Jak wytwarzać nanociecze

Nanofluid jest płynem, który składa się z płynu bazowego zawierającego nanocząstki. Do syntezy nanofluidów wymagana jest skuteczna i niezawodna technika homogenizacji i deaglomeracji, aby zapewnić wysoki stopień jednorodnego rozproszenia. Dyspergatory ultradźwiękowe są najlepszą technologią do produkcji nanofluidów o doskonałych właściwościach. Dyspersja ultradźwiękowa wyróżnia się wydajnością, szybkością, prostotą, niezawodnością i łatwością obsługi.

Co to są nanofluidy?

Nanopłyn jest płynem zawierającym cząstki o rozmiarach nano (≺100nm), powszechnie nazywane nanocząstkami. Nanocząstki stosowane w nanofluidach są zwykle wykonane z metali, tlenków, węglików lub nanorurek węglowych. Nanocząstki te są rozpraszane w płynie bazowym (np. woda, olej, itp.) w celu uzyskania koloidalnej zawiesiny, czyli nanofluidu. Nanopłyny wykazują lepsze właściwości termofizyczne, takie jak przewodność cieplna, dyfuzyjność cieplna, lepkość i współczynniki konwekcyjnego przenoszenia ciepła w porównaniu z właściwościami materialnymi płynu bazowego.
Powszechnym zastosowaniem nanofluidów jest ich użycie jako chłodziwa lub czynnika chłodniczego. Poprzez dodanie nanocząsteczek do konwencjonalnych chłodziw (takich jak woda, olej, glikol etylenowy, polialfaolefiny itp.), właściwości termiczne konwencjonalnych chłodziw ulegają poprawie.

Wytwarzanie nanopłynów za pomocą homogenizatora ultradźwiękowego

Mikrostruktura nanofluidów może być kształtowana i manipulowana poprzez zastosowanie odpowiedniej technologii homogenizacji i parametrów procesu. Dyspersja ultradźwiękowa została udowodniona jako wysoce wydajna i niezawodna technika przygotowania nanocieczy. Dyspergatory ultradźwiękowe są stosowane w badaniach i przemyśle do syntezy, mielenia, dyspergowania i homogenizacji nanocząstek o wysokiej jednorodności i wąskim rozkładzie wielkości cząstek. Parametry procesu syntezy nanofluidów to: energia ultradźwiękowa, amplituda ultradźwięków, temperatura, ciśnienie i kwasowość. Ważnymi czynnikami są również rodzaj i stężenie reagentów oraz dodatków, a także kolejność dodawania dodatków do roztworu.
Powszechnie wiadomo, że właściwości nanopłynów silnie zależą od struktury i kształtu nanomateriałów. Dlatego też, uzyskanie kontrolowanej mikrostruktury nanopłynów jest głównym czynnikiem wpływającym na ich funkcjonalność i jakość. Zastosowanie zoptymalizowanych parametrów ultradźwiękowych, takich jak amplituda, ciśnienie, temperatura i energia wejściowa (Ws/mL) jest kluczem do wytworzenia stabilnego, jednolitego nanocieczy o wysokiej jakości. Ultradźwięki mogą być z powodzeniem stosowane do dezaglomeracji i dyspersji cząstek do pojedynczych rozproszonych nanocząstek. Przy mniejszym rozmiarze cząstek ruchy Browna (prędkość Browna) jak również interakcje cząstka-cząstka zwiększają się i skutkują bardziej stabilnymi nanocieczami. Ultradźwiękowe urządzenia firmy Hielscher pozwalają na precyzyjne sterowanie wszystkimi ważnymi parametrami obróbki, mogą pracować w trybie ciągłym przy wysokich amplitudach (24/7/365) i są wyposażone w automatyczny protokół danych dla łatwej oceny wszystkich przebiegów sonikacji.

Ultradźwiękowo zdyspergowana nanorozmiarowa krzemionka

Sonikacja poprawia stabilność nanopłynów

W przypadku nanopłynów, aglomeracja nanocząstek powoduje nie tylko osiadanie i zatykanie mikrokanałów, ale również zmniejszenie przewodności cieplnej nanopłynów. Ultradźwiękowa deaglomeracja i dyspersja są szeroko stosowane w materiałoznawstwie i przemyśle. Sonikacja jest sprawdzoną techniką przygotowania stabilnych nanodyspersji o równomiernym rozkładzie nanocząstek i dużej stabilności. Dlatego też dyspergatory ultradźwiękowe firmy Hielscher są preferowaną technologią przy produkcji nano-płynów.

Nanopłyny wytwarzane ultradźwiękowo w badaniach naukowych

Badania dotyczyły wpływu ultradźwięków i parametrów ultradźwiękowych na właściwości nanofluidów. Przeczytaj więcej o wynikach badań nad ultradźwiękowym przygotowaniem nanocieczy.

Wpływ ultradźwięków na otrzymywanie nanocieczy Al2O3

Noroozi et al. (2014) stwierdzili, że przy "wyższej koncentracji cząstek, nastąpiło większe wzmocnienie dyfuzyjności cieplnej nanocieczy w wyniku sonikacji. Ponadto, większą stabilność i zwiększenie dyfuzyjności cieplnej uzyskano sonikując nanociecze sonikatorem o większej mocy przed pomiarem." Zwiększenie dyfuzyjności cieplnej było większe dla NPs o mniejszych rozmiarach. Wynika to z faktu, że mniejsze cząstki mają wyższy efektywny stosunek powierzchni do objętości. Tak więc, mniejsze cząstki pomogły utworzyć stabilny nanofluid, a sonikacja za pomocą sondy ultradźwiękowej spowodowała znaczący wpływ na dyfuzyjność cieplną. (Noroozi et al. 2014)

Instrukcja krok po kroku ultradźwiękowego wytwarzania nanopłynów Al2O3 z wodą

Najpierw zważyć masę nanocząstek Al2O3 za pomocą cyfrowej wagi elektronicznej. Następnie wsypać stopniowo nanocząstki Al2O3 do odważonej wody destylowanej i mieszać mieszaninę Al2O3 i wody. Aby uzyskać jednorodną dyspersję nanocząstek w wodzie destylowanej, mieszaninę należy poddawać ciągłej sonikacji przez 1h za pomocą urządzenia typu sondy ultradźwiękowej UP400S (400W, 24kHz, patrz rys. po lewej). Nanopłyny mogą być przygotowywane w różnych frakcjach (0.1%, 0.5%, i 1%). Nie są potrzebne żadne środki powierzchniowo czynne ani zmiany pH. (Isfahani et al., 2013)

Ultrasonicznie dostrajane wodne nanopłyny ZnO

Elcioglu et al. (2021) stwierdzają w swoim opracowaniu naukowym, że "Ultradźwięki są niezbędnym procesem dla właściwej dyspersji nanocząstek w płynie bazowym i stabilności, a także dla optymalnych właściwości dla zastosowań w świecie rzeczywistym." Do produkcji nanofluidów ZnO / woda użyli ultradźwiękowego urządzenia UP200Ht. Sonikacja miała wyraźny wpływ na napięcie powierzchniowe wodnego nanofluidu ZnO. Wyniki badań naukowców prowadzą do wniosku, że napięcie powierzchniowe, tworzenie nanofilmu i inne powiązane cechy każdego nanofluidu mogą być regulowane i dostrajane w odpowiednich warunkach ultradźwiękowych.

Homogenizatory ultradźwiękowe do produkcji nanofluidów

Firma Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje wysokowydajne dyspergatory ultradźwiękowe do wszelkiego rodzaju zastosowań w zakresie homogenizacji i deaglomeracji. W przypadku produkcji nano-płynów decydujące znaczenie ma precyzyjna kontrola sonikacji i niezawodna obróbka ultradźwiękowa zawiesiny nanocząstek.
Procesory firmy Hielscher Ultrasonics dają Państwu pełną kontrolę nad wszystkimi ważnymi parametrami obróbki, takimi jak energia wejściowa, natężenie ultradźwięków, amplituda, ciśnienie, temperatura i czas retencji. W ten sposób można dopasować parametry do optymalnych warunków, co w konsekwencji prowadzi do uzyskania wysokiej jakości nanocieczy.

• Dla każdej objętości / pojemności: Firma Hielscher oferuje ultradźwięki oraz szerokie portfolio akcesoriów. Pozwala to na skonfigurowanie idealnego systemu ultradźwiękowego dla Państwa aplikacji i wydajności produkcji. Od małych fiolek z mililitrami do strumieni o dużej objętości tysięcy galonów na godzinę - Hielscher oferuje odpowiednie rozwiązanie ultradźwiękowe dla Państwa procesu.
• Solidność: Nasze systemy ultradźwiękowe są solidne i niezawodne. Wszystkie ultradźwiękowe urządzenia firmy Hielscher są przystosowane do pracy w trybie 24/7/365 i wymagają bardzo niewielkiej konserwacji.
• Przyjazność dla użytkownika: Rozbudowane oprogramowanie naszych urządzeń ultradźwiękowych umożliwia wstępny wybór i zapis ustawień sonikacji w celu prostej i niezawodnej sonikacji. Intuicyjne menu jest łatwo dostępne za pomocą cyfrowego, kolorowego wyświetlacza dotykowego. Zdalne sterowanie przez przeglądarkę pozwala na obsługę i monitorowanie przez dowolną przeglądarkę internetową. Automatyczna rejestracja danych zapisuje parametry procesu każdej sonikacji na wbudowanej karcie SD.

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators: