Como produzir nanofluidos

Um nanofluido é um fluido concebido para uma finalidade específica 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 ultrassónicos são a tecnologia superior para produzir nanofluidos com excelentes características. A dispersão ultrassónica destaca-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), habitualmente denominadas nanopartículas. As nanopartículas utilizadas em nanofluidos são normalmente constituídas por metais, óxidos, carbonetos ou nanotubos de carbono. Estas nanopartículas são dispersas num fluido de base (por exemplo, água, óleo, etc.) para obter uma suspensão coloidal concebida para uma finalidade específica, 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 do material do fluido de base.
Uma aplicação comum dos nanofluidos é a sua utilização como fluido de arrefecimento ou refrigerante. A adição de nanopartículas aos fluidos de arrefecimento convencionais (como água, óleo, etilenoglicol, polialfaolefina, etc.) melhora as propriedades térmicas destes fluidos de arrefecimento.

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

Produção de nanofluidos com um homogeneizador ultrassónico

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 ultrassónica demonstrou ser uma técnica altamente eficiente e fiável para a preparação de nanofluidos. Os dispersores ultrassónicos são utilizados na investigação e na indústria para sintetizar, moer, dispersar e homogeneizar nanopartículas com elevada uniformidade e uma distribuição estreita do tamanho das partículas. Os parâmetros de processo para a síntese de nanofluidos incluem a energia ultrassónica fornecida, a amplitude ultrassónica, a temperatura, a pressão e a acidez. Além disso, os tipos e as concentrações de reagentes e aditivos, bem como a ordem pela qual os aditivos são adicionados à solução, são fatores importantes.
É bem conhecido 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 sonicação otimizados, como a amplitude, a pressão, a temperatura e a energia fornecida (Ws/mL), é a chave para produzir um nanofluido estável, uniforme e de elevada qualidade. A sonicação pode ser aplicada com sucesso para desaglomerar e dispersar partículas em nanopartículas individuais dispersas. Com um menor tamanho de partícula, o movimento browniano (velocidade browniana), bem como as interações entre partículas, aumentam e resultam em nanofluidos mais estáveis. Os sonicadores Hielscher permitem o controlo preciso de todos os parâmetros de processamento importantes, podem funcionar continuamente com amplitudes elevadas (24/7/365) e incluem registo automático de dados para facilitar a avaliação de todas as operações de sonicação.

Sílica de dimensão nanométrica dispersa por ultrassons

Estabilidade dos nanofluidos melhorada pela sonicação

Nos nanofluidos, a aglomeração de nanopartículas provoca não só a sedimentação e a obstrução dos microcanais, mas também a diminuição da condutividade térmica dos nanofluidos. A desaglomeração e a dispersão ultrassónicas são amplamente aplicadas na ciência dos materiais e na indústria. A sonicação é uma técnica comprovada para preparar nanodispersões estáveis com uma distribuição uniforme de nanopartículas e grande estabilidade. Por conseguinte, os dispersores ultrassónicos Hielscher são a tecnologia preferida para a produção de nanofluidos.

Nanofluidos produzidos por ultrassons na investigação

A investigação tem estudado os efeitos da sonicação e dos parâmetros ultrassónicos nas características dos nanofluidos. Saiba mais sobre os resultados científicos relativos à preparação ultrassónica de nanofluidos.

Efeitos ultrassónicos na preparação de nanofluidos de Al2O3

Noroozi et al. (2014) verificaram que, com uma “concentração de partículas mais elevada, houve uma maior melhoria da difusividade térmica dos nanofluidos resultante da sonicação. Além disso, obtiveram-se maior estabilidade e melhoria da difusividade térmica ao submeter os nanofluidos a sonicação com o sonicador de sonda de maior potência antes da medição.” A melhoria da difusividade térmica foi maior para as nanopartículas de menor dimensão. Isto deve-se ao facto de as partículas mais pequenas apresentarem relações mais elevadas entre a área superficial efetiva e o volume. Assim, as partículas mais pequenas ajudaram a formar um nanofluido estável e a sonicação com uma sonda ultrassónica teve um efeito substancial na difusividade térmica. (Noroozi et al. 2014)

Instruções passo a passo para a produção ultrassónica de nanofluidos de Al2O3-água

Primeiro, pese a massa de nanopartículas de Al2O3 numa balança eletrónica digital. Em seguida, adicione gradualmente as nanopartículas de Al2O3 à água destilada previamente pesada e agite a mistura de Al2O3-água. Submeta a mistura a sonicação contínua durante 1h com um dispositivo ultrassónico do tipo sonda UP400S (400W, 24kHz, ver imagem à esquerda) para produzir uma dispersão uniforme de nanopartículas em água destilada. Os nanofluidos podem ser preparados com diferentes frações (0,1%, 0,5% e 1%). Não são necessários tensioativos nem alterações do pH. (Isfahani et al., 2013)

Nanofluidos aquosos de ZnO ajustados por ultrassons

Elcioglu et al. (2021) afirmam no seu estudo científico que “A sonicação é um processo essencial para a dispersão adequada das nanopartículas no fluido de base e para a estabilidade, bem como para obter propriedades ótimas para aplicações reais.” Utilizaram o sonicador UP200Ht para produzir nanofluidos de ZnO / água. A sonicação teve efeitos claros na tensão superficial do nanofluido aquoso de ZnO. Os resultados dos investigadores levam à conclusão de que a tensão superficial, a formação de nanofilmes e outras características relacionadas de qualquer nanofluido podem ser ajustadas e afinadas em condições de sonicação adequadas.

Homogeneizadores ultrassónicos para a produção de nanofluidos

A Hielscher Ultrasonics concebe, fabrica e distribui dispersores ultrassónicos de elevado desempenho para todos os tipos de aplicações de homogeneização e desaglomeração. Na produção de nanofluidos, o controlo preciso da sonicação e um tratamento ultrassónico fiável da suspensão de nanopartículas são cruciais.
Os processadores da Hielscher Ultrasonics proporcionam-lhe controlo total sobre todos os parâmetros de processamento importantes, como a energia fornecida, a intensidade ultrassónica, a amplitude, a pressão, a temperatura e o tempo de retenção. Deste modo, pode ajustar os parâmetros para condições otimizadas, o que conduz posteriormente a nanofluidos de elevada qualidade.

• Para qualquer volume? capacidade: A Hielscher disponibiliza sonicadores e uma vasta gama de acessórios. Isto permite configurar o sistema ultrassónico ideal para a sua aplicação e capacidade de produção. Desde pequenos frascos com mililitros até fluxos de elevado volume de milhares de galões por hora, a Hielscher disponibiliza a solução ultrassónica adequada ao seu processo.
• Robustez: Os nossos sistemas ultrassónicos são robustos e fiáveis. Todos os sonicadores Hielscher são construídos para funcionamento 24/7/365 e requerem muito pouca manutenção.
• Facilidade de utilização: O software elaborado dos nossos dispositivos ultrassónicos permite pré-selecionar e guardar as definições de sonicação para uma sonicação simples e fiável. O menu intuitivo é facilmente acessível através de um ecrã tátil digital a cores. O controlo remoto por navegador permite operar e monitorizar através de qualquer navegador de Internet. O registo automático de dados guarda os parâmetros de processo de cada operação de sonicação num cartão SD integrado.

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores: