Nanovloeistoffen maken

Een nanovloeistof is een technisch vervaardigde vloeistof die bestaat uit een basisvloeistof met nanodeeltjes. Voor de synthese van nanovloeistoffen is een doeltreffende en betrouwbare homogenisatie- en deagglomeratietechniek vereist 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), gewoonlijk nanodeeltjes genoemd, bevat. Nanodeeltjes die in nanovloeistoffen worden gebruikt, zijn meestal gemaakt van metalen, oxiden, carbiden of koolstofnanobuizen. Deze nanodeeltjes worden gedispergeerd in een basisvloeistof (bv. water, olie, enz.) om een gemanipuleerde colloïdale suspensie te verkrijgen, d.w.z. de nanovloeistof. Nanovloeistoffen vertonen verbeterde thermofysische eigenschappen, zoals thermische geleidbaarheid, thermische diffusie, viscositeit en convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënten, vergeleken met de materiaaleigenschappen van de basisvloeistof.
Een veelgebruikte toepassing van nanovloeistoffen is het gebruik ervan als koelvloeistof of koelmiddel. Door toevoeging van nanodeeltjes aan conventionele koelmiddelen (zoals water, olie, ethyleenglycol, polyalfaolefine, enz.) worden de thermische eigenschappen van de conventionele koelmiddelen verbeterd.

• vloeistoffen voor koeling en warmteoverdracht
• smeermiddelen
• biomedische toepassing

Nanovloeistoffen maken met een ultrasone homogenisator

De microstructuur van nanovloeistoffen kan worden beïnvloed en gemanipuleerd door de toepassing van de meest geschikte homogeniseringstechnologie en verwerkingsparameters. 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 de synthese, vermaling, dispersie en homogenisering van nanodeeltjes met hoge uniformiteit en een smalle deeltjesgrootteverdeling. Procesparameters voor de synthese van nanovloeistoffen zijn onder meer ultrasone energie-input, ultrasone amplitude, temperatuur, druk en zuurgraad. Verder zijn de soorten en concentraties van de reactanten en additieven, alsmede 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-inbreng (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 in enkele gedispergeerde nanodeeltjes. Naarmate de deeltjes kleiner zijn, nemen zowel de Brownse beweging (Brownse snelheid) als de deeltjes-deeltjesinteracties toe, wat resulteert in stabielere nanovloeistoffen. Hielscher ultrasoonapparaten maken een nauwkeurige regeling van alle belangrijke verwerkingsparameters mogelijk, kunnen continu op hoge amplitudes werken (24/7/365) en worden geleverd met automatische gegevensprotocollering voor eenvoudige evaluatie van alle soniceringsruns.

Ultrasoon gedispergeerde silica van nanogrootte

Sonicatie verbetert de stabiliteit van nanovloeistoffen

Bij nanovloeistoffen leidt agglomeratie van nanodeeltjes niet alleen tot afzetting en verstopping van microkanalen, maar ook tot vermindering van de thermische geleidbaarheid van nanovloeistoffen. Ultrasone deagglomeratie en dispersie worden veel toegepast in de materiaalkunde en de industrie. Sonificatie is een beproefde techniek om stabiele nano-dispersies met een uniforme nanodeeltjesverdeling en grote stabiliteit te bereiden. Daarom zijn Hielscher ultrasone dispergeerapparaten de technologie bij uitstek voor de productie van nanovloeistoffen.

Ultrasoon geproduceerde nanovloeistoffen in onderzoek

In onderzoek zijn de effecten van ultrasoonbehandeling en ultrasoonparameters op de eigenschappen van nanovloeistoffen onderzocht. Lees meer over wetenschappelijke bevindingen over ultrasone nanovloeistofbereiding.

Ultrasone effecten op Al2O3 Nanovloeistof Bereiding

Noroozi et al. (2014) vonden dat bij "hogere deeltjesconcentratie er een grotere verbetering van de thermische diffusiviteit van de nanovloeistoffen als gevolg van sonicatie was. Bovendien werden een grotere stabiliteit en verbetering van de thermische diffusiviteit verkregen door de nanovloeistoffen voorafgaand aan de meting te soniceren met de sondesonicator met een hoger vermogen." De verbetering van de thermische diffusiviteit was groter voor de kleinere NP's. Dit komt doordat kleinere deeltjes een hogere effectieve oppervlakte-volumeverhouding hebben. Kleinere deeltjes hielpen dus een stabiele nanovloeistof te vormen en sonicatie met een ultrasone sonde resulteerde in een aanzienlijk effect op de thermische diffusiviteit. (Noroozi et al. 2014)

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

Weeg eerst de massa van Al2O3-nanopartikels met een digitale elektronische balans. Doe vervolgens geleidelijk Al2O3 nanodeeltjes in het afgewogen gedestilleerde water en schud het Al2O3-water mengsel. Sonificeer het mengsel continu gedurende 1 uur met een ultrasoon sonde-type apparaat UP400S (400W, 24kHz, zie foto links) om een uniforme dispersie van nanodeeltjes in gedestilleerd water te verkrijgen. De nanovloeistoffen kunnen in verschillende fracties (0,1%, 0,5%, en 1%) worden bereid. Er zijn geen veranderingen van oppervlakte-actieve stof of pH 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, alsmede voor optimale eigenschappen voor toepassingen in de echte wereld." Zij 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 de oppervlaktespanning, nanofilmvorming en andere gerelateerde kenmerken van elke nanovloeistof kunnen worden aangepast en afgestemd onder de juiste ultrasone omstandigheden.

Ultrasone homogenisatoren voor de productie van nanovloeistoffen

Hielscher Ultrasonics ontwerpt, produceert en distribueert hoogwaardige ultrasone dispergeerapparaten voor alle soorten homogenisatie- en deagglomeratietoepassingen. Bij de productie van nanovloeistoffen zijn nauwkeurige sonicatieregeling en een betrouwbare ultrasone behandeling van de nanodeeltjes-suspensie van cruciaal belang.
De processoren van Hielscher Ultrasonics geven u volledige controle over alle belangrijke verwerkingsparameters, 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 ultrasoonapparaten en een breed scala aan accessoires. Dit maakt het mogelijk het ideale ultrasoon systeem voor uw toepassing en productiecapaciteit te configureren. Van kleine flesjes met milliliters tot grote volumestromen van duizenden liters per uur, Hielscher biedt de geschikte ultrasoonoplossing voor uw proces.
• Robuustheid: Onze ultrasoon systemen zijn robuust en betrouwbaar. Alle Hielscher ultrasooninstallaties zijn gebouwd voor 24/7/365 werking en vergen zeer weinig onderhoud.
• Gebruiksvriendelijkheid: De geavanceerde software van onze ultrasone toestellen maakt het mogelijk sonicatie-instellingen vooraf te selecteren en op te slaan voor een eenvoudige en betrouwbare sonicatie. Het intuïtieve menu is gemakkelijk toegankelijk via een digitaal gekleurd touch-display. Met de browserbesturing op afstand kunt u het apparaat via elke internetbrowser bedienen en controleren. Automatische gegevensopslag slaat de procesparameters van elke sonicatierun op een ingebouwde SD-kaart op.

Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: