Kako narediti nanofluide

Nanofluid je inženirska tekočina, ki je sestavljena iz osnovne tekočine, ki vsebuje nanodelce. Za sintezo nanofluidov je potrebna učinkovita in zanesljiva tehnika homogenizacije in deaglomeracije, da se zagotovi visoka stopnja enakomerne disperzije. Ultrazvočni dispergatorji so vrhunska tehnologija za proizvodnjo nanofluidov z odličnimi lastnostmi. Ultrazvočna disperzija se odlikuje z učinkovitostjo, hitrostjo, preprostostjo, zanesljivostjo in prijaznostjo do uporabnika.

Kaj so nanofluidi?

Nanofluid je tekočina, ki vsebuje nanodelce (≺100 nm), ki se običajno imenujejo nanodelci. Nanodelci, ki se uporabljajo v nanofluidih, so običajno izdelani iz kovin, oksidov, karbidov ali ogljikovih nanocevk. Ti nanodelci se razpršijo v osnovno tekočino (npr. vodno olje itd.), da se dobi inženirska koloidna suspenzija, tj. nanofluid. Nanofluidi kažejo izboljšane termofizikalne lastnosti, kot so toplotna prevodnost, toplotna difuznost, viskoznost in konvektivni koeficienti prenosa toplote v primerjavi z materialnimi lastnostmi osnovne tekočine.
Pogosta uporaba nanofluidov je njihova uporaba kot hladilne tekočine ali hladilnega sredstva. Z dodajanjem nanodelcev običajnim hladilnim sredstvom (kot so voda, olje, etilen glikol, polialfaolefin itd.) se izboljšajo toplotne lastnosti običajnih hladilnih sredstev.

• tekočine za hlajenje / prenos toplote
• Maziva
• biomedicinska uporaba

Izdelava nanofluidov z ultrazvočnim homogenizatorjem

Na mikrostrukturo nanofluidov lahko vplivamo in manipuliramo z uporabo najprimernejše tehnologije homogenizacije in parametrov obdelave. Ultrazvočna disperzija se je izkazala kot zelo učinkovita in zanesljiva tehnika za pripravo nanofluidov. Ultrazvočni dispergatorji se uporabljajo v raziskavah in industriji za sintezo, mletje, razprševanje in homogenizacijo nanodelcev z visoko enakomernostjo in ozko porazdelitvijo velikosti delcev. Procesni parametri za sintezo nanofluidov vključujejo ultrazvočni vnos energije, ultrazvočno amplitudo, temperaturo, tlak in kislost. Poleg tega so pomembni dejavniki vrste in koncentracije reaktantov in dodatkov ter vrstni red, v katerem se aditivi dodajajo raztopini.
Znano je, da so lastnosti nanofluidov močno odvisne od strukture in oblike nanomaterialov. Zato je pridobivanje nadzorovanih mikrostruktur nanofluidov glavni dejavnik, ki prispeva k funkcionalnosti in kakovosti nanofluidov. Uporaba optimiziranih ultrazvočnih parametrov, kot so amplituda, tlak, temperatura in vnos energije (Ws / ml), je ključ do izdelave stabilnega, enotnega visokokakovostnega nanofluida. Ultrasonication se lahko uspešno uporablja za deaglomeracijo in razpršitev delcev v posamezne dispergirane nanodelce. Z manjšo velikostjo delcev se Brownovo gibanje (Brownova hitrost) in interakcije delcev povečajo in povzročijo bolj stabilne nanofluide. Hielscher ultrazvočni aparati omogočajo natančen nadzor nad vsemi pomembnimi parametri obdelave, lahko delujejo neprekinjeno pri visokih amplitudah (24/7/365) in prihajajo s samodejnim protokoliranjem podatkov za enostavno ocenjevanje vseh ultrazvočnih tekov.

Ultrazvočno razpršen nano-velikost silicijevega dioksida

Sonication izboljša stabilnost nanofluidov

Pri nanofluidih aglomeracija nanodelcev povzroči ne le usedanje in zamašitev mikrokanalov, temveč tudi zmanjšanje toplotne prevodnosti nanofluidov. Ultrazvočna deaglomeracija in disperzija se pogosto uporabljata v znanosti o materialih in industriji. Sonication je dokazana tehnika za pripravo stabilnih nano-disperzij z enakomerno porazdelitvijo nanodelcev in veliko stabilnostjo. Zato so Hielscher ultrazvočni dispergatorji prednostna tehnologija, ko gre za proizvodnjo nanofluidov.

Ultrazvočno proizvedene nanofluide v raziskavah

Raziskave so raziskale učinke ultrazvočnih in ultrazvočnih parametrov na značilnosti nanofluidov. Preberite več o znanstvenih ugotovitvah o ultrazvočni pripravi nanofluidov.

Ultrazvočni učinki na pripravo nanofluida Al2O3

Noroozi et al. (2014) so ugotovili, da je pri “večja koncentracija delcev, se je toplotna difuzivnost nano tekočin zaradi sonikacije bolj povečala. Poleg tega je bila večja stabilnost in večja toplotna difuzivnost dosežena s soničenjem nanofluidov s sonikom z večjo močjo sonde pred merjenjem.” Povečanje toplotne difuzivnosti je bilo večje pri manjših NP. Razlog za to je, da imajo manjši delci večje razmerje med efektivno površino in prostornino. Tako so manjši delci pomagali oblikovati stabilno nano tekočino, sonikacija z ultrazvočno sondo pa je bistveno vplivala na toplotno difuzivnost. (Noroozi et al. 2014)

Navodila po korakih za ultrazvočno proizvodnjo nano tekočin Al2O3-voda

Najprej stehtajte maso nanodelcev Al2O3 z digitalno elektronsko tehtnico. Nato v stehtano destilirano vodo postopoma vnesemo nanodelce Al2O3 in mešamo Al2O3 z vodo. Mešanico neprekinjeno sonikirajte 1 uro z ultrazvočno sondno napravo UP400S (400W, 24kHz, glej sliko levo), da proizvedete enakomerno disperzijo nanodelcev v destilirani vodi. Nanofluide lahko pripravimo v različnih frakcijah (0,1%, 0,5% in 1%). Površinsko aktivna snov ali spremembe pH niso potrebne. (Isfahani et al., 2013)

Ultrazvočno uglašene vodne nanofluide ZnO

Elcioglu in drugi (2021) v svoji znanstveni študiji navajajo, da “Ultrazvočni postopek je bistvenega pomena za pravilno disperzijo nanodelcev v osnovni tekočini in stabilnost ter optimalne lastnosti za uporabo v resničnem svetu.” Za proizvodnjo nanoproizvodov ZnO/voda so uporabili ultrazvočnik UP200Ht. Sonikacija je jasno vplivala na površinsko napetost vodne nano tekočine ZnO. Rezultat ugotovitev raziskovalcev je sklep, da je mogoče površinsko napetost, tvorbo nanoplastenke in druge povezane lastnosti katere koli nanofluida prilagoditi in nastaviti pod ustreznimi pogoji ultrazvoka.

Ultrazvočni homogenizatorji za proizvodnjo nanofluidov

Hielscher Ultrasonics načrtuje, proizvaja in distribuira visoko zmogljive ultrazvočne dispergatorje za vse vrste homogenizacijskih in deaglomeracijskih aplikacij. Pri proizvodnji nanofluidov sta ključnega pomena natančen nadzor ultrazvočne obdelave in zanesljiva ultrazvočna obdelava suspenzije nanodelcev.
Hielscher Ultrasonics’ vam omogočajo popoln nadzor nad vsemi pomembnimi parametri obdelave, kot so vnos energije, intenzivnost ultrazvoka, amplituda, tlak, temperatura in čas zadrževanja. Tako lahko parametre prilagodite na optimalne pogoje, kar posledično vodi do visokokakovostnih nanofluidov.

• Za vsako količino? zmogljivost: Hielscher ponuja ultrazvočne aparate in širok nabor dodatne opreme. To omogoča konfiguracijo idealnega ultrazvočnega sistema za vašo aplikacijo in proizvodne zmogljivosti. Od majhnih vial z mililitri do velikih volumnov na tisoče litrov na uro, Hielscher ponuja primerno ultrazvočno rešitev za vaš proces.
• Robustnosti: Naši ultrazvočni sistemi so robustni in zanesljivi. Vsi Hielscher ultrazvočni aparati so izdelani za delovanje 24/7/365 in zahtevajo zelo malo vzdrževanja.
• Prijaznost do uporabnika: Izdelana programska oprema naših ultrazvočnih naprav omogoča predizbiro in shranjevanje nastavitev ultrazvočnih naprav za preprosto in zanesljivo ultrazvočno razbijanje Intuitivni meni je enostavno dostopen prek digitalnega barvnega zaslona na dotik. Daljinsko upravljanje brskalnika vam omogoča upravljanje in spremljanje prek katerega koli internetnega brskalnika. Samodejno snemanje podatkov shrani procesne parametre vsake ultrazvočne vožnje na vgrajeno kartico SD.

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov: