Ako vyrábať nanokvapaliny

Nanokvapalina je umelo vytvorená tekutina, ktorá pozostáva zo základnej tekutiny obsahujúcej nanočastice. Na syntézu nanokvapalín je potrebná účinná a spoľahlivá technika homogenizácie a deaglomerácie, aby sa zabezpečil vysoký stupeň rovnomernej disperzie. Ultrazvukové dispergátory sú vynikajúcou technológiou na výrobu nanokvapalín s vynikajúcimi vlastnosťami. Ultrazvuková disperzia vyniká účinnosťou, rýchlosťou, jednoduchosťou, spoľahlivosťou a užívateľskou prívetivosťou.

Čo sú nanokvapaliny?

Nanokvapalina je tekutina obsahujúca nanočastice (≺100 nm), bežne nazývané nanočastice. Nanočastice používané v nanokvapalinách sú zvyčajne vyrobené z kovov, oxidov, karbidov alebo uhlíkových nanorúrok. Tieto nanočastice sa rozptýlia do základnej tekutiny (napr. vodného oleja atď.), aby sa získala umelo vytvorená koloidná suspenzia, t. j. nanokvapalina. Nanokvapaliny vykazujú vylepšené termofyzikálne vlastnosti, ako je tepelná vodivosť, tepelná difúznosť, viskozita a koeficienty prestupu tepla konvekciou v porovnaní s materiálovými vlastnosťami základnej tekutiny.
Bežnou aplikáciou nanokvapalín je ich použitie ako chladiva alebo chladiva. Pridaním nanočastíc do bežných chladiacich kvapalín (ako je voda, olej, etylénglykol, polyalfaolefín atď.) sa zlepšujú tepelné vlastnosti bežných chladiacich kvapalín.

• chladiace / teplonosné kvapaliny
• mazivá
• Biomedicínska aplikácia

Výroba nanokvapalín pomocou ultrazvukového homogenizátora

Mikroštruktúra nanokvapalín môže byť ovplyvnená a manipulovaná aplikáciou najvhodnejšej homogenizačnej technológie a parametrov spracovania. Ultrazvuková disperzia sa osvedčila ako vysoko účinná a spoľahlivá technika na prípravu nanokvapalín. Ultrazvukové dispergátory sa používajú vo výskume a priemysle na syntézu, mletie, dispergáciu a homogenizáciu nanočastíc s vysokou rovnomernosťou a úzkou distribúciou veľkosti častíc. Procesné parametre pre syntézu nanokvapalín zahŕňajú ultrazvukový energetický vstup, ultrazvukovú amplitúdu, teplotu, tlak a kyslosť. Okrem toho sú dôležitými faktormi typy a koncentrácie reaktantov a prísad, ako aj poradie, v akom sa prísady pridávajú do roztoku.
Je dobre známe, že vlastnosti nanokvapalín silne závisia od štruktúry a tvaru nanomateriálov. Preto je získanie kontrolovateľných mikroštruktúr nanokvapalín hlavným faktorom, ktorý prispieva k funkčnosti a kvalite nanokvapalín. Použitie optimalizovaných parametrov ultrazvuku, ako je amplitúda, tlak, teplota a energetický vstup (Ws/ml), je kľúčom k vytvoreniu stabilnej, rovnomernej vysokokvalitnej nanokvapaliny. Ultrazvuk možno úspešne aplikovať na deaglomeráciu a rozptýlenie častíc na jednotlivé dispergované nanočastice. S menšou veľkosťou častíc sa zvyšuje Brownov pohyb (Brownova rýchlosť), ako aj interakcie častic-častica, čo vedie k stabilnejším nanokvapalinám. Ultrazvukové procesory Hielscher umožňujú presnú kontrolu nad všetkými dôležitými parametrami spracovania, môžu bežať nepretržite pri vysokých amplitúdach (24/7/365) a prichádzajú s automatickým protokolovaním údajov pre jednoduché vyhodnotenie všetkých sonikácií.

Ultrazvukovo dispergovaný nanooxid kremičitý

Sonikácia zlepšila stabilitu nanokvapalín

V prípade nanokvapalín vedie aglomerácia nanočastíc nielen k usadzovaniu a upchávaniu mikrokanálov, ale aj k zníženiu tepelnej vodivosti nanokvapalín. Ultrazvuková deaglomerácia a disperzia sú široko používané v materiálovej vede a priemysle. Sonikácia je osvedčená technika na prípravu stabilných nanodisperzií s rovnomernou distribúciou nanočastíc a veľkou stabilitou. Preto sú ultrazvukové dispergátory Hielscher preferovanou technológiou, pokiaľ ide o výrobu nanokvapalín.

Ultrazvukom produkované nanokvapaliny vo výskume

Výskum skúmal účinky ultrazvuku a ultrazvukových parametrov na vlastnosti nanokvapalín. Prečítajte si viac o vedeckých zisteniach o príprave ultrazvukových nanokvapalín.

Ultrazvukové účinky na prípravu nanokvapalín Al2O3

Noroozi et al. (2014) zistili, že pri “vyššia koncentrácia častíc, došlo k väčšiemu zvýšeniu tepelnej difúznosti nanokvapalín v dôsledku sonikácie. Okrem toho sa väčšia stabilita a zvýšenie tepelnej difúznosti dosiahli sonikovaním nanokvapalín sondou s vyšším výkonom pred meraním.” Zvýšenie tepelnej difúznosti bolo väčšie v prípade menších NP. Je to preto, že menšie častice majú väčší pomer efektívneho povrchu k objemu. Menšie častice teda pomohli vytvoriť stabilnú nanokvapalinu a sonikácia ultrazvukovou sondou mala podstatný vplyv na tepelnú difúziu. (Noroozi et al. 2014)

Návod na výrobu nanokvapalín Al2O3-voda ultrazvukom krok za krokom

Najprv odvážte hmotnosť nanočastíc Al2O3 pomocou digitálnej elektronickej váhy. Potom sa nanočastice Al2O3 postupne vkladajú do váženej destilovanej vody a zmes Al2O3 vody sa mieša. Sonikujte zmes nepretržite po dobu 1 hodiny pomocou ultrazvukového zariadenia typu sondy UP400S (400 W, 24 kHz, pozri obr. vľavo), aby sa vytvorila rovnomerná disperzia nanočastíc v destilovanej vode. Nanokvapaliny sa môžu pripravovať v rôznych frakciách (0,1 %, 0,5 % a 1 %). Nie sú potrebné žiadne povrchovo aktívne látky ani zmeny pH. (Isfahani a kol., 2013)

Ultrazvukom vyladené vodné nanokvapaliny ZnO

Elcioglu a kol. (2021) vo svojej vedeckej štúdii uvádzajú, že “Ultrazvuk je základným procesom pre správnu disperziu nanočastíc v základnej kvapaline a ich stabilitu, ako aj pre optimálne vlastnosti pre reálne aplikácie.” Na výrobu nanofluidov ZnO/voda použili ultrazvukový prístroj UP200Ht. Sonikácia mala jasný vplyv na povrchové napätie vodnej ZnO nanokavapaliny. Zistenia výskumníkov vedú k záveru, že povrchové napätie, tvorbu nanoplášťov a ďalšie súvisiace vlastnosti akejkoľvek nanokavapaliny možno upraviť a vyladiť za vhodných ultrazvukových podmienok.

Ultrazvukové homogenizátory na výrobu nanokvapalín

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysokovýkonné ultrazvukové dispergátory pre všetky druhy homogenizačných a deaglomeračných aplikácií. Pokiaľ ide o výrobu nanokvapalín, rozhodujúca je presná kontrola sonikácie a spoľahlivé ultrazvukové ošetrenie suspenzie nanočastíc.
Hielscher Ultrasonics’ Procesory poskytujú úplnú kontrolu nad všetkými dôležitými parametrami spracovania, ako je príkon energie, intenzita ultrazvuku, amplitúda, tlak, teplota a čas zadržania. Týmto spôsobom môžete nastaviť parametre na optimalizované podmienky, čo následne vedie k vysokokvalitným nanokvapalinám.

• Pre akýkoľvek objem? kapacita: Spoločnosť Hielscher ponúka ultrazvukové prístroje a široké portfólio príslušenstva. To umožňuje konfiguráciu ideálneho ultrazvukového systému pre vašu aplikáciu a výrobnú kapacitu. Od malých liekoviek s mililitrami až po vysokoobjemové prúdy tisícov galónov za hodinu, spoločnosť Hielscher ponúka vhodné ultrazvukové riešenie pre váš proces.
• Odolnosť: Naše ultrazvukové systémy sú robustné a spoľahlivé. Všetky ultrazvukové prístroje Hielscher sú skonštruované pre prevádzku 24/7/365 a vyžadujú veľmi malú údržbu.
• Užívateľská prívetivosť: Prepracovaný softvér našich ultrazvukových zariadení umožňuje predbežný výber a uloženie nastavení sonikácie pre jednoduchú a spoľahlivú sonikáciu. Intuitívne menu je ľahko dostupné prostredníctvom digitálneho farebného dotykového displeja. Diaľkové ovládanie prehliadača umožňuje ovládať a monitorovať prostredníctvom ľubovoľného internetového prehliadača. Automatické zaznamenávanie údajov ukladá procesné parametre akejkoľvek sonikácie na vstavanú SD kartu.

Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov: