Kako izdelati nanofluide

Nanofluid je namensko zasnovana tekočina, ki jo sestavlja osnovna tekočina z nanodelci. Za sintezo nanofluidov je potrebna učinkovita in zanesljiva tehnika homogenizacije in deaglomeracije, ki zagotavlja visoko stopnjo enakomerne dispergiranosti. Ultrazvočni dispergatorji so boljša tehnologija za proizvodnjo nanofluidov z odličnimi lastnostmi. Ultrazvočno dispergiranje izstopa po učinkovitosti, hitrosti, preprostosti, zanesljivosti in prijaznosti do uporabnika.

Kaj so nanofluidi?

Nanofluid je tekočina, ki vsebuje delce nanometrske velikosti (≺100nm), običajno imenovane nanodelci. Nanodelci, ki se uporabljajo v nanofluidih, so običajno iz kovin, oksidov, karbidov ali ogljikovih nanocevk. Ti nanodelci se dispergirajo v osnovni tekočini (npr. vodi, olju itd.), da nastane namensko zasnovana koloidna suspenzija, tj. nanofluid. Nanofluidi imajo v primerjavi z lastnostmi osnovne tekočine izboljšane termofizikalne lastnosti, kot so toplotna prevodnost, temperaturna prevodnost, viskoznost in koeficienti konvektivnega prenosa toplote.
Pogosta uporaba nanofluidov je njihova uporaba kot hladilnih tekočin ali hladilnih sredstev. Z dodajanjem nanodelcev običajnim hladilnim tekočinam (kot so voda, olje, etilen glikol, polialfaolefin itd.) se njihove toplotne lastnosti izboljšajo.

• hladilne tekočine / tekočine za prenos toplote
• maziva
• biomedicinsko uporabo

Izdelava nanofluidov z ultrazvočnim homogenizatorjem

Na mikrostrukturo nanofluidov je mogoče vplivati in jo spreminjati z uporabo najprimernejše tehnologije homogenizacije in procesnih parametrov. Ultrazvočno dispergiranje se je izkazalo za zelo učinkovito in zanesljivo tehniko priprave nanofluidov. Ultrazvočni dispergatorji se uporabljajo v raziskavah in industriji za sintezo, mletje, dispergiranje in homogenizacijo nanodelcev z visoko stopnjo enakomernosti in ozko porazdelitvijo velikosti delcev. Procesni parametri za sintezo nanofluidov vključujejo vnos ultrazvočne energije, ultrazvočno amplitudo, temperaturo, tlak in kislost. Pomembni dejavniki so tudi vrste in koncentracije reaktantov in dodatkov ter vrstni red dodajanja dodatkov v raztopino.
Znano je, da so lastnosti nanofluidov močno odvisne od strukture in oblike nanomaterialov. Zato je doseganje mikrostruktur nanofluidov, ki jih je mogoče nadzorovati, glavni dejavnik, ki prispeva k funkcionalnosti in kakovosti nanofluidov. Uporaba optimiziranih parametrov ultrazvočne obdelave, kot so amplituda, tlak, temperatura in vnos energije (Ws/mL), je ključna za proizvodnjo stabilnega, enakomernega in visokokakovostnega nanofluida. Ultrazvočno obdelavo je mogoče uspešno uporabiti za deaglomeracijo in dispergiranje delcev v posamično dispergirane nanodelce. Z manjšo velikostjo delcev se povečajo Brownovo gibanje (Brownova hitrost) in medsebojne interakcije med delci, kar privede do stabilnejših nanofluidov. Ultrazvočne naprave Hielscher omogočajo natančen nadzor vseh pomembnih procesnih parametrov, lahko neprekinjeno delujejo pri visokih amplitudah (24/7/365) in vključujejo samodejno beleženje podatkov za preprosto vrednotenje vseh izvedenih sonikacij.

Ultrazvočno dispergiran silicijev dioksid nanometrske velikosti

Izboljšana stabilnost nanofluidov s sonikacijo

Pri nanofluidih aglomeracija nanodelcev povzroča ne le usedanje in zamašitev mikrokanalov, temveč tudi zmanjšanje toplotne prevodnosti nanofluidov. Ultrazvočna deaglomeracija in dispergiranje se pogosto uporabljata v znanosti o materialih in industriji. Sonikacija je preizkušena tehnika za pripravo stabilnih nanodisperzij z enakomerno porazdelitvijo nanodelcev in veliko stabilnostjo. Zato so ultrazvočni dispergatorji Hielscher prednostna tehnologija za proizvodnjo nanofluidov.

Ultrazvočno proizvedeni nanofluidi v raziskavah

Raziskave so preučevale učinke ultrazvočne obdelave in ultrazvočnih parametrov na lastnosti nanofluidov. Preberite več o znanstvenih ugotovitvah glede ultrazvočne priprave nanofluidov.

Učinki ultrazvoka na pripravo nanofluidov z Al2O3

Noroozi in sod. (2014) so ugotovili, da je bilo pri »višji koncentraciji delcev izboljšanje temperaturne prevodnosti nanofluidov zaradi sonikacije večje. Poleg tega sta bili večja stabilnost in boljša temperaturna prevodnost doseženi s sonikacijo nanofluidov z ultrazvočno napravo s sondo večje moči pred meritvijo.« Izboljšanje temperaturne prevodnosti je bilo večje pri manjših nanodelcih. Razlog za to je, da imajo manjši delci večje razmerje med efektivno površino in prostornino. Manjši delci so tako pripomogli k nastanku stabilnega nanofluida, sonikacija z ultrazvočno sondo pa je bistveno vplivala na temperaturno prevodnost. (Noroozi in sod. 2014)

Navodila po korakih za ultrazvočno proizvodnjo nanofluidov Al2O3–voda

Najprej z digitalno elektronsko tehtnico stehtajte maso nanodelcev Al2O3. Nato nanodelce Al2O3 postopoma dodajajte stehtani destilirani vodi in mešajte zmes Al2O3 in vode. Zmes neprekinjeno sonicirajte 1h z ultrazvočno napravo s sondo UP400S (400W, 24kHz, glejte sliko levo), da dosežete enakomerno dispergiranost nanodelcev v destilirani vodi. Nanofluide je mogoče pripraviti pri različnih deležih (0,1%, 0,5% in 1%). Površinsko aktivna snov ali spremembe pH niso potrebne. (Isfahani in sod., 2013)

Ultrazvočno uravnavani vodni nanofluidi z ZnO

Elcioglu in sod. (2021) v svoji znanstveni raziskavi navajajo, da je »ultrazvočna obdelava bistven proces za ustrezno dispergiranost nanodelcev v osnovni tekočini in stabilnost ter za optimalne lastnosti pri praktičnih uporabah.« Za proizvodnjo nanofluidov ZnO / voda so uporabili ultrazvočno napravo UP200Ht. Sonikacija je jasno vplivala na površinsko napetost vodnega nanofluida z ZnO. Ugotovitve raziskovalcev vodijo do sklepa, da je mogoče površinsko napetost, nastajanje nanofilma in druge povezane lastnosti katerega koli nanofluida prilagajati in uravnavati pri ustreznih pogojih ultrazvočne obdelave.

Ultrazvočni homogenizatorji za proizvodnjo nanofluidov

Hielscher Ultrasonics načrtuje, izdeluje in distribuira visokozmogljive ultrazvočne dispergatorje za vse vrste uporabe pri homogenizaciji in deaglomeraciji. Pri proizvodnji nanofluidov sta ključna natančen nadzor sonikacije in zanesljiva ultrazvočna obdelava suspenzije nanodelcev.
Procesorji Hielscher Ultrasonics vam omogočajo popoln nadzor vseh pomembnih procesnih parametrov, kot so vnos energije, ultrazvočna intenzivnost, amplituda, tlak, temperatura in zadrževalni čas. Tako lahko parametre prilagodite optimiziranim pogojem, kar posledično vodi do visokokakovostnih nanofluidov.

• Za katero koli prostornino? zmogljivost: Hielscher ponuja ultrazvočne naprave in širok nabor dodatne opreme. To omogoča konfiguracijo idealnega ultrazvočnega sistema za vašo uporabo in proizvodno zmogljivost. Od majhnih vial s prostornino nekaj mililitrov do velikih tokov s pretokom več tisoč galon na uro Hielscher ponuja ustrezno ultrazvočno rešitev za vaš proces.
• Robustnost: Naši ultrazvočni sistemi so robustni in zanesljivi. Vse ultrazvočne naprave Hielscher so izdelane za delovanje 24/7/365 in zahtevajo zelo malo vzdrževanja.
• Prijaznost do uporabnika: Dodelana programska oprema naših ultrazvočnih naprav omogoča predhodno izbiro in shranjevanje nastavitev sonikacije za preprosto in zanesljivo sonikacijo. Intuitivni meni je preprosto dostopen prek digitalnega barvnega zaslona na dotik. Daljinsko upravljanje prek brskalnika omogoča upravljanje in spremljanje prek katerega koli spletnega brskalnika. Samodejno beleženje podatkov shranjuje procesne parametre vsake izvedene sonikacije na vgrajeno kartico SD.

Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav: