Hladilne tekočine na osnovi toplotno prevodnih nanotekočin

Ultrazvočno sintetizirane nanotekočine so učinkovite hladilne tekočine in tekočine za toplotne izmenjevalnike. Toplotno prevodni nanomateriali znatno povečajo zmogljivost prenosa in odvajanja toplote. Sonikacija je dobro uveljavljena pri sintezi in funkcionalizaciji toplotno prevodnih nanodelcev ter pri proizvodnji stabilnih, visoko zmogljivih nanotekočin za hlajenje.

Vplivi nanotekočin na toplotno-hidravlično učinkovitost

Toplotna prevodnost materiala je merilo njegove sposobnosti prevajanja toplote. Pri hladilnih tekočinah in tekočinah za prenos toplote (imenovanih tudi toplotne tekočine ali termalna olja) je zaželena visoka toplotna prevodnost. Številni nanomateriali imajo odlične toplotno prevodne lastnosti. Za izkoriščanje njihove izjemne toplotne prevodnosti se kot hladilne tekočine uporabljajo tako imenovane nanotekočine. Nanotekočina je tekočina, v kateri so delci nanometrske velikosti suspendirani v osnovni tekočini, kot so voda, glikol ali olje, kjer tvorijo koloidno raztopino. Nanotekočine imajo lahko znatno večjo toplotno prevodnost v primerjavi s tekočinami brez nanodelcev ali večjih delcev. Material, velikost, viskoznost, površinski naboj in stabilnost tekočine dispergiranih nanodelcev znatno vplivajo na toplotno učinkovitost nanotekočin. Nanotekočine hitro pridobivajo pomen pri uporabi za prenos toplote, saj v primerjavi s konvencionalnimi osnovnimi tekočinami izkazujejo boljšo učinkovitost prenosa toplote.
Ultrazvočno dispergiranje je zelo učinkovita, zanesljiva in industrijsko uveljavljena tehnika za proizvodnjo nanotekočin z visoko zmogljivostjo prenosa toplote.

Ultrazvočno sintetizirane nanotekočine so učinkovita hladilna sredstva in tekočine za toplotne izmenjevalnike. Toplotno prevodni nanomateriali znatno povečajo sposobnost prenosa in odvajanja toplote. Sonikacija je uveljavljena metoda za sintezo in funkcionalizacijo toplotno prevodnih nanodelcev ter za proizvodnjo stabilnih, visokozmogljivih nanotekočin za hlajenje.

Ultrazvočna obdelava omogoča izkoriščanje prednosti delcev nanometrske velikosti, kot so

• visoko razmerje med površino in prostornino za znatno večje hitrosti prenosa energije in snovi
• majhna masa za zelo dobro koloidno stabilnost
• majhna vztrajnost, ki zmanjšuje erozijo na najmanjšo možno mero

Te lastnosti, povezane z nanometrsko velikostjo, dajejo nanotekočinam izjemno toplotno prevodnost. Ultrazvočno dispergiranje je najučinkovitejša tehnika za proizvodnjo funkcionaliziranih nanodelcev in nanotekočin.

Ultrazvočno proizvedene nanotekočine z izjemno toplotno prevodnostjo

Za številne nanomateriale – kot so CNT, silicijev dioksid, grafen, aluminij, srebro, borov nitrid in mnogi drugi – je že dokazano, da povečajo toplotno prevodnost tekočin za prenos toplote. V nadaljevanju so predstavljeni primeri rezultatov raziskav toplotno prevodnih nanotekočin, pripravljenih z ultrazvočno obdelavo.

Proizvodnja nanotekočin na osnovi aluminija z ultrazvokom

Buonomo et al. (2015) so dokazali izboljšano toplotno prevodnost nanotekočin Al2O3, pripravljenih z ultrazvočno obdelavo.
Za enakomerno dispergiranje nanodelcev Al2O3 v vodi so raziskovalci uporabili ultrazvočno napravo s sondo Hielscher UP400S. Ultrazvočno deaglomerirani in dispergirani aluminijevi delci so imeli velikost približno 120 nm v vseh nanotekočinah – neodvisno od koncentracije delcev. Toplotna prevodnost nanotekočin se je pri višjih temperaturah povečevala v primerjavi s čisto vodo. Pri koncentraciji delcev Al2O3 0,5% in sobni temperaturi 25°C je povečanje toplotne prevodnosti le približno 0,57%, pri 65°C pa se ta vrednost poveča na približno 8%. Pri prostorninski koncentraciji 4% se povečanje dvigne s 7,6% na 14,4%, ko temperatura naraste s 25°C na 65°C.
[prim. Buonomo et al., 2015]

Proizvodnja nanotekočin na osnovi borovega nitrida s sonikacijo

Ilhan et al. (2016) so raziskali toplotno prevodnost nanotekočin na osnovi heksagonalnega borovega nitrida (hBN). V ta namen so z dvostopenjsko metodo, ki vključuje ultrazvočno obdelavo in površinsko aktivne snovi, kot sta natrijev dodecilsulfat (SDS) in polivinilpirolidon (PVP), proizvedli vrsto dobro dispergiranih, stabilnih nanotekočin, ki vsebujejo nanodelce hBN s povprečnim premerom 70 nm. Ultrazvočno dispergirana nanotekočina hBN–voda izkazuje znatno povečanje toplotne prevodnosti tudi pri zelo nizkih koncentracijah delcev. Sonikacija z ultrazvočno napravo s sondo UP400S je zmanjšala povprečno velikost delcev agregatov na območje 40–60 nm. Raziskovalci ugotavljajo, da se veliki in gosti agregati borovega nitrida, opaženi v neobdelanem suhem stanju, razbijejo z ultrazvočno obdelavo in dodatkom površinsko aktivnih snovi. Zato je ultrazvočno dispergiranje učinkovita metoda za pripravo nanotekočin na vodni osnovi z različnimi koncentracijami delcev.
[prim. Ilhan et al., 2016]

“Ultrazvočna obdelava je v literaturi najpogosteje uporabljen postopek za povečanje stabilnosti nanotekočin.” [Ilhan et al., 2016] Tudi v industrijski proizvodnji je sonikacija danes najučinkovitejša, najzanesljivejša in najgospodarnejša tehnika za pridobivanje dolgoročno stabilnih nanotekočin z izjemno zmogljivostjo.

Industrijske ultrazvočne naprave za proizvodnjo hladilnih tekočin

Znanstveno dokazano, industrijsko uveljavljeno – ultrazvočne naprave Hielscher za proizvodnjo nanotekočin
Ultrazvočni dispergatorji z visokim strigom so zanesljivi stroji za neprekinjeno proizvodnjo visoko zmogljivih hladilnih tekočin in tekočin za prenos toplote. Ultrazvočno gnano mešanje je znano po svoji učinkovitosti in zanesljivosti – tudi v zahtevnih pogojih mešanja.
Oprema Hielscher Ultrasonics omogoča pripravo nestrupenih, nenevarnih nanotekočin, od katerih so nekatere primerne celo za uporabo v živilstvu. Hkrati so vse naše ultrazvočne naprave zelo učinkovite, zanesljive, varne za uporabo in zelo robustne. Zasnovane so za delovanje 24/7, zato lahko tudi naše namizne in srednje velike ultrazvočne naprave proizvedejo znatne količine.
Preberite več o ultrazvočni proizvodnji nanotekočin ali se takoj obrnite na nas za poglobljeno svetovanje in brezplačno ponudbo za ultrazvočni dispergator!

Spodnja tabela podaja okvirne podatke o približni zmogljivosti obdelave naših ultrazvočnih naprav:

V tem videoposnetku vam predstavljamo ultrazvočni sistem z močjo 2 kilovata za pretočno delovanje v omari z možnostjo prepihovanja. Hielscher dobavlja ultrazvočno opremo za skoraj vse industrijske panoge, med drugim za kemično, farmacevtsko in kozmetično industrijo, petrokemične procese ter postopke ekstrakcije s topili. Ta omara iz nerjavnega jekla z možnostjo prepihovanja je zasnovana za delovanje v eksplozijsko ogroženih območjih. V ta namen lahko uporabnik zatesnjeno omaro prepihuje z dušikom ali svežim zrakom, da prepreči vdor vnetljivih plinov ali hlapov vanjo.