Ciecze chłodzące na bazie nanocieczy przewodzących ciepło

Nanociecze syntetyzowane ultradźwiękowo są wydajnymi cieczami chłodzącymi i cieczami do wymienników ciepła. Nanomateriały przewodzące ciepło znacznie zwiększają zdolność do przenoszenia i odprowadzania ciepła. Sonikacja jest dobrze ugruntowaną metodą syntezy i funkcjonalizacji nanocząstek przewodzących ciepło, a także produkcji stabilnych nanocieczy o wysokiej wydajności do zastosowań chłodniczych.

Wpływ nanocieczy na parametry cieplno-hydrauliczne

Przewodność cieplna materiału jest miarą jego zdolności do przewodzenia ciepła. W przypadku cieczy chłodzących i płynów do przenoszenia ciepła (zwanych również płynami termicznymi lub olejami termicznymi) pożądana jest wysoka przewodność cieplna. Liczne nanomateriały mają doskonałe właściwości przewodzenia ciepła. Aby wykorzystać wyjątkową zdolność nanomateriałów do przewodzenia ciepła, jako ciecze chłodzące stosuje się tak zwane nanociecze. Nanociecz to płyn, w którym cząstki o rozmiarach nanometrowych są zawieszone w płynie bazowym, takim jak woda, glikol lub olej, gdzie tworzą roztwór koloidalny. Nanociecze mogą wykazywać znacznie wyższą przewodność cieplną niż ciecze bez nanocząstek lub większych cząstek. Materiał, rozmiar, lepkość, ładunek powierzchniowy i stabilność w płynie rozproszonych nanocząstek znacząco wpływają na właściwości cieplne nanocieczy. Nanociecze szybko zyskują na znaczeniu w zastosowaniach związanych z przenoszeniem ciepła, ponieważ wykazują lepszą wydajność przenoszenia ciepła niż konwencjonalne płyny bazowe.
Dyspergowanie ultradźwiękowe jest wysoce wydajną, niezawodną i ugruntowaną w przemyśle techniką wytwarzania nanocieczy o wysokiej zdolności do przenoszenia ciepła.

Nanociecze wytwarzane ultradźwiękowo są wydajnymi chłodziwami i cieczami do wymienników ciepła. Nanomateriały przewodzące ciepło znacznie zwiększają zdolność do wymiany i odprowadzania ciepła. Sonikacja jest uznaną metodą syntezy i funkcjonalizacji nanocząstek przewodzących ciepło oraz produkcji stabilnych, wysoce wydajnych nanocieczy do zastosowań chłodniczych.

Sonikacja pozwala wykorzystać zalety cząstek o rozmiarach nanometrowych, takie jak

• wysoki stosunek powierzchni do objętości zapewniający znacznie większe szybkości przenoszenia energii i masy
• mała masa zapewniająca bardzo dobrą stabilność koloidalną
• mała bezwładność, która minimalizuje erozję

Te cechy związane z rozmiarami nanometrowymi nadają nanocieczom wyjątkową przewodność cieplną. Dyspergowanie ultradźwiękowe jest najbardziej wydajną techniką wytwarzania funkcjonalizowanych nanocząstek i nanocieczy.

Nanociecze wytwarzane ultradźwiękowo o wyjątkowej zdolności do przewodzenia ciepła

Udowodniono już, że liczne nanomateriały – takie jak CNT, krzemionka, grafen, glin, srebro, azotek boru i wiele innych – zwiększają zdolność płynów do przenoszenia ciepła do przewodzenia ciepła. Poniżej przedstawiono przykładowe wyniki badań nad nanocieczami przewodzącymi ciepło, przygotowanymi z zastosowaniem sonikacji.

Produkcja nanocieczy na bazie glinu z zastosowaniem ultradźwięków

Buonomo et al. (2015) wykazali poprawę przewodności cieplnej nanocieczy Al2O3 przygotowanych z zastosowaniem sonikacji.
Aby równomiernie rozproszyć nanocząstki Al2O3 w wodzie, badacze użyli sonikatora Hielscher UP400S z sonotrodą. Cząstki glinu poddane ultradźwiękowej deaglomeracji i dyspergowaniu osiągnęły rozmiar około 120 nm we wszystkich nanocieczach – niezależnie od stężenia cząstek. Przewodność cieplna nanocieczy wzrastała w wyższych temperaturach w porównaniu z czystą wodą. Przy stężeniu cząstek Al2O3 wynoszącym 0,5% i temperaturze pokojowej 25°C wzrost przewodności cieplnej wynosi tylko około 0,57%, ale przy 65°C wartość ta wzrasta do około 8%. Przy stężeniu objętościowym 4% poprawa wzrasta z 7,6% do 14,4% wraz ze wzrostem temperatury z 25°C do 65°C.
[por. Buonomo et al., 2015]

Produkcja nanocieczy na bazie azotku boru z zastosowaniem sonikacji

Ilhan et al. (2016) badali przewodność cieplną nanocieczy na bazie heksagonalnego azotku boru (hBN). W tym celu wytworzono serię dobrze zdyspergowanych, stabilnych nanocieczy zawierających nanocząstki hBN o średniej średnicy 70 nm metodą dwuetapową obejmującą sonikację oraz zastosowanie środków powierzchniowo czynnych, takich jak dodecylosiarczan sodu (SDS) i poliwinylopirolidon (PVP). Nanociecz hBN–woda zdyspergowana ultradźwiękowo wykazuje znaczny wzrost przewodności cieplnej nawet przy bardzo niskich stężeniach cząstek. Sonikacja za pomocą sonikatora UP400S z sonotrodą zmniejszyła średni rozmiar cząstek agregatów do zakresu 40–60 nm. Badacze stwierdzają, że duże i zwarte agregaty azotku boru, obserwowane w suchym stanie przed obróbką, są rozbijane w procesie sonikacji z dodatkiem środków powierzchniowo czynnych. Dzięki temu dyspergowanie ultradźwiękowe jest skuteczną metodą przygotowywania nanocieczy na bazie wody o różnych stężeniach cząstek.
[por. Ilhan et al., 2016]

„Sonikacja jest najczęściej stosowanym w literaturze procesem zwiększania stabilności nanocieczy.” [Ilhan et al., 2016] Również w produkcji przemysłowej sonikacja jest obecnie najbardziej skuteczną, niezawodną i ekonomiczną techniką uzyskiwania nanocieczy o długotrwałej stabilności i wyjątkowej wydajności.

Sonikatory przemysłowe do produkcji cieczy chłodzących

Potwierdzone naukowo, ugruntowane w przemyśle – sonikatory Hielscher do produkcji nanocieczy
Ultradźwiękowe dyspergatory o wysokim ścinaniu są niezawodnymi maszynami do ciągłej produkcji wysokowydajnych cieczy chłodzących i płynów do przenoszenia ciepła. Mieszanie napędzane ultradźwiękami jest znane ze swojej wydajności i niezawodności – nawet w wymagających warunkach mieszania.
Urządzenia Hielscher Ultrasonics pozwalają przygotowywać nietoksyczne, niestwarzające zagrożeń nanociecze, z których niektóre nadają się nawet do kontaktu z żywnością. Jednocześnie wszystkie nasze sonikatory są wysoce wydajne, niezawodne, bezpieczne w obsłudze i bardzo wytrzymałe. Zaprojektowane do pracy 24/7, nawet nasze sonikatory stołowe i średniej wielkości są zdolne do produkcji znacznych objętości.
Dowiedz się więcej o ultradźwiękowej produkcji nanocieczy lub skontaktuj się z nami już teraz, aby uzyskać szczegółową konsultację i bezpłatną ofertę na dyspergator ultradźwiękowy!

Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:

W tym filmie przedstawiamy układ ultradźwiękowy o mocy 2 kilowatów do pracy przepływowej, umieszczony w szafie z przedmuchem. Hielscher dostarcza urządzenia ultradźwiękowe do niemal wszystkich gałęzi przemysłu, w tym chemicznego, farmaceutycznego i kosmetycznego, a także do procesów petrochemicznych oraz ekstrakcji z użyciem rozpuszczalników. Ta szafa ze stali nierdzewnej z możliwością przedmuchu jest przeznaczona do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. W tym celu klient może przedmuchiwać szczelną szafę azotem lub świeżym powietrzem, aby zapobiec przedostawaniu się do jej wnętrza łatwopalnych gazów lub par.