Cum se produc nanofluidele

Un nanofluid este un fluid proiectat care constă dintr-un fluid de bază ce conține nanoparticule. Pentru sinteza nanofluidelor este necesară o tehnică eficace și fiabilă de omogenizare și dezaglomerare, care să asigure un grad ridicat de dispersie uniformă. Dispersoarele cu ultrasunete reprezintă tehnologia superioară pentru producerea de nanofluide cu caracteristici excelente. Dispersia cu ultrasunete se remarcă prin eficiență, rapiditate, simplitate, fiabilitate și ușurință în utilizare.

Ce sunt nanofluidele?

Un nanofluid este un fluid care conține particule de dimensiuni nanometrice (≺100nm), denumite în mod obișnuit nanoparticule. Nanoparticulele utilizate în nanofluide sunt de obicei realizate din metale, oxizi, carburi sau nanotuburi de carbon. Aceste nanoparticule sunt dispersate într-un fluid de bază (de ex., apă, ulei etc.) pentru a obține o suspensie coloidală proiectată, adică nanofluidul. Nanofluidele prezintă proprietăți termofizice îmbunătățite, precum conductivitatea termică, difuzivitatea termică, vâscozitatea și coeficienții de transfer termic convectiv, în comparație cu proprietățile materialului fluidului de bază.
O aplicație frecventă a nanofluidelor este utilizarea lor ca agent de răcire sau agent frigorific. Prin adăugarea de nanoparticule în agenții de răcire convenționali (cum ar fi apa, uleiul, etilenglicolul, polialfaolefina etc.), proprietățile termice ale agenților de răcire convenționali sunt îmbunătățite.

• lichide de răcire / de transfer termic
• lubrifianți
• aplicații biomedicale

Producerea nanofluidelor cu un omogenizator cu ultrasunete

Microstructura nanofluidelor poate fi influențată și controlată prin aplicarea celei mai potrivite tehnologii de omogenizare și a celor mai potriviți parametri de procesare. Dispersia cu ultrasunete s-a dovedit a fi o tehnică extrem de eficientă și fiabilă pentru prepararea nanofluidelor. Dispersoarele cu ultrasunete sunt utilizate în cercetare și în industrie pentru sinteza, măcinarea, dispersarea și omogenizarea nanoparticulelor cu uniformitate ridicată și o distribuție îngustă a dimensiunii particulelor. Parametrii de proces pentru sinteza nanofluidelor includ aportul de energie ultrasonică, amplitudinea ultrasonică, temperatura, presiunea și aciditatea. În plus, tipurile și concentrațiile reactanților și aditivilor, precum și ordinea în care aditivii sunt adăugați în soluție, reprezintă factori importanți.
Este bine cunoscut faptul că proprietățile nanofluidelor depind în mare măsură de structura și forma nanomaterialelor. Prin urmare, obținerea unor microstructuri controlabile ale nanofluidelor este principalul factor care contribuie la funcționalitatea și calitatea nanofluidelor. Utilizarea unor parametri de sonicare optimizați, precum amplitudinea, presiunea, temperatura și aportul de energie (Ws/mL), este cheia producerii unui nanofluid stabil, uniform și de înaltă calitate. Sonicarea poate fi aplicată cu succes pentru dezaglomerarea și dispersarea particulelor în nanoparticule dispersate individual. La o dimensiune mai mică a particulelor, mișcarea browniană (viteza browniană), precum și interacțiunile particulă-particulă cresc și conduc la nanofluide mai stabile. Sonicatoarele Hielscher permit controlul precis al tuturor parametrilor importanți de procesare, pot funcționa continuu la amplitudini ridicate (24/7/365) și sunt prevăzute cu înregistrare automată a datelor pentru evaluarea ușoară a tuturor ciclurilor de sonicare.

Silice de dimensiuni nanometrice dispersată cu ultrasunete

Stabilitatea nanofluidelor îmbunătățită prin sonicare

În cazul nanofluidelor, aglomerarea nanoparticulelor duce nu numai la sedimentarea și înfundarea microcanalelor, ci și la scăderea conductivității termice a nanofluidelor. Dezaglomerarea și dispersia cu ultrasunete sunt aplicate pe scară largă în știința materialelor și în industrie. Sonicarea este o tehnică dovedită pentru prepararea de nanodispersii stabile, cu o distribuție uniformă a nanoparticulelor și o stabilitate deosebită. Prin urmare, dispersoarele cu ultrasunete Hielscher reprezintă tehnologia preferată atunci când vine vorba de producerea nanofluidelor.

Nanofluide produse cu ultrasunete în cercetare

Cercetările au investigat efectele sonicării și ale parametrilor ultrasonici asupra caracteristicilor nanofluidelor. Aflați mai multe despre constatările științifice privind prepararea nanofluidelor cu ultrasunete.

Efectele ultrasunetelor asupra preparării nanofluidelor de Al2O3

Noroozi et al. (2014) au constatat că la o „concentrație mai mare de particule, a existat o îmbunătățire mai mare a difuzivității termice a nanofluidelor ca urmare a sonicării. Mai mult, o stabilitate mai mare și o îmbunătățire a difuzivității termice au fost obținute prin sonicarea nanofluidelor cu sonicatorul cu sondă de putere mai mare înainte de măsurare.” Îmbunătățirea difuzivității termice a fost mai mare pentru NP de dimensiuni mai mici. Acest lucru se datorează faptului că particulele mai mici au rapoarte mai mari între suprafața efectivă și volum. Astfel, particulele mai mici au contribuit la formarea unui nanofluid stabil, iar sonicarea cu o sondă ultrasonică a avut un efect substanțial asupra difuzivității termice. (Noroozi et al. 2014)

Instrucțiuni pas cu pas pentru producerea cu ultrasunete a nanofluidelor Al2O3-apă

Mai întâi, cântăriți masa nanoparticulelor de Al2O3 cu o balanță electronică digitală. Apoi adăugați treptat nanoparticulele de Al2O3 în apa distilată cântărită și agitați amestecul Al2O3-apă. Sonicați amestecul continuu timp de 1h cu un dispozitiv cu ultrasunete de tip sondă UP400S (400W, 24kHz, vezi imag. din stânga) pentru a obține o dispersie uniformă a nanoparticulelor în apa distilată. Nanofluidele pot fi preparate la diferite fracții (0,1%, 0,5% și 1%). Nu sunt necesari surfactanți și nici modificări ale pH-ului. (Isfahani et al., 2013)

Nanofluide apoase de ZnO ajustate cu ultrasunete

Elcioglu et al. (2021) afirmă în studiul lor științific că „sonicarea este un proces esențial pentru dispersarea corespunzătoare a nanoparticulelor în fluidul de bază și pentru stabilitate, precum și pentru obținerea unor proprietăți optime pentru aplicațiile reale.” Aceștia au utilizat sonicatorul UP200Ht pentru a produce nanofluide ZnO / apă. Sonicarea a avut efecte clare asupra tensiunii superficiale a nanofluidului apos de ZnO. Constatările cercetătorilor conduc la concluzia că tensiunea superficială, formarea nanofilmului și alte caracteristici asociate ale oricărui nanofluid pot fi ajustate și reglate în condiții adecvate de sonicare.

Omogenizatoare cu ultrasunete pentru producerea nanofluidelor

Hielscher Ultrasonics proiectează, fabrică și distribuie dispersoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru toate tipurile de aplicații de omogenizare și dezaglomerare. Când vine vorba de producerea nanofluidelor, controlul precis al sonicării și un tratament ultrasonic fiabil al suspensiei de nanoparticule sunt esențiale.
Procesoarele Hielscher Ultrasonics vă oferă control deplin asupra tuturor parametrilor importanți de procesare, precum aportul de energie, intensitatea ultrasonică, amplitudinea, presiunea, temperatura și timpul de retenție. Astfel, puteți ajusta parametrii la condiții optimizate, ceea ce conduce ulterior la nanofluide de înaltă calitate.

• Pentru orice volum? capacitate: Hielscher oferă sonicatoare și un portofoliu larg de accesorii. Acest lucru permite configurarea sistemului cu ultrasunete ideal pentru aplicația și capacitatea dumneavoastră de producție. De la flacoane mici cu mililitri până la fluxuri de volum mare de mii de galoane pe oră, Hielscher oferă soluția cu ultrasunete potrivită pentru procesul dumneavoastră.
• Robustețe: Sistemele noastre cu ultrasunete sunt robuste și fiabile. Toate sonicatoarele Hielscher sunt construite pentru funcționare 24/7/365 și necesită foarte puțină întreținere.
• Ușurință în utilizare: Software-ul elaborat al dispozitivelor noastre cu ultrasunete permite preselectarea și salvarea setărilor de sonicare pentru o sonicare simplă și fiabilă. Meniul intuitiv este ușor accesibil printr-un afișaj tactil digital color. Controlul de la distanță prin browser vă permite să operați și să monitorizați prin intermediul oricărui browser de internet. Înregistrarea automată a datelor salvează parametrii de proces ai oricărui ciclu de sonicare pe un card SD încorporat.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a sonicatoarelor noastre: