Como fabricar nanofluidos

Um nanofluido é um fluido projetado que consiste num fluido de base contendo nanopartículas. Para a síntese de nanofluidos, é necessária uma técnica de homogeneização e desaglomeração eficaz e fiável para garantir um elevado grau de dispersão uniforme. Os dispersores ultra-sônicos são a tecnologia superior para produzir nanofluidos com excelentes caraterísticas. A dispersão ultra-sónica distingue-se pela eficiência, rapidez, simplicidade, fiabilidade e facilidade de utilização.

O que são nanofluidos?

Um nanofluido é um fluido que contém partículas de dimensão nanométrica (≺100nm), vulgarmente designadas por nanopartículas. As nanopartículas utilizadas nos nanofluidos são tipicamente feitas de metais, óxidos, carbonetos ou nanotubos de carbono. Estas nanopartículas são dispersas num fluido de base (por exemplo, água, óleo, etc.) de modo a obter uma suspensão coloidal modificada, ou seja, o nanofluido. Os nanofluidos apresentam propriedades termofísicas melhoradas, como a condutividade térmica, a difusividade térmica, a viscosidade e os coeficientes de transferência de calor por convecção, em comparação com as propriedades materiais do fluido de base.
Uma aplicação comum dos nanofluidos é a sua utilização como líquido de arrefecimento ou refrigerante. Através da adição de nanopartículas a refrigerantes convencionais (como água, óleo, etilenoglicol, polialfaolefina, etc.), as propriedades térmicas dos refrigerantes convencionais são melhoradas.

• líquidos de arrefecimento / transferência de calor
• lubrificantes
• aplicação biomédica

Fazer nanofluidos com um homogeneizador de ultra-sons

A microestrutura dos nanofluidos pode ser influenciada e manipulada através da aplicação da tecnologia de homogeneização e dos parâmetros de processamento mais adequados. A dispersão ultra-sónica provou ser uma técnica altamente eficiente e fiável para a preparação de nanofluidos. Os dispersores ultra-sônicos são usados na pesquisa e na indústria para sintetizar, moer, dispersar e homogeneizar nanopartículas com alta uniformidade e uma distribuição de tamanho de partícula estreita. Os parâmetros do processo para a síntese de nanofluidos incluem entrada de energia ultra-sônica, amplitude ultra-sônica, temperatura, pressão e acidez. Além disso, os tipos e concentrações de reagentes e aditivos, bem como a ordem, em que os aditivos são adicionados à solução, são factores importantes.
É bem sabido que as propriedades dos nanofluidos dependem fortemente da estrutura e da forma dos nanomateriais. Por conseguinte, a obtenção de microestruturas controláveis dos nanofluidos é o principal fator que contribui para a funcionalidade e a qualidade dos nanofluidos. A utilização de parâmetros de ultra-sons optimizados, tais como amplitude, pressão, temperatura e entrada de energia (Ws / mL) é a chave para produzir um nanofluido estável, uniforme e de alta qualidade. Ultrasonication pode ser aplicado com sucesso para desaglomerar e dispersar partículas em nanopartículas dispersas individuais. Com um tamanho de partícula menor, o movimento browniano (velocidade browniana), bem como as interações partícula-partícula aumentam e resultam em nanofluidos mais estáveis. Os ultrasonicators Hielscher permitem o controle preciso sobre todos os parâmetros de processamento importantes, podem funcionar continuamente em altas amplitudes (24/7/365) e vêm com protocolação automática de dados para fácil avaliação de todas as execuções de sonicação.

Sílica nanométrica dispersa por ultra-sons

Sonicação melhora a estabilidade dos nanofluidos

No caso dos nanofluidos, a aglomeração de nanopartículas resulta não só no assentamento e entupimento dos microcanais, mas também na diminuição da condutividade térmica dos nanofluidos. A desaglomeração e a dispersão por ultra-sons são amplamente aplicadas na ciência e na indústria dos materiais. A sonicação é uma técnica comprovada para preparar nano-dispersões estáveis com uma distribuição uniforme de nanopartículas e grande estabilidade. Portanto, os dispersores ultra-sônicos Hielscher são a tecnologia preferida, quando se trata da produção de nanofluidos.

Nanofluidos produzidos por ultra-sons na investigação

A investigação investigou os efeitos da ultra-sons e parâmetros ultra-sónicos sobre as caraterísticas dos nanofluidos. Leia mais sobre as descobertas científicas sobre a preparação de nanofluidos por ultra-sons.

Efeitos ultra-sônicos na preparação de nanofluidos de Al2O3

Noroozi et al. (2014) verificaram que em “maior concentração de partículas, houve um maior aumento da difusividade térmica dos nanofluidos resultante da sonicação. Além disso, foi obtida uma maior estabilidade e um aumento da difusividade térmica através da sonicação dos nanofluidos com o sonicador de sonda de maior potência antes da medição.” O aumento da difusividade térmica foi maior para as NPs de menor dimensão. Isto deve-se ao facto de as partículas mais pequenas terem uma maior área de superfície efectiva em relação aos rácios de volume. Assim, as partículas mais pequenas ajudou a formar um nanofluido estável e sonicação com uma sonda de ultra-sons resultou um efeito substancial sobre a difusividade térmica. (Noroozi et al. 2014)

Instruções passo a passo para a produção ultra-sônica de nanofluidos Al2O3-água

Em primeiro lugar, pesar a massa de nanopartículas de Al2O3 com uma balança eletrónica digital. Em seguida, colocar gradualmente as nanopartículas de Al2O3 na água destilada pesada e agitar a mistura Al2O3-água. Sonicar a mistura continuamente durante 1h com um dispositivo ultrassónico do tipo sonda UP400S (400W, 24kHz, ver imagem à esquerda) para produzir uma dispersão uniforme das nanopartículas em água destilada. Os nanofluidos podem ser preparados em diferentes fracções (0,1%, 0,5% e 1%). Não são necessárias alterações de surfactante ou de pH. (Isfahani et al., 2013)

Nanofluidos aquosos de ZnO sintonizados por ultra-sons

Elcioglu et al. (2021) afirmam no seu estudo científico que “Ultrassom é um processo essencial para a dispersão adequada de nanopartículas em fluido de base e estabilidade, bem como para propriedades ideais para aplicações do mundo real.” Eles usaram o ultrasonicator UP200Ht para produzir nanofluidos de ZnO / água. A sonicação teve efeitos claros sobre a tensão superficial do nanofluido aquoso de ZnO. Os resultados dos pesquisadores resultam na conclusão de que a tensão superficial, a formação de nano-filme e outras caraterísticas relacionadas de qualquer nanofluido podem ser ajustadas e sintonizadas sob condições adequadas de ultrassom.

Homogeneizadores ultra-sónicos para a produção de nanofluidos

A Hielscher Ultrasonics projeta, fabrica e distribui dispersores ultra-sônicos de alto desempenho para todos os tipos de aplicações de homogeneização e desaglomeração. Quando se trata da produção de nanofluidos, o controlo preciso da sonicação e um tratamento ultrassónico fiável da suspensão de nanopartículas são cruciais.
Hielscher Ultrasonics’ Os processadores de ultra-sons dão-lhe controlo total sobre todos os parâmetros de processamento importantes, tais como a entrada de energia, a intensidade ultra-sónica, a amplitude, a pressão, a temperatura e o tempo de retenção. Deste modo, é possível ajustar os parâmetros para condições optimizadas, o que conduz subsequentemente a nanofluidos de alta qualidade.

• Para qualquer volume? capacidade: A Hielscher oferece ultrasonicadores e uma vasta gama de acessórios. Isto permite a configuração do sistema de ultra-sons ideal para a sua aplicação e capacidade de produção. De pequenos frascos com mililitros para fluxos de alto volume de milhares de galões por hora, Hielscher oferece a solução ultra-sônica adequada para o seu processo.
• Robustez: Os nossos sistemas de ultra-sons são robustos e fiáveis. Todos os ultrassonicadores Hielscher são construídos para funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana, 365 dias por ano e requerem muito pouca manutenção.
• Facilidade de utilização: O software elaborado dos nossos dispositivos ultra-sónicos permite a pré-seleção e a memorização das definições de sonicação para uma sonicação simples e fiável. O menu intuitivo é facilmente acessível através de um ecrã tátil digital colorido. O controlo remoto por browser permite-lhe operar e monitorizar através de qualquer browser da Internet. A gravação automática de dados guarda os parâmetros do processo de qualquer execução de sonicação num cartão SD incorporado.

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: