Kā pagatavot nanošķidrumus

Nanošķidrums ir īpaši izstrādāts šķidrums, ko veido nanodaļiņas saturošs bāzes šķidrums. Nanošķidrumu sintēzei nepieciešama efektīva un uzticama homogenizācijas un deaglomerācijas metode, lai nodrošinātu augstu dispersijas viendabīgumu. Ultraskaņas dispergatori ir vislabākā tehnoloģija nanošķidrumu ar izcilām īpašībām ražošanai. Disperģēšana ar ultraskaņu izceļas ar efektivitāti, ātrumu, vienkāršību, uzticamību un lietošanas ērtumu.

Kas ir nanošķidrumi?

Nanošķidrums ir šķidrums, kas satur nanometru izmēra daļiņas (≺100nm), ko parasti sauc par nanodaļiņām. Nanošķidrumos izmantotās nanodaļiņas parasti ir izgatavotas no metāliem, oksīdiem, karbīdiem vai oglekļa nanocaurulītēm. Šīs nanodaļiņas disperģē bāzes šķidrumā (piemēram, ūdenī, eļļā u. c.), lai iegūtu īpaši izstrādātu koloidālu suspensiju, proti, nanošķidrumu. Salīdzinājumā ar bāzes šķidruma materiāla īpašībām nanošķidrumiem ir uzlabotas termofizikālās īpašības, piemēram, siltumvadītspēja, temperatūrvadītspēja, viskozitāte un konvektīvās siltumpārneses koeficienti.
Nanošķidrumus bieži izmanto kā dzesēšanas šķidrumus vai aukstumaģentus. Pievienojot nanodaļiņas parastajiem dzesēšanas šķidrumiem (piemēram, ūdenim, eļļai, etilēnglikolam, polialfaolefīnam u. c.), tiek uzlabotas parasto dzesēšanas šķidrumu termiskās īpašības.

• dzesēšanas / siltumpārneses šķidrumi
• smērvielas
• biomedicīnas lietojumi

Nanošķidrumu pagatavošana ar ultraskaņas homogenizatoru

Nanošķidrumu mikrostruktūru var ietekmēt un mainīt, izmantojot vispiemērotāko homogenizācijas tehnoloģiju un apstrādes parametrus. Ir pierādīts, ka disperģēšana ar ultraskaņu ir ļoti efektīva un uzticama nanošķidrumu pagatavošanas metode. Ultraskaņas dispergatorus izmanto pētniecībā un rūpniecībā, lai sintezētu, smalcinātu, disperģētu un homogenizētu nanodaļiņas, nodrošinot augstu viendabīgumu un šauru daļiņu izmēru sadalījumu. Nanošķidrumu sintēzes procesa parametri ietver ievadīto ultraskaņas enerģiju, ultraskaņas amplitūdu, temperatūru, spiedienu un skābumu. Turklāt svarīgi faktori ir reaģentu un piedevu veidi un koncentrācijas, kā arī secība, kādā piedevas pievieno šķīdumam.
Ir labi zināms, ka nanošķidrumu īpašības ir ļoti atkarīgas no nanomateriālu struktūras un formas. Tāpēc kontrolējamu nanošķidrumu mikrostruktūru iegūšana ir galvenais faktors, kas veicina nanošķidrumu funkcionalitāti un kvalitāti. Optimizētu ultraskaņas apstrādes parametru, piemēram, amplitūdas, spiediena, temperatūras un ievadītās enerģijas (Ws/mL), izmantošana ir atslēga stabila, viendabīga un kvalitatīva nanošķidruma ražošanai. Apstrādi ar ultraskaņu var sekmīgi izmantot, lai deaglomerētu un disperģētu daļiņas atsevišķās disperģētās nanodaļiņās. Samazinoties daļiņu izmēram, pieaug Brauna kustības intensitāte (Brauna kustības ātrums), kā arī daļiņu savstarpējā mijiedarbība, tādējādi iegūstot stabilākus nanošķidrumus. Hielscher ultraskaņas iekārtas ļauj precīzi kontrolēt visus svarīgos apstrādes parametrus, var nepārtraukti darboties ar lielu amplitūdu (24/7/365) un ir aprīkotas ar automātisku datu reģistrēšanu, lai atvieglotu visu ultraskaņas apstrādes ciklu izvērtēšanu.

Ar ultraskaņu disperģēts nanometru izmēra silīcija dioksīds

Ar ultraskaņas apstrādi uzlabota nanošķidrumu stabilitāte

Nanodaļiņu aglomerācija nanošķidrumos izraisa ne tikai nosēšanos un mikrokanālu aizsērēšanu, bet arī nanošķidrumu siltumvadītspējas samazināšanos. Deaglomerāciju un disperģēšanu ar ultraskaņu plaši izmanto materiālzinātnē un rūpniecībā. Apstrāde ar ultraskaņu ir pārbaudīta metode stabilu nanodispersiju pagatavošanai ar vienmērīgu nanodaļiņu sadalījumu un augstu stabilitāti. Tāpēc nanošķidrumu ražošanā priekšroka tiek dota Hielscher ultraskaņas dispergatoriem.

Ar ultraskaņu ražoti nanošķidrumi pētniecībā

Pētījumos ir analizēta ultraskaņas apstrādes un ultraskaņas parametru ietekme uz nanošķidrumu īpašībām. Lasiet vairāk par zinātniskajām atziņām par nanošķidrumu pagatavošanu ar ultraskaņu.

Ultraskaņas ietekme uz Al2O3 nanošķidrumu pagatavošanu

Noroozi et al. (2014) konstatēja, ka pie “lielākas daļiņu koncentrācijas ultraskaņas apstrādes rezultātā nanošķidrumu temperatūrvadītspēja palielinājās vairāk. Turklāt lielāku stabilitāti un temperatūrvadītspējas pieaugumu ieguva, pirms mērījuma apstrādājot nanošķidrumus ar lielākas jaudas zondes tipa ultraskaņas iekārtu.” Temperatūrvadītspējas pieaugums bija lielāks mazāka izmēra nanodaļiņām. Tas ir tāpēc, ka mazākām daļiņām ir lielāka efektīvās virsmas laukuma un tilpuma attiecība. Tādējādi mazākas daļiņas palīdzēja izveidot stabilu nanošķidrumu, un apstrāde ar ultraskaņas zondi būtiski ietekmēja temperatūrvadītspēju. (Noroozi et al. 2014)

Soli pa solim sniegti norādījumi Al2O3–ūdens nanošķidrumu ražošanai ar ultraskaņu

Vispirms nosveriet Al2O3 nanodaļiņu masu ar digitālajiem elektroniskajiem svariem. Pēc tam pakāpeniski pievienojiet Al2O3 nanodaļiņas nosvērtajam destilētajam ūdenim un maisiet Al2O3–ūdens maisījumu. Nepārtraukti apstrādājiet maisījumu ar ultraskaņu 1h, izmantojot zondes tipa ultraskaņas iekārtu UP400S (400W, 24kHz, skat. attēlu pa kreisi), lai iegūtu viendabīgu nanodaļiņu dispersiju destilētā ūdenī. Nanošķidrumus var pagatavot ar dažādām daļiņu daļām (0,1%, 0,5% un 1%). Nav nepieciešama virsmaktīvā viela vai pH izmaiņas. (Isfahani et al., 2013)

Ar ultraskaņu pielāgoti ZnO nanošķidrumi uz ūdens bāzes

Elcioglu et al. (2021) savā zinātniskajā pētījumā norāda, ka “apstrāde ar ultraskaņu ir būtisks process, lai nodrošinātu pienācīgu nanodaļiņu disperģēšanu bāzes šķidrumā un stabilitāti, kā arī optimālas īpašības praktiskiem lietojumiem.” ZnO / ūdens nanošķidrumu ražošanai viņi izmantoja ultraskaņas iekārtu UP200Ht. Apstrāde ar ultraskaņu nepārprotami ietekmēja ZnO nanošķidruma uz ūdens bāzes virsmas spraigumu. Pētnieku atziņas ļauj secināt, ka jebkura nanošķidruma virsmas spraigumu, nanoplēves veidošanos un citas saistītas īpašības var pielāgot un regulēt piemērotos ultraskaņas apstrādes apstākļos.

Ultraskaņas homogenizatori nanošķidrumu ražošanai

Hielscher Ultrasonics izstrādā, ražo un izplata augstas veiktspējas ultraskaņas dispergatorus visu veidu homogenizācijas un deaglomerācijas lietojumiem. Nanošķidrumu ražošanā izšķiroši svarīga ir precīza ultraskaņas apstrādes kontrole un uzticama nanodaļiņu suspensijas apstrāde ar ultraskaņu.
Hielscher Ultrasonics procesori nodrošina pilnīgu kontroli pār visiem svarīgajiem apstrādes parametriem, piemēram, ievadīto enerģiju, ultraskaņas intensitāti, amplitūdu, spiedienu, temperatūru un uzturēšanās laiku. Tādējādi jūs varat pielāgot parametrus optimāliem apstākļiem, kas savukārt ļauj iegūt kvalitatīvus nanošķidrumus.

• Jebkuram tilpumam? Ražīgumam: Hielscher piedāvā ultraskaņas iekārtas un plašu piederumu klāstu. Tas ļauj konfigurēt ideālu ultraskaņas sistēmu jūsu lietojumam un ražošanas jaudai. No nelielām pudelītēm ar mililitru tilpumu līdz liela apjoma plūsmām ar tūkstošiem galonu stundā – Hielscher piedāvā jūsu procesam piemērotu ultraskaņas risinājumu.
• Izturība: Mūsu ultraskaņas sistēmas ir izturīgas un uzticamas. Visas Hielscher ultraskaņas iekārtas ir paredzētas darbībai 24/7/365, un tām nepieciešama ļoti neliela apkope.
• Lietošanas ērtums: Mūsu ultraskaņas iekārtu pilnveidotā programmatūra ļauj iepriekš izvēlēties un saglabāt ultraskaņas apstrādes iestatījumus vienkāršai un uzticamai apstrādei ar ultraskaņu. Intuitīvā izvēlne ir viegli pieejama digitālā krāsu skārienekrānā. Attālināta vadība pārlūkprogrammā ļauj vadīt un uzraudzīt iekārtu, izmantojot jebkuru interneta pārlūkprogrammu. Automātiskā datu reģistrēšana saglabā katra ultraskaņas apstrādes cikla procesa parametrus iebūvētā SD kartē.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes ražīgumu: