Nanovloeistoffen maken

Een nanovloeistof is een technische vloeistof die bestaat uit een basisvloeistof met nanodeeltjes. Voor de synthese van nanovloeistoffen is een efficiënte en betrouwbare homogenisatie- en deagglomeratietechniek nodig om een hoge mate van uniforme dispersie te garanderen. Ultrasone dispergeerders zijn de superieure technologie om nanovloeistoffen met uitstekende eigenschappen te produceren. Ultrasone dispersie blinkt uit door efficiëntie, snelheid, eenvoud, betrouwbaarheid en gebruiksvriendelijkheid.

Wat zijn nanovloeistoffen?

Een nanovloeistof is een vloeistof die deeltjes van nanogrootte (≺100nm) bevat, meestal nanodeeltjes genoemd. Nanodeeltjes die gebruikt worden in nanovloeistoffen zijn meestal gemaakt van metalen, oxiden, carbiden of koolstofnanobuizen. Deze nanodeeltjes worden gedispergeerd in een basisvloeistof (bijv. water, olie, enz.) om een kunstmatige colloïdale suspensie te verkrijgen, d.w.z. de nanovloeistof. Nanovloeistoffen vertonen verbeterde thermofysische eigenschappen zoals thermische geleidbaarheid, thermische diffusie, viscositeit en convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënten in vergelijking met de materiaaleigenschappen van de basisvloeistof.
Een veelgebruikte toepassing van nanovloeistoffen is het gebruik ervan als koelmiddel. Door de toevoeging van nanodeeltjes aan conventionele koelmiddelen (zoals water, olie, ethyleenglycol, polyalfaolefine enz.) worden de thermische eigenschappen van de conventionele koelmiddelen verbeterd.

• vloeistoffen voor koeling/warmteoverdracht
• smeermiddelen
• biomedische toepassing

Nanovloeistoffen maken met een ultrasone homogenisator

De microstructuur van nanovloeistoffen kan worden beïnvloed en gemanipuleerd door de meest geschikte homogenisatietechnologie en verwerkingsparameters toe te passen. Ultrasone dispersie heeft zich bewezen als een zeer efficiënte en betrouwbare techniek voor de bereiding van nanovloeistoffen. Ultrasone dispergeerders worden in onderzoek en industrie gebruikt voor het synthetiseren, malen, dispergeren en homogeniseren van nanodeeltjes met een hoge uniformiteit en een smalle deeltjesgrootteverdeling. Procesparameters voor de synthese van nanovloeistoffen zijn onder andere ultrasone energie-input, ultrasone amplitude, temperatuur, druk en zuurgraad. Verder zijn de soorten en concentraties van reactanten en additieven en de volgorde waarin de additieven aan de oplossing worden toegevoegd belangrijke factoren.
Het is bekend dat de eigenschappen van nanovloeistoffen sterk afhangen van de structuur en vorm van nanomaterialen. Daarom is het verkrijgen van controleerbare microstructuren van de nanovloeistoffen de belangrijkste factor die bijdraagt aan de functionaliteit en kwaliteit van nanovloeistoffen. Het gebruik van geoptimaliseerde ultrasoonparameters zoals amplitude, druk, temperatuur en energie-input (Ws/mL) is de sleutel tot het produceren van een stabiele, uniforme nanovloeistof van hoge kwaliteit. Ultrasoonbehandeling kan met succes worden toegepast om de deeltjes te deagglomereren en te dispergeren tot afzonderlijke gedispergeerde nanodeeltjes. Met een kleinere deeltjesgrootte nemen de Brownse beweging (Brownse snelheid) en de deeltjes-deeltjesinteracties toe, wat resulteert in stabielere nanovloeistoffen. Hielscher ultrasone systemen maken een nauwkeurige regeling van alle belangrijke procesparameters mogelijk, kunnen continu werken met hoge amplitudes (24/7/365) en worden geleverd met automatische gegevensprotocollering voor een eenvoudige evaluatie van alle sonicatieruns.

Ultrasoon gedispergeerd siliciumdioxide van nanogrootte

Sonificatie verbeterde stabiliteit van nanovloeistoffen

Bij nanovloeistoffen leidt agglomeratie van nanodeeltjes niet alleen tot afzetting en verstopping van microkanalen, maar ook tot een afname van de thermische geleidbaarheid van nanovloeistoffen. Ultrasone deagglomeratie en dispersie worden veel toegepast in de materiaalkunde en industrie. Sonificatie is een beproefde techniek om stabiele nanodispersies te bereiden met een uniforme verdeling van nanodeeltjes en een grote stabiliteit. Daarom zijn Hielscher ultrasone dispergeerders de voorkeurstechnologie voor de productie van nanovloeistoffen.

Ultrasoon geproduceerde nanovloeistoffen in onderzoek

Onderzoek heeft de effecten van ultrasoonbehandeling en ultrasone parameters op de eigenschappen van nanovloeistoffen onderzocht. Lees meer over wetenschappelijke bevindingen over ultrasone bereiding van nanovloeistoffen.

Ultrasone effecten op de bereiding van Al2O3 nanovloeistof

Noroozi et al. (2014) ontdekten dat bij "een hogere deeltjesconcentratie, de thermische diffusie van de nanovloeistoffen sterker toenam door sonicatie. Bovendien werd een grotere stabiliteit en verbetering van de thermische diffusie verkregen door de nanovloeistoffen vóór de meting te sonificeren met de sonde sonicator met een hoger vermogen." De verbetering van de thermische diffusie was groter bij de kleinere NP's. Dit komt doordat kleinere deeltjes een grotere effectieve oppervlakte-volumeverhouding hebben. Kleinere deeltjes hielpen dus bij het vormen van een stabiele nanovloeistof en sonicatie met een ultrasone sonde had een aanzienlijk effect op de thermische diffusie. (Noroozi et al. 2014)

Stap-voor-stap instructie voor de ultrasone productie van Al2O3-water nanovloeistoffen

Weeg eerst de massa van Al2O3 nanodeeltjes af met een digitale elektronische balans. Doe vervolgens geleidelijk Al2O3 nanodeeltjes in het afgewogen gedestilleerde water en roer het Al2O3-watermengsel. Sonificeer het mengsel continu gedurende 1 uur met een ultrasoon sondeapparaat UP400S (400 W, 24 kHz, zie foto links) om een uniforme dispersie van nanodeeltjes in gedestilleerd water te verkrijgen. De nanovloeistoffen kunnen in verschillende fracties worden bereid (0,1%, 0,5% en 1%). Er zijn geen oppervlakteactieve stoffen of pH-veranderingen nodig. (Isfahani et al., 2013)

Ultrasoon afgestemde waterige ZnO nanovloeistoffen

Elcioglu et al. (2021) stellen in hun wetenschappelijke studie dat "ultrasoonbehandeling een essentieel proces is voor een goede dispersie van nanodeeltjes in basisvloeistof en stabiliteit, evenals voor optimale eigenschappen voor echte toepassingen." Ze gebruikten de ultrasoonmachine UP200Ht om ZnO / water nanovloeistoffen te produceren. Sonificatie had duidelijke effecten op de oppervlaktespanning van de waterige ZnO nanovloeistof. De bevindingen van de onderzoekers leiden tot de conclusie dat oppervlaktespanning, nanofilmvorming en andere gerelateerde eigenschappen van elke nanovloeistof kunnen worden aangepast en afgesteld onder de juiste ultrasoonomstandigheden.

Ultrasone homogenisatoren voor de productie van nanovloeistoffen

Hielscher Ultrasonics ontwerpt, produceert en distribueert hoogwaardige ultrasone dispergeerapparaten voor allerlei homogenisatie- en deagglomeratietoepassingen. Bij de productie van nanovloeistoffen zijn een nauwkeurige sonicatieregeling en een betrouwbare ultrasone behandeling van de nanodeeltjes van cruciaal belang.
De processoren van Hielscher Ultrasonics geven u volledige controle over alle belangrijke procesparameters, zoals energie-input, ultrasone intensiteit, amplitude, druk, temperatuur en retentietijd. Daardoor kunt u de parameters aanpassen aan optimale omstandigheden, wat vervolgens leidt tot nanovloeistoffen van hoge kwaliteit.

• Voor elk volume / capaciteit: Hielscher biedt ultrasoonapparatuur en een breed assortiment accessoires. Hierdoor kan het ideale ultrasone systeem voor uw toepassing en productiecapaciteit worden geconfigureerd. Van kleine flesjes met milliliters tot grote volumestromen van duizenden liters per uur, Hielscher biedt de geschikte ultrasoonoplossing voor uw proces.
• Robuustheid: Onze ultrasone systemen zijn robuust en betrouwbaar. Alle Hielscher ultrasone systemen zijn gebouwd voor 24/7/365 werking en vereisen zeer weinig onderhoud.
• Gebruiksvriendelijkheid: De geavanceerde software van onze ultrasone apparaten maakt het mogelijk om vooraf sonicatie-instellingen te selecteren en op te slaan voor een eenvoudige en betrouwbare sonicatie. Het intuïtieve menu is eenvoudig toegankelijk via een digitaal gekleurd touch-display. Met de browserbediening op afstand kunt u het apparaat bedienen en controleren via elke internetbrowser. Automatische gegevensregistratie slaat de procesparameters van elke sonicatierun op een ingebouwde SD-kaart op.

De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines: