Как делать наножидкости

Наножидкость — это специализированная жидкость, состоящая из базовой жидкости, содержащей наночастицы. Для синтеза наножидкостей требуется эффективный и надежный метод гомогенизации и деагломерации, обеспечивающий высокую степень равномерного диспергирования. Ультразвуковые диспергаторы являются превосходной технологией для производства наножидкостей с отличными характеристиками. Ультразвуковая дисперсия отличается эффективностью, скоростью, простотой, надежностью и удобством в использовании.

Что такое наножидкости?

Наножидкость — это жидкость, содержащая наноразмерные частицы (≺100 нм), обычно называемые наночастицами. Наночастицы, используемые в наножидкостях, обычно состоят из металлов, оксидов, карбидов или углеродных нанотрубок. Эти наночастицы диспергируются в базовой жидкости (например, в воде, масле и т.д.) с целью получения сконструированной коллоидной суспензии, т.е. наножидкости. Наножидкости демонстрируют улучшенные теплофизические свойства, такие как теплопроводность, теплопроводность, вязкость и коэффициенты конвективной теплопередачи по сравнению со свойствами материала базовой жидкости.
Распространенным применением наножидкостей является их использование в качестве охлаждающей жидкости или хладагента. За счет добавления наночастиц в обычные охлаждающие жидкости (такие как вода, масло, этиленгликоль, полиальфаолефин и т. д.) улучшаются тепловые свойства обычных охлаждающих жидкостей.

• Охлаждающие / теплообменные жидкости
• Смазочные материалы
• Биомедицинское применение

Получение наножидкостей с помощью ультразвукового гомогенизатора

На микроструктуру наножидкостей можно влиять и манипулировать ею путем применения наиболее подходящей технологии гомогенизации и параметров обработки. Ультразвуковое диспергирование зарекомендовало себя как высокоэффективный и надежный метод приготовления наножидкостей. Ультразвуковые диспергаторы используются в научных исследованиях и промышленности для синтеза, измельчения, диспергирования и гомогенизации наночастиц с высокой однородностью и узким распределением частиц по размерам. Технологические параметры синтеза наножидкостей включают подвод энергии ультразвуком, амплитуду ультразвука, температуру, давление и кислотность. Кроме того, важными факторами являются типы и концентрации реагентов и добавок, а также порядок, в котором добавки добавляются в раствор.
Хорошо известно, что свойства наножидкостей сильно зависят от структуры и формы наноматериалов. Таким образом, получение управляемых микроструктур наножидкостей является основным фактором, влияющим на функциональность и качество наножидкостей. Использование оптимизированных параметров ультразвука, таких как амплитуда, давление, температура и потребляемая энергия (Вт/мл), является ключом к получению стабильной, однородной высококачественной наножидкости. Ультразвуковое исследование может быть успешно применено для деагломерации и диспергирования частиц в одиночные дисперсные наночастицы. При меньшем размере частиц броуновское движение (броуновская скорость), а также взаимодействие частиц увеличиваются, что приводит к более стабильным наножидкостям. Ультразвуковые аппараты Hielscher обеспечивают точный контроль над всеми важными параметрами обработки, могут работать непрерывно с высокой амплитудой (24/7/365) и поставляются с автоматическим протоколированием данных для легкой оценки всех прогонов ультразвука.

Ультразвукодисперсный наноразмерный диоксид кремния

Ультразвуковая обработка повышает стабильность наножидкостей

Для наножидкостей 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. Ультразвуковая обработка является проверенным методом получения стабильных нанодисперсий с равномерным распределением наночастиц и высокой стабильностью. Поэтому ультразвуковые диспергаторы Hielscher являются предпочтительной технологией, когда речь идет о производстве наножидкостей.

Ультразвуковое производство наножидкостей в научных исследованиях

В исследованиях изучалось влияние ультразвука и ультразвуковых параметров на характеристики наножидкостей. Узнайте больше о научных выводах в области ультразвукового приготовления наножидкостей.

Ультразвуковое воздействие на получение наножидкости Al2O3

Noroozi et al. (2014) обнаружили, что при «более высокой концентрации частиц наблюдалось большее усиление теплопроводности наножидкостей в результате ультразвуковой обработки. Кроме того, большая стабильность и улучшение теплопроводности были получены за счет ультразвуковой обработки наножидкостей с помощью зондового ультразвукового аппарата более высокой мощности перед измерением». Повышение теплопроводности было более значительным для НП меньшего размера. Это связано с тем, что более мелкие частицы имеют более высокое отношение эффективной площади поверхности к объему. Таким образом, более мелкие частицы помогли сформировать стабильную наножидкость, а ультразвуковая обработка ультразвуковым зондом оказала существенное влияние на теплопроводность. (Норузи и др. 2014)

Пошаговая инструкция по ультразвуковому производству Al2O3-водных наножидкостей

Сначала взвесьте массу наночастиц Al2O3 с помощью цифровых электронных весов. Затем постепенно помещайте наночастицы Al2O3 в взвешенную дистиллированную воду и перемешивайте смесь Al2O3 и воды. Непрерывно обрабатывайте смесь ультразвуком в течение 1 ч с помощью ультразвукового зондового прибора типа UP400S (400 Вт, 24 кГц, см. рис. слева) для получения равномерного диспергирования наночастиц в дистиллированной воде. Наножидкости могут быть приготовлены в различных фракциях (0,1%, 0,5% и 1%). Не требуется никаких изменений поверхностно-активного вещества или pH. (Исфахани и др., 2013)

Ультразвуковая настройка водных наножидкостей ZnO

Elcioglu et al. (2021) утверждают в своем научном исследовании, что «ультразвук является важным процессом для правильного диспергирования наночастиц в базовой жидкости и стабильности, а также для обеспечения оптимальных свойств для реальных применений». Они использовали ультразвуковой аппарат UP200Ht для получения наножидкостей ZnO/воды. Ультразвуковая обработка оказала явное влияние на поверхностное натяжение водной наножидкости ZnO. Выводы исследователей приводят к выводу, что поверхностное натяжение, образование нанопленки и другие связанные с этим особенности любой наножидкости могут быть отрегулированы и настроены при соответствующих условиях ультразвука.

Ультразвуковые гомогенизаторы для производства наножидкостей

Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и распространяет высокопроизводительные ультразвуковые диспергаторы для всех видов применения в области гомогенизации и деагломерации. Когда дело доходит до производства наножидкостей, решающее значение имеет точное ультразвуковое управление и надежная ультразвуковая обработка суспензии наночастиц.
Процессоры Hielscher Ultrasonics обеспечивают полный контроль над всеми важными параметрами обработки, такими как потребляемая энергия, интенсивность ультразвука, амплитуда, давление, температура и время удержания. Таким образом, можно настроить параметры под оптимизированные условия, что впоследствии приводит к получению высококачественных наножидкостей.

• Для любого объема/емкости: Hielscher предлагает ультразвуковые аппараты и широкий ассортимент аксессуаров. Это позволяет сконфигурировать идеальную ультразвуковую систему для вашей области применения и производственных мощностей. От небольших флаконов с миллилитрами до больших объемов потоков в тысячи галлонов в час, Hielscher предлагает подходящее ультразвуковое решение для вашего технологического процесса.
• Робастность: Наши ультразвуковые системы прочны и надежны. Все ультразвуковые аппараты Hielscher рассчитаны на работу в режиме 24/7/365 и требуют минимального обслуживания.
• Удобство использования: Разработанное программное обеспечение наших ультразвуковых аппаратов позволяет предварительно выбирать и сохранять настройки ультразвуковой обработки для простого и надежного ультразвукового контроля. Интуитивно понятное меню легко доступно с помощью цветного цифрового сенсорного дисплея. Удаленное управление браузером позволяет управлять и контролировать через любой интернет-браузер. Автоматическая запись данных сохраняет технологические параметры любого прогона ультразвука на встроенной SD-карте.

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: