Как приготовить наножидкости

Наножидкость – это специально разработанная жидкость, состоящая из базовой жидкости, содержащей наночастицы. Для синтеза наножидкостей требуется эффективный и надёжный метод гомогенизации и деагломерации, обеспечивающий высокую степень равномерности диспергирования. Ультразвуковые диспергаторы представляют собой превосходящую другие технологию получения наножидкостей с превосходными характеристиками. Ультразвуковое диспергирование отличается эффективностью, скоростью, простотой, надёжностью и удобством использования.

Что такое наножидкости?

Наножидкость – это жидкость, содержащая частицы наноразмерного диапазона (≺100nm), обычно называемые наночастицами. Наночастицы, используемые в наножидкостях, обычно состоят из металлов, оксидов, карбидов или углеродных нанотрубок. Эти наночастицы диспергируют в базовой жидкости (например, в воде, масле и т. д.), чтобы получить специально разработанную коллоидную суспензию, то есть наножидкость. По сравнению со свойствами базовой жидкости наножидкости обладают улучшенными теплофизическими свойствами, такими как теплопроводность, температуропроводность, вязкость и коэффициенты конвективной теплоотдачи.
Распространённое применение наножидкостей – их использование в качестве охлаждающей жидкости или хладагента. Добавление наночастиц в обычные охлаждающие жидкости (такие как вода, масло, этиленгликоль, полиальфаолефин и т. д.) улучшает тепловые свойства этих охлаждающих жидкостей.

• охлаждающие жидкости / теплоносители
• смазочные материалы
• биомедицинское применение

Приготовление наножидкостей с помощью ультразвукового гомогенизатора

На микроструктуру наножидкостей можно воздействовать и управлять ею, применяя наиболее подходящую технологию гомогенизации и параметры обработки. Ультразвуковое диспергирование зарекомендовало себя как высокоэффективный и надёжный метод приготовления наножидкостей. Ультразвуковые диспергаторы используются в исследованиях и промышленности для синтеза, измельчения, диспергирования и гомогенизации наночастиц с высокой однородностью и узким распределением частиц по размерам. Параметры процесса синтеза наножидкостей включают вводимую ультразвуковую энергию, амплитуду ультразвуковых колебаний, температуру, давление и кислотность. Кроме того, важными факторами являются типы и концентрации реагентов и добавок, а также порядок внесения добавок в раствор.
Хорошо известно, что свойства наножидкостей сильно зависят от структуры и формы наноматериалов. Поэтому получение контролируемых микроструктур наножидкостей является основным фактором, определяющим их функциональность и качество. Использование оптимизированных параметров обработки ультразвуком, таких как амплитуда, давление, температура и вводимая энергия (Ws/mL), является ключом к получению стабильной, однородной наножидкости высокого качества. Обработку ультразвуком можно успешно применять для деагломерации и диспергирования частиц до отдельных диспергированных наночастиц. При уменьшении размера частиц усиливаются броуновское движение (скорость броуновского движения) и взаимодействия между частицами, что приводит к повышению стабильности наножидкостей. Ультразвуковые аппараты Hielscher позволяют точно контролировать все важные параметры обработки, могут непрерывно работать при высоких амплитудах (24/7/365) и оснащены автоматическим протоколированием данных для удобной оценки всех циклов обработки ультразвуком.

Наноразмерный диоксид кремния, диспергированный ультразвуком

Повышение стабильности наножидкостей с помощью обработки ультразвуком

В наножидкостях агломерация наночастиц приводит не только к оседанию и засорению микроканалов, но и к снижению теплопроводности наножидкостей. Ультразвуковая деагломерация и диспергирование широко применяются в материаловедении и промышленности. Обработка ультразвуком – проверенный метод приготовления стабильных нанодисперсий с равномерным распределением наночастиц и высокой стабильностью. Поэтому ультразвуковые диспергаторы Hielscher являются предпочтительной технологией для производства наножидкостей.

Наножидкости, полученные с помощью ультразвука, в исследованиях

В исследованиях изучалось влияние обработки ультразвуком и параметров ультразвука на характеристики наножидкостей. Узнайте больше о научных результатах, касающихся ультразвукового приготовления наножидкостей.

Влияние ультразвука на приготовление наножидкостей Al2O3

Noroozi и соавт. (2014) обнаружили, что при «более высокой концентрации частиц наблюдалось более значительное повышение температуропроводности наножидкостей в результате обработки ультразвуком. Кроме того, более высокая стабильность и более значительное повышение температуропроводности были получены при обработке наножидкостей перед измерением с помощью более мощного ультразвукового аппарата зондового типа». Повышение температуропроводности было более значительным для наночастиц меньшего размера. Это связано с тем, что у меньших частиц выше отношение эффективной площади поверхности к объёму. Таким образом, меньшие частицы способствовали образованию стабильной наножидкости, а обработка ультразвуком с помощью ультразвукового зонда оказывала существенное влияние на температуропроводность. (Noroozi et al. 2014)

Пошаговая инструкция по ультразвуковому получению наножидкостей Al2O3–вода

Сначала взвесьте наночастицы Al2O3 на цифровых электронных весах. Затем постепенно добавьте наночастицы Al2O3 в предварительно взвешенную дистиллированную воду и перемешивайте смесь Al2O3 и воды. Непрерывно обрабатывайте смесь ультразвуком в течение 1h с помощью ультразвукового аппарата зондового типа UP400S (400W, 24kHz, см. изображение слева), чтобы получить равномерную дисперсию наночастиц в дистиллированной воде. Наножидкости можно приготовить с различными долями наночастиц (0,1%, 0,5% и 1%). Поверхностно-активные вещества или изменения pH не требуются. (Isfahani et al., 2013)

Водные наножидкости ZnO с характеристиками, регулируемыми ультразвуком

Elcioglu и соавт. (2021) утверждают в своём научном исследовании, что «обработка ультразвуком является необходимым процессом для надлежащего диспергирования наночастиц в базовой жидкости и обеспечения стабильности, а также для получения оптимальных свойств для практического применения». Они использовали ультразвуковой аппарат UP200Ht для получения наножидкостей ZnO / вода. Обработка ультразвуком оказывала явное влияние на поверхностное натяжение водной наножидкости ZnO. Результаты исследователей позволяют сделать вывод, что поверхностное натяжение, образование наноплёнок и другие связанные характеристики любой наножидкости можно регулировать и настраивать при подходящих условиях обработки ультразвуком.

Ультразвуковые гомогенизаторы для производства наножидкостей

Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и поставляет высокопроизводительные ультразвуковые диспергаторы для всех видов задач гомогенизации и деагломерации. При производстве наножидкостей решающее значение имеют точное управление обработкой ультразвуком и надёжная ультразвуковая обработка суспензии наночастиц.
Процессоры Hielscher Ultrasonics обеспечивают полный контроль над всеми важными параметрами обработки, такими как вводимая энергия, интенсивность ультразвука, амплитуда, давление, температура и время пребывания. Благодаря этому вы можете настроить параметры для достижения оптимальных условий, что впоследствии приводит к получению высококачественных наножидкостей.

• Для любого объёма? производительности: Hielscher предлагает ультразвуковые аппараты и широкий ассортимент принадлежностей. Это позволяет подобрать конфигурацию идеальной ультразвуковой системы для вашей задачи и производительности производства. От небольших флаконов объёмом в миллилитры до потоков большого объёма в тысячи галлонов в час – Hielscher предлагает подходящее ультразвуковое решение для вашего процесса.
• Прочность: Наши ультразвуковые системы прочны и надёжны. Все ультразвуковые аппараты Hielscher рассчитаны на работу в режиме 24/7/365 и требуют очень небольшого объёма технического обслуживания.
• Удобство использования: Продуманное программное обеспечение наших ультразвуковых устройств позволяет заранее выбирать и сохранять настройки обработки ультразвуком для простой и надёжной обработки. Интуитивно понятное меню легко доступно через цифровой цветной сенсорный дисплей. Дистанционное управление через браузер позволяет управлять устройством и контролировать его работу через любой интернет-браузер. Автоматическая запись данных сохраняет параметры процесса каждого цикла обработки ультразвуком на встроенной SD-карте.

В таблице ниже приведена ориентировочная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: