Koelmiddelen op basis van warmtegeleidende nanovloeistoffen

Ultrasoon gesynthetiseerde nanovloeistoffen zijn efficiënte koelmiddelen en vloeistoffen voor warmtewisselaars. Warmtegeleidende nanomaterialen verhogen de capaciteit voor warmteoverdracht en warmteafvoer aanzienlijk. Sonicatie is een gevestigde methode voor de synthese en functionalisering van warmtegeleidende nanodeeltjes en voor de productie van stabiele, hoogwaardige nanovloeistoffen voor koeltoepassingen.

Effecten van nanovloeistoffen op de thermohydraulische prestaties

De warmtegeleidbaarheid van een materiaal is een maat voor het vermogen ervan om warmte te geleiden. Voor koelmiddelen en warmteoverdrachtsvloeistoffen (ook wel thermische vloeistoffen of thermische oliën genoemd) is een hoge warmtegeleidbaarheid gewenst. Talrijke nanomaterialen hebben uitstekende warmtegeleidende eigenschappen. Om de superieure warmtegeleidbaarheid van nanomaterialen te benutten, worden zogenaamde nanovloeistoffen als koelvloeistoffen gebruikt. Een nanovloeistof is een vloeistof waarin deeltjes met afmetingen op nanometerschaal gesuspendeerd zijn in een basisvloeistof zoals water, glycol of olie, waarin ze een colloïdale oplossing vormen. Nanovloeistoffen kunnen een aanzienlijk hogere warmtegeleidbaarheid hebben dan vloeistoffen zonder nanodeeltjes of grotere deeltjes. Het materiaal, de grootte, de viscositeit, de oppervlaktelading en de vloeistofstabiliteit van de gedispergeerde nanodeeltjes hebben een aanzienlijke invloed op de thermische prestaties van nanovloeistoffen. Nanovloeistoffen winnen snel aan belang bij warmteoverdrachtstoepassingen, omdat ze superieure prestaties op het gebied van warmteoverdracht vertonen in vergelijking met conventionele basisvloeistoffen.
Ultrasone dispersie is een zeer efficiënte, betrouwbare en industrieel gevestigde techniek voor de productie van nanovloeistoffen met een warmteoverdrachtscapaciteit die hoge prestaties biedt.

Ultrasoon gesynthetiseerde nanovloeistoffen zijn efficiënte koelmiddelen en warmteoverdrachtsvloeistoffen. Warmtegeleidende nanomaterialen verhogen de capaciteit voor warmteoverdracht en warmteafvoer aanzienlijk. Sonicatie is een gevestigde methode voor de synthese en functionalisering van warmtegeleidende nanodeeltjes en voor de productie van stabiele, hoogwaardige nanovloeistoffen voor koeltoepassingen.

Met ultrasone behandeling kunnen de voordelen van deeltjes op nanoschaal worden benut, zoals

• een hoge verhouding tussen oppervlak en volume voor aanzienlijk hogere snelheden van energie- en massaoverdracht
• een geringe massa voor een zeer goede colloïdale stabiliteit
• een geringe traagheid, die erosie minimaliseert

Deze eigenschappen die samenhangen met de afmetingen op nanoschaal geven nanovloeistoffen hun uitzonderlijke warmtegeleidbaarheid. Ultrasone dispersie is de efficiëntste techniek voor de productie van gefunctionaliseerde nanodeeltjes en nanovloeistoffen.

Ultrasoon geproduceerde nanovloeistoffen met superieure warmtegeleidbaarheid

Van talrijke nanomaterialen – zoals CNT’s, silica, grafeen, aluminium, zilver, boornitride en vele andere – is al aangetoond dat ze de warmtegeleidbaarheid van warmteoverdrachtsvloeistoffen verhogen. Hieronder vindt u voorbeelden van onderzoeksresultaten voor warmtegeleidende nanovloeistoffen die met ultrasone behandeling zijn bereid.

Productie van nanovloeistoffen op basis van aluminium met ultrasoon geluid

Buonomo et al. (2015) toonden de verbeterde warmtegeleidbaarheid aan van nanovloeistoffen met Al2O3 die met ultrasone behandeling waren bereid.
Om nanodeeltjes van Al2O3 gelijkmatig in water te dispergeren, gebruikten de onderzoekers de sonicator met sonotrode UP400S van Hielscher. De ultrasoon gedeagglomereerde en gedispergeerde aluminiumdeeltjes hadden in alle nanovloeistoffen een deeltjesgrootte van circa 120 nm – onafhankelijk van de deeltjesconcentratie. De warmtegeleidbaarheid van de nanovloeistoffen nam bij hogere temperaturen toe in vergelijking met zuiver water. Bij een concentratie van 0,5% aan deeltjes van Al2O3 en een kamertemperatuur van 25°C bedraagt de toename van de warmtegeleidbaarheid slechts ongeveer 0,57%, maar bij 65°C stijgt deze waarde tot ongeveer 8%. Bij een volumeconcentratie van 4% neemt de verbetering toe van 7,6% tot 14,4% wanneer de temperatuur stijgt van 25°C tot 65°C.
[vgl. Buonomo et al., 2015]

Productie van nanovloeistoffen op basis van boornitride met sonicatie

Ilhan et al. (2016) onderzochten de warmtegeleidbaarheid van nanovloeistoffen op basis van hexagonaal boornitride (hBN). Hiervoor wordt een reeks goed gedispergeerde, stabiele nanovloeistoffen met hBN-nanodeeltjes met een gemiddelde diameter van 70 nm geproduceerd met een tweestapsmethode waarbij ultrasone behandeling en oppervlakteactieve stoffen zoals natriumdodecylsulfaat (SDS) en polyvinylpyrrolidon (PVP) worden gebruikt. De ultrasoon gedispergeerde nanovloeistof van hBN en water vertoont zelfs bij zeer lage deeltjesconcentraties een aanzienlijke toename van de warmtegeleidbaarheid. Sonicatie met de sonicator met sonotrode UP400S verkleinde de gemiddelde deeltjesgrootte van de aggregaten tot het bereik van 40–60 nm. De onderzoekers concluderen dat grote en dichte boornitrideaggregaten, die in onbehandelde droge toestand werden waargenomen, worden opgebroken door het ultrasone behandelingsproces en de toevoeging van oppervlakteactieve stoffen. Dit maakt ultrasone dispersie tot een effectieve methode voor de bereiding van nanovloeistoffen op waterbasis met verschillende deeltjesconcentraties.
[vgl. Ilhan et al., 2016]

“Ultrasone behandeling is in de literatuur het meest gebruikte proces om de stabiliteit van nanovloeistoffen te verhogen.” [Ilhan et al., 2016] Ook in de industriële productie is sonicatie tegenwoordig de effectiefste, betrouwbaarste en economisch voordeligste techniek om langdurig stabiele nanovloeistoffen met uitstekende prestaties te verkrijgen.

Industriële sonicatoren voor de productie van koelmiddelen

Wetenschappelijk bewezen, industrieel gevestigd – sonicatoren van Hielscher voor de productie van nanovloeistoffen
Ultrasone dispergeerapparaten met hoge afschuiving zijn betrouwbare machines voor de continue productie van koelmiddelen en warmteoverdrachtsvloeistoffen met hoge prestaties. Ultrasoon aangedreven mengen staat bekend om zijn efficiëntie en betrouwbaarheid – zelfs onder veeleisende mengomstandigheden.
Met apparatuur van Hielscher Ultrasonics kunnen niet-giftige, niet-gevaarlijke nanovloeistoffen worden bereid, waarvan sommige zelfs geschikt zijn voor gebruik in levensmiddelen. Tegelijkertijd zijn al onze sonicatoren zeer efficiënt, betrouwbaar, veilig in gebruik en zeer robuust. Onze sonicatoren zijn gebouwd voor 24/7-bedrijf; zelfs onze tafelmodellen en middelgrote sonicatoren kunnen aanzienlijke volumes produceren.
Lees meer over de ultrasone productie van nanovloeistoffen of neem nu contact met ons op voor uitgebreid advies en een gratis voorstel voor een ultrasoon dispergeerapparaat!

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren:

In deze video tonen wij u een ultrasoon systeem van 2 kilowatt voor inlinegebruik in een spoelbare kast. Hielscher levert ultrasone apparatuur aan vrijwel alle industrieën, zoals de chemische, farmaceutische en cosmetische industrie, en voor petrochemische processen en extractieprocessen met oplosmiddelen. Deze spoelbare roestvaststalen kast is ontworpen voor gebruik in explosiegevaarlijke zones. Hiervoor kan de klant de afgedichte kast met stikstof of verse lucht spoelen om te voorkomen dat brandbare gassen of dampen de kast binnendringen.