Jak wytwarzać nanopłyny

Nanofluid to płyn składający się z płynu bazowego zawierającego nanocząstki. Do syntezy nanofluidów wymagana jest skuteczna i niezawodna technika homogenizacji i deaglomeracji, aby zapewnić wysoki stopień jednorodnej dyspersji. Dyspergatory ultradźwiękowe są doskonałą technologią do produkcji nanofluidów o doskonałych właściwościach. Dyspersja ultradźwiękowa wyróżnia się wydajnością, szybkością, prostotą, niezawodnością i łatwością obsługi.

Czym są nanopłyny?

Nanofluid to płyn zawierający cząstki o rozmiarach nano (≺100nm), powszechnie nazywane nanocząstkami. Nanocząstki stosowane w nanofluidach są zazwyczaj wykonane z metali, tlenków, węglików lub nanorurek węglowych. Nanocząstki te są rozpraszane w płynie bazowym (np. wodzie, oleju itp.) w celu uzyskania zawiesiny koloidalnej, tj. nanofluidu. Nanofluidy wykazują ulepszone właściwości termofizyczne, takie jak przewodność cieplna, dyfuzyjność cieplna, lepkość i konwekcyjne współczynniki przenikania ciepła w porównaniu z właściwościami materiałowymi płynu bazowego.
Powszechnym zastosowaniem nanofluidów jest ich wykorzystanie jako chłodziwa lub czynnika chłodniczego. Dodanie nanocząsteczek do konwencjonalnych chłodziw (takich jak woda, olej, glikol etylenowy, polialfaolefiny itp.) poprawia ich właściwości termiczne.

• ciecze chłodzące / przenoszące ciepło
• smary
• zastosowanie biomedyczne

Wytwarzanie nanofluidów za pomocą homogenizatora ultradźwiękowego

Na mikrostrukturę nanofluidów można wpływać i manipulować nimi poprzez zastosowanie najbardziej odpowiedniej technologii homogenizacji i parametrów przetwarzania. Dyspersja ultradźwiękowa została udowodniona jako wysoce wydajna i niezawodna technika przygotowania nanofluidów. Dyspergatory ultradźwiękowe są wykorzystywane w badaniach i przemyśle do syntezy, mielenia, dyspergowania i homogenizacji nanocząstek o wysokiej jednorodności i wąskim rozkładzie wielkości cząstek. Parametry procesu syntezy nanofluidów obejmują wejście energii ultradźwiękowej, amplitudę ultradźwiękową, temperaturę, ciśnienie i kwasowość. Ponadto ważnymi czynnikami są rodzaje i stężenia reagentów i dodatków, a także kolejność, w jakiej dodatki są dodawane do roztworu.
Powszechnie wiadomo, że właściwości nanopłynów silnie zależą od struktury i kształtu nanomateriałów. Dlatego uzyskanie kontrolowanych mikrostruktur nanopłynów jest głównym czynnikiem, który przyczynia się do funkcjonalności i jakości nanopłynów. Zastosowanie zoptymalizowanych parametrów ultradźwiękowych, takich jak amplituda, ciśnienie, temperatura i energia wejściowa (Ws / ml), jest kluczem do uzyskania stabilnego, jednolitego, wysokiej jakości nanopłynu. Ultradźwięki mogą być z powodzeniem stosowane do deaglomeracji i rozpraszania cząstek w pojedyncze zdyspergowane nanocząstki. Przy mniejszym rozmiarze cząstek zwiększa się ruch Browna (prędkość Browna), a także interakcje cząstka-cząstka, co skutkuje bardziej stabilnymi nanofluidami. Ultradźwięki Hielscher umożliwiają precyzyjną kontrolę nad wszystkimi ważnymi parametrami przetwarzania, mogą pracować w sposób ciągły przy wysokich amplitudach (24/7/365) i są wyposażone w automatyczne protokołowanie danych w celu łatwej oceny wszystkich przebiegów sonikacji.

Ultradźwiękowo zdyspergowana nanorozmiarowa krzemionka

Sonikacja poprawia stabilność nanopłynów

W przypadku nanofluidów aglomeracja nanocząstek powoduje nie tylko osiadanie i zatykanie mikrokanałów, ale także zmniejszenie przewodności cieplnej nanofluidów. Ultradźwiękowa deaglomeracja i dyspersja są szeroko stosowane w materiałoznawstwie i przemyśle. Sonikacja jest sprawdzoną techniką przygotowania stabilnych nano-dyspersji o jednolitym rozkładzie nanocząstek i dużej stabilności. Dlatego dyspergatory ultradźwiękowe Hielscher są preferowaną technologią, jeśli chodzi o produkcję nanofluidów.

Ultradźwiękowo produkowane nanopłyny w badaniach

Badania dotyczyły wpływu ultradźwięków i parametrów ultradźwiękowych na właściwości nanopłynów. Przeczytaj więcej o odkryciach naukowych dotyczących ultradźwiękowego przygotowania nanofluidów.

Wpływ ultradźwięków na przygotowanie nanofluidu Al2O3

Noroozi et al. (2014) stwierdzili, że przy "wyższym stężeniu cząstek, nastąpiło większe zwiększenie dyfuzyjności cieplnej nanofluidów wynikające z sonikacji. Co więcej, większą stabilność i zwiększenie dyfuzyjności cieplnej uzyskano przez sonikację nanofluidów sonikatorem o większej mocy przed pomiarem." Zwiększenie dyfuzyjności cieplnej było większe w przypadku NP o mniejszych rozmiarach. Wynika to z faktu, że mniejsze cząstki mają wyższy efektywny stosunek powierzchni do objętości. W ten sposób mniejsze cząstki pomogły utworzyć stabilny nanofluid, a sonikacja za pomocą sondy ultradźwiękowej miała znaczący wpływ na dyfuzyjność cieplną. (Noroozi et al. 2014)

Instrukcja krok po kroku dla ultradźwiękowej produkcji nanopłynów Al2O3-woda

Najpierw należy zważyć masę nanocząstek Al2O3 za pomocą cyfrowej wagi elektronicznej. Następnie stopniowo umieszczać nanocząstki Al2O3 w zważonej wodzie destylowanej i mieszać mieszaninę Al2O3-woda. Sonikowanie mieszaniny w sposób ciągły przez 1 godzinę za pomocą urządzenia ultradźwiękowego typu UP400S (400W, 24kHz, patrz rys. po lewej) w celu uzyskania jednorodnej dyspersji nanocząstek w wodzie destylowanej. Nanofluidy można przygotować w różnych frakcjach (0,1%, 0,5% i 1%). Nie są potrzebne żadne środki powierzchniowo czynne ani zmiany pH. (Isfahani et al., 2013)

Ultradźwiękowo dostrojone wodne nanopłyny ZnO

Elcioglu et al. (2021) stwierdzają w swoim badaniu naukowym, że "Ultrasonizacja jest niezbędnym procesem dla właściwej dyspersji nanocząstek w płynie bazowym i stabilności, a także dla optymalnych właściwości dla rzeczywistych zastosowań". Do produkcji nanofluidów ZnO/woda wykorzystano ultrasonicator UP200Ht. Sonikacja miała wyraźny wpływ na napięcie powierzchniowe wodnego nanopłynu ZnO. Odkrycia naukowców prowadzą do wniosku, że napięcie powierzchniowe, tworzenie się nanofilmu i inne powiązane cechy każdego nanofluidu można regulować i dostrajać w odpowiednich warunkach ultradźwiękowych.

Homogenizatory ultradźwiękowe do produkcji nanofluidów

Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje wysokowydajne dyspergatory ultradźwiękowe do wszelkiego rodzaju zastosowań homogenizacji i deaglomeracji. Jeśli chodzi o produkcję nanofluidów, kluczowe znaczenie ma precyzyjna kontrola sonikacji i niezawodna obróbka ultradźwiękowa zawiesiny nanocząstek.
Procesory firmy Hielscher Ultrasonics zapewniają pełną kontrolę nad wszystkimi ważnymi parametrami przetwarzania, takimi jak pobór energii, intensywność ultradźwięków, amplituda, ciśnienie, temperatura i czas retencji. W ten sposób można dostosować parametry do zoptymalizowanych warunków, co prowadzi następnie do wysokiej jakości nanofluidów.

• Dla dowolnej objętości / pojemności: Hielscher oferuje ultradźwięki i szeroką gamę akcesoriów. Pozwala to na skonfigurowanie idealnego systemu ultradźwiękowego dla danego zastosowania i zdolności produkcyjnej. Od małych fiolek z mililitrami do strumieni o dużej objętości tysięcy galonów na godzinę, Hielscher oferuje odpowiednie rozwiązanie ultradźwiękowe dla Twojego procesu.
• Solidność: Nasze systemy ultradźwiękowe są solidne i niezawodne. Wszystkie ultrasonografy Hielscher są zbudowane do pracy w trybie 24/7/365 i wymagają bardzo niewielkiej konserwacji.
• Przyjazność dla użytkownika: Opracowane oprogramowanie naszych urządzeń ultradźwiękowych umożliwia wstępny wybór i zapisywanie ustawień sonikacji w celu zapewnienia prostej i niezawodnej sonikacji. Intuicyjne menu jest łatwo dostępne za pośrednictwem cyfrowego kolorowego wyświetlacza dotykowego. Zdalne sterowanie przez przeglądarkę umożliwia obsługę i monitorowanie za pośrednictwem dowolnej przeglądarki internetowej. Automatyczna rejestracja danych zapisuje parametry procesu każdej sonikacji na wbudowanej karcie SD.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: