო ნანოსითხეების მომზადების საშუალებას იძლევა, რომელთაგან ზოგიერთი კვების მრეწველობაში გამოსაყენებლადაც ვარგისია. ამავდროულად, ჩვენი ყველა ულტრაბგერითი აპარატი მაღალეფექტური, საიმედო, ექსპლუატაციაში უსაფრთხო და ძალიან გამძლეა. ჩვენი მაგიდის და საშუალო ზომის ულტრაბგერითი აპარატებიც კი, რომლებიც 24/7 მუშაობისთვისაა შექმნილი, მნიშვნელოვანი მოცულობების წარმოებას უზრუნველყოფს.
გაიგეთ მეტი ნანოსითხეების ულტრაბგერითი წარმოების შესახებ ან დაგვიკავშირდით ახლავე, რომ მიიღოთ სიღრმისეული კონსულტაცია და ულტრაბგერითი დისპერგატორის უფასო შეთავაზება!
ქვემოთ მოცემული ცხრილი წარმოდგენას გაძლევთ ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დამუშავების მიახლოებითი წარმადობის შესახებ:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული აპარატები |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10 to 200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20 to 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2 to 4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2 to 10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3 to 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 to 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | მეტი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით შეკითხვა!
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს შერევის, დისპერსიის, ემულსიფიკაციისა და ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ, საცდელ და ინდუსტრიულ მასშტაბებზე.
ლიტერატურა / რეფერენსები
- 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.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
რატომ არის ნანოსითხეები კარგი გაგრილებისა და სითბოს გადაცემისთვის?
ნანოსითხეები გამაგრილებელი სითხეების ახალი კლასია. ისინი შედგება საბაზისო სითხისგან (მაგ., წყლისგან), რომელიც ნანოზომის ნაწილაკების მატარებელია. საბაზისო სითხეში დისპერგირებულ, სპეციალურად შექმნილ ნანონაწილაკებს (მაგ., ნანოზომის CuO, ალუმინის ოქსიდი, ტიტანის დიოქსიდი, ნახშირბადის ნანომილაკები, სილიკა ან ლითონები, როგორიცაა სპილენძი და ვერცხლის ნანოღეროები) შეუძლია მნიშვნელოვნად გაზარდოს მიღებული ნანოსითხის სითბოს გადაცემის უნარი. ეს ნანოსითხეებს განსაკუთრებით მაღალეფექტურ გამაგრილებელ სითხეებად აქცევს.
თბოგამტარი ნანონაწილაკების შემცველი, სპეციალურად დამზადებული ნანოსითხეების გამოყენება სითბოს გადაცემისა და გაფანტვის მნიშვნელოვნად გაუმჯობესების საშუალებას იძლევა; მაგალითად, 55±12 nm დიამეტრისა და 12,8 µm საშუალო სიგრძის ვერცხლის ნანოღეროებმა 0,5 vol.% კონცენტრაციისას წყლის თბოგამტარობა 68%-ით გაზარდა, ხოლო ვერცხლის ნანოღეროების 0,5 vol.% კონცენტრაციამ ეთილენგლიკოლზე დაფუძნებული გამაგრილებელი სითხის თბოგამტარობა 98%-ით გაზარდა. ალუმინის ოქსიდის ნანონაწილაკებს 0,1% კონცენტრაციისას შეუძლია წყლის კრიტიკული სითბური ნაკადი 70%-ითაც კი გაზარდოს; ნაწილაკები გასაგრილებელ ობიექტზე ქმნის ხორკლიან, ფოროვან ზედაპირს, რაც ხელს უწყობს ახალი ბუშტუკების წარმოქმნას, ხოლო მათი ჰიდროფილური ბუნება ამ ბუშტუკების ზედაპირიდან მოცილებას უწყობს ხელს და ორთქლის ფენის წარმოქმნას აფერხებს. ნანოსითხე, რომლის კონცენტრაცია 5%-ზე მეტია, არანიუტონური სითხის მსგავსად იქცევა. (იხ. Oldenburg et al., 2007)
თერმული კონტროლის სისტემებში გამოყენებულ გამაგრილებელ სითხეებში ლითონის ნანონაწილაკების დამატებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გაზარდოს საბაზისო სითხის თბოგამტარობა. ლითონის ნანონაწილაკებისა და სითხის ასეთ კომპოზიტურ მასალებს ნანოსითხეები ეწოდება და მათმა გამაგრილებელ სითხეებად გამოყენებამ შესაძლოა შეამციროს კოსმოსური ხომალდების თერმული კონტროლის სისტემების წონა და ენერგიის მოთხოვნილება. ნანოსითხეების თბოგამტარობა დამოკიდებულია მათი შემადგენელი ნანონაწილაკების კონცენტრაციაზე, ზომაზე, ფორმაზე, ზედაპირის ქიმიურ თვისებებსა და აგრეგაციის მდგომარეობაზე. შესწავლილი იყო ნანონაწილაკების კონცენტრაციისა და მათი სიგრძისა და დიამეტრის თანაფარდობის გავლენა წყლისა და ეთილენგლიკოლის ბაზაზე დამზადებული გამაგრილებელი სითხეების თბოგამტარობასა და სიბლანტეზე. ვერცხლის ნანოღეროებმა, რომელთა დიამეტრი იყო 55 ± 12 nm, ხოლო საშუალო სიგრძე – 12,8 ± 8,5 μm, 0,5% მოცულობითი კონცენტრაციისას წყლის თბოგამტარობა 68%-ით გაზარდა. ეთილენგლიკოლის ბაზაზე დამზადებული გამაგრილებელი სითხის თბოგამტარობა ვერცხლის ნანოღეროების 0,5% მოცულობითი კონცენტრაციისას 98%-ით გაიზარდა. ერთნაირი კონცენტრაციის პირობებში გრძელი ნანოღეროები თბოგამტარობაზე უფრო მეტ გავლენას ახდენდა, ვიდრე მოკლე ნანოღეროები. თუმცა, გრძელი ნანოღეროები საბაზისო სითხის სიბლანტესაც უფრო მეტად ზრდიდა, ვიდრე მოკლე ნანოღეროები.
(Oldenburg et al., 2007)
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალეფექტურ ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული დან სამრეწველო ზომამდე.