Hoe maak je nanovloeistoffen?

Een nanovloeistof is een speciaal ontwikkelde vloeistof die bestaat uit een basisvloeistof met nanodeeltjes. Voor de synthese van nanovloeistoffen is een doeltreffende en betrouwbare techniek voor homogenisatie en deagglomeratie nodig om een hoge mate van uniforme dispersie te waarborgen. Ultrasone dispergeerapparaten zijn de superieure technologie om nanovloeistoffen met uitstekende eigenschappen te produceren. Ultrasone dispersie blinkt uit in efficiëntie, snelheid, eenvoud, betrouwbaarheid en gebruiksvriendelijkheid.

Wat zijn nanovloeistoffen?

Een nanovloeistof is een vloeistof die deeltjes op nanoschaal (≺100nm) bevat, doorgaans nanodeeltjes genoemd. Nanodeeltjes die in nanovloeistoffen worden gebruikt, bestaan meestal uit metalen, oxiden, carbiden of koolstofnanobuisjes. Deze nanodeeltjes worden gedispergeerd in een basisvloeistof (bijv. water, olie enz.) om een speciaal ontwikkelde colloïdale suspensie te verkrijgen, oftewel de nanovloeistof. Nanovloeistoffen vertonen verbeterde thermofysische eigenschappen, zoals warmtegeleidingsvermogen, thermische diffusiviteit, viscositeit en convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënten, ten opzichte van de materiaaleigenschappen van de basisvloeistof.
Een veelvoorkomende toepassing van nanovloeistoffen is het gebruik als koelvloeistof of koudemiddel. Door nanodeeltjes toe te voegen aan conventionele koelvloeistoffen (zoals water, olie, ethyleenglycol, polyalfaolefine enz.) worden de thermische eigenschappen van de conventionele koelvloeistoffen verbeterd.

• koelvloeistoffen / warmteoverdrachtsvloeistoffen
• smeermiddelen
• biomedische toepassing

Nanovloeistoffen maken met een ultrasone homogenisator

De microstructuur van nanovloeistoffen kan worden beïnvloed en gemanipuleerd door de meest geschikte homogenisatietechnologie en procesparameters toe te passen. Ultrasone dispersie heeft zich bewezen als een zeer efficiënte en betrouwbare techniek voor de bereiding van nanovloeistoffen. Ultrasone dispergeerapparaten worden in onderzoek en industrie gebruikt om nanodeeltjes met een hoge uniformiteit en een smalle deeltjesgrootteverdeling te synthetiseren, malen, dispergeren en homogeniseren. Procesparameters voor de synthese van nanovloeistoffen omvatten de ultrasone energietoevoer, ultrasone amplitude, temperatuur, druk en zuurgraad. Daarnaast zijn de soorten en concentraties van reactanten en additieven, evenals de volgorde waarin de additieven aan de oplossing worden toegevoegd, belangrijke factoren.
Het is algemeen bekend dat de eigenschappen van nanovloeistoffen sterk afhangen van de structuur en vorm van nanomaterialen. Daarom is het verkrijgen van beheersbare microstructuren van de nanovloeistoffen de belangrijkste factor die bijdraagt aan de functionaliteit en kwaliteit van nanovloeistoffen. Het gebruik van geoptimaliseerde sonicatieparameters, zoals amplitude, druk, temperatuur en energietoevoer (Ws/mL), is de sleutel tot de productie van een stabiele, uniforme nanovloeistof van hoge kwaliteit. Sonicatie kan met succes worden toegepast om deeltjes te deagglomereren en te dispergeren tot afzonderlijk gedispergeerde nanodeeltjes. Bij een kleinere deeltjesgrootte nemen zowel de brownse beweging (brownse snelheid) als de interacties tussen deeltjes toe, wat resulteert in stabielere nanovloeistoffen. Sonicatoren van Hielscher maken nauwkeurige regeling van alle belangrijke procesparameters mogelijk, kunnen continu met hoge amplitudes werken (24/7/365) en zijn voorzien van automatische gegevensregistratie voor een eenvoudige evaluatie van alle sonicatiecycli.

Ultrasoon gedispergeerd silica op nanoschaal

Door sonicatie verbeterde stabiliteit van nanovloeistoffen

Bij nanovloeistoffen leidt agglomeratie van nanodeeltjes niet alleen tot bezinking en verstopping van microkanalen, maar ook tot een afname van het warmtegeleidingsvermogen van de nanovloeistoffen. Ultrasone deagglomeratie en dispersie worden op grote schaal toegepast in de materiaalkunde en de industrie. Sonicatie is een beproefde techniek om stabiele nanodispersies met een uniforme verdeling van nanodeeltjes en een hoge stabiliteit te bereiden. Daarom zijn ultrasone dispergeerapparaten van Hielscher de voorkeurstechnologie voor de productie van nanovloeistoffen.

Ultrasoon geproduceerde nanovloeistoffen in onderzoek

Er is onderzoek gedaan naar de effecten van sonicatie en ultrasone parameters op de eigenschappen van nanovloeistoffen. Lees meer over wetenschappelijke bevindingen over de ultrasone bereiding van nanovloeistoffen.

Ultrasone effecten op de bereiding van nanovloeistoffen met Al2O3

Noroozi et al. (2014) ontdekten dat bij een “hogere deeltjesconcentratie de thermische diffusiviteit van de nanovloeistoffen sterker toenam door sonicatie. Bovendien werden een grotere stabiliteit en een sterkere toename van de thermische diffusiviteit verkregen door de nanovloeistoffen vóór de meting te soniceren met de sonicator met sonde met een hoger vermogen.” De toename van de thermische diffusiviteit was groter bij de kleinere nanodeeltjes. Dit komt doordat kleinere deeltjes een hogere verhouding tussen effectief oppervlak en volume hebben. Kleinere deeltjes hielpen dus bij de vorming van een stabiele nanovloeistof en sonicatie met een ultrasone sonde had een aanzienlijk effect op de thermische diffusiviteit. (Noroozi et al. 2014)

Stapsgewijze instructies voor de ultrasone productie van nanovloeistoffen op basis van Al2O3 en water

Weeg eerst de massa van de Al2O3-nanodeeltjes met een digitale elektronische weegschaal. Voeg vervolgens geleidelijk Al2O3-nanodeeltjes toe aan het afgewogen gedestilleerde water en roer het mengsel van Al2O3 en water. Soniceer het mengsel gedurende 1h continu met een ultrasoon apparaat met sonde, de UP400S (400W, 24kHz, zie afbeelding links), om een uniforme dispersie van nanodeeltjes in gedestilleerd water te produceren. De nanovloeistoffen kunnen met verschillende fracties (0,1%, 0,5% en 1%) worden bereid. Er zijn geen oppervlakteactieve stoffen of pH-aanpassingen nodig. (Isfahani et al., 2013)

Ultrasoon afgestemde waterige nanovloeistoffen met ZnO

Elcioglu et al. (2021) stellen in hun wetenschappelijke studie dat “Sonicatie een essentieel proces is voor een goede dispersie van nanodeeltjes in de basisvloeistof en voor stabiliteit, evenals voor optimale eigenschappen voor toepassingen in de praktijk.” Ze gebruikten de sonicator UP200Ht om nanovloeistoffen op basis van ZnO / water te produceren. Sonicatie had duidelijke effecten op de oppervlaktespanning van de waterige nanovloeistof met ZnO. De bevindingen van de onderzoekers leiden tot de conclusie dat de oppervlaktespanning, nanofilmvorming en andere gerelateerde eigenschappen van elke nanovloeistof onder geschikte sonicatieomstandigheden kunnen worden aangepast en afgestemd.

Ultrasone homogenisatoren voor de productie van nanovloeistoffen

Hielscher Ultrasonics ontwerpt, produceert en distribueert ultrasone dispergeerapparaten met hoge prestaties voor allerlei toepassingen op het gebied van homogenisatie en deagglomeratie. Bij de productie van nanovloeistoffen zijn nauwkeurige regeling van de sonicatie en een betrouwbare ultrasone behandeling van de suspensie van nanodeeltjes cruciaal.
De processoren van Hielscher Ultrasonics geven u volledige controle over alle belangrijke procesparameters, zoals energietoevoer, ultrasone intensiteit, amplitude, druk, temperatuur en verblijftijd. Zo kunt u de parameters aanpassen aan geoptimaliseerde omstandigheden, wat vervolgens leidt tot nanovloeistoffen van hoge kwaliteit.

• Voor elk volume? elke capaciteit: Hielscher biedt sonicatoren en een breed assortiment accessoires. Hiermee kan het ideale ultrasone systeem voor uw toepassing en productiecapaciteit worden samengesteld. Van kleine flesjes met milliliters tot grote volumestromen van duizenden gallons per uur biedt Hielscher de geschikte ultrasone oplossing voor uw proces.
• Robuustheid: Onze ultrasone systemen zijn robuust en betrouwbaar. Alle sonicatoren van Hielscher zijn gebouwd voor gebruik gedurende 24/7/365 en vereisen zeer weinig onderhoud.
• Gebruiksvriendelijkheid: De geavanceerde software van onze ultrasone apparaten maakt het mogelijk sonicatie-instellingen vooraf te selecteren en op te slaan voor eenvoudige en betrouwbare sonicatie. Het intuïtieve menu is gemakkelijk toegankelijk via een digitaal kleurentouchscreen. Met de browserbediening op afstand kunt u via elke internetbrowser bedienen en monitoren. Automatische gegevensregistratie slaat de procesparameters van elke sonicatiecyclus op een ingebouwde SD-kaart op.

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