Så tillverkar du nanovätskor

En nanovätska är en tekniskt framställd vätska som består av en basvätska som innehåller nanopartiklar. För syntes av nanovätskor krävs en effektiv och tillförlitlig teknik för homogenisering och deagglomerering för att säkerställa en hög grad av jämn dispergering. Ultraljudsdispergerare är den överlägsna tekniken för att producera nanovätskor med utmärkta egenskaper. Ultraljudsdispergering utmärker sig genom effektivitet, snabbhet, enkelhet, tillförlitlighet och användarvänlighet.

Vad är nanovätskor?

En nanovätska är en vätska som innehåller partiklar i nanostorlek (≺100nm), vanligen kallade nanopartiklar. Nanopartiklar som används i nanovätskor består vanligtvis av metaller, oxider, karbider eller kolnanorör. Dessa nanopartiklar dispergeras i en basvätska (t.ex. vatten, olja osv.) för att erhålla en tekniskt framställd kolloidal suspension, dvs. nanovätskan. Nanovätskor uppvisar förbättrade termofysikaliska egenskaper, såsom värmeledningsförmåga, temperaturledningsförmåga, viskositet och konvektiva värmeöverföringskoefficienter, jämfört med basvätskans materialegenskaper.
Ett vanligt användningsområde för nanovätskor är som kylvätska eller köldmedium. Genom tillsats av nanopartiklar till konventionella kylvätskor (såsom vatten, olja, etylenglykol, polyalfaolefin osv.) förbättras de konventionella kylvätskornas termiska egenskaper.

• kylvätskor / värmeöverföringsvätskor
• smörjmedel
• biomedicinsk användning

Tillverkning av nanovätskor med en ultraljudshomogenisator

Nanovätskors mikrostruktur kan påverkas och styras genom användning av den lämpligaste homogeniseringstekniken och de lämpligaste processparametrarna. Ultraljudsdispergering har visat sig vara en mycket effektiv och tillförlitlig teknik för framställning av nanovätskor. Ultraljudsdispergerare används inom forskning och industri för att syntetisera, mala, dispergera och homogenisera nanopartiklar med hög enhetlighet och en snäv partikelstorleksfördelning. Processparametrar för syntes av nanovätskor omfattar tillförd ultraljudsenergi, ultraljudsamplitud, temperatur, tryck och surhetsgrad. Dessutom är reaktanternas och tillsatsernas typer och koncentrationer samt den ordning i vilken tillsatserna tillsätts till lösningen viktiga faktorer.
Det är välkänt att nanovätskors egenskaper i hög grad beror på nanomaterialens struktur och form. Att erhålla kontrollerbara mikrostrukturer hos nanovätskorna är därför den viktigaste faktorn som bidrar till nanovätskornas funktion och kvalitet. Användning av optimerade parametrar för ultraljudsbehandling, såsom amplitud, tryck, temperatur och tillförd energi (Ws/mL), är nyckeln till att producera en stabil, enhetlig nanovätska av hög kvalitet. Ultraljudsbehandling kan med framgång användas för att deagglomerera och dispergera partiklar till enskilda dispergerade nanopartiklar. Med mindre partikelstorlek ökar både den brownska rörelsen (den brownska hastigheten) och växelverkan mellan partiklar, vilket resulterar i stabilare nanovätskor. Hielschers ultraljudsapparater möjliggör exakt kontroll över alla viktiga processparametrar, kan köras kontinuerligt vid höga amplituder (24/7/365) och har automatisk dataloggning för enkel utvärdering av alla ultraljudsbehandlingar.

Ultraljudsdispergerad kiseldioxid i nanostorlek

Förbättrad stabilitet hos nanovätskor genom ultraljudsbehandling

I nanovätskor leder agglomerering av nanopartiklar inte bara till sedimentering och igensättning av mikrokanaler utan även till minskad värmeledningsförmåga hos nanovätskorna. Deagglomerering och dispergering med ultraljud används i stor utsträckning inom materialvetenskap och industri. Ultraljudsbehandling är en beprövad teknik för att framställa stabila nanodispersioner med en jämn fördelning av nanopartiklar och hög stabilitet. Därför är Hielschers ultraljudsdispergerare den föredragna tekniken för produktion av nanovätskor.

Ultraljudsframställda nanovätskor inom forskning

Forskning har undersökt effekterna av ultraljudsbehandling och ultraljudsparametrar på nanovätskors egenskaper. Läs mer om vetenskapliga rön om framställning av nanovätskor med ultraljud.

Ultraljudets effekter på framställningen av Al2O3-nanovätskor

Noroozi et al. (2014) fann att vid ”högre partikelkoncentration var förbättringen av nanovätskornas temperaturledningsförmåga till följd av ultraljudsbehandlingen större. Dessutom erhölls högre stabilitet och förbättrad temperaturledningsförmåga genom att nanovätskorna före mätningen behandlades med en ultraljudsapparat av sondtyp med högre effekt.” Förbättringen av temperaturledningsförmågan var större för de mindre nanopartiklarna. Detta beror på att mindre partiklar har en större effektiv ytarea i förhållande till volymen. Mindre partiklar bidrog därmed till att bilda en stabil nanovätska, och behandling med en ultraljudssond hade en betydande effekt på temperaturledningsförmågan. (Noroozi et al. 2014)

Stegvisa anvisningar för produktion av Al2O3-vattennanovätskor med ultraljud

Väg först Al2O3-nanopartiklarnas massa med en digital elektronisk våg. Tillsätt sedan Al2O3-nanopartiklarna gradvis till det uppvägda destillerade vattnet och rör om Al2O3-vattenblandningen. Behandla blandningen kontinuerligt med ultraljud i 1h med ultraljudsapparaten av sondtyp UP400S (400W, 24kHz, se bilden till vänster) för att åstadkomma en jämn dispersion av nanopartiklar i destillerat vatten. Nanovätskorna kan framställas med olika andelar (0,1%, 0,5% och 1%). Inga ytaktiva ämnen eller pH-ändringar behövs. (Isfahani et al., 2013)

Vattenbaserade ZnO-nanovätskor som finjusterats med ultraljud

Elcioglu et al. (2021) konstaterar i sin vetenskapliga studie att ”ultraljudsbehandling är en oumbärlig process för korrekt dispergering av nanopartiklar i basvätskan och för stabilitet samt för optimala egenskaper i praktiska tillämpningar.” De använde ultraljudsapparaten UP200Ht för att producera ZnO / vattennanovätskor. Ultraljudsbehandlingen hade tydliga effekter på den vattenbaserade ZnO-nanovätskans ytspänning. Forskarnas resultat leder till slutsatsen att ytspänning, bildning av nanofilmer och andra relaterade egenskaper hos alla slags nanovätskor kan justeras och finjusteras under lämpliga ultraljudsbehandlingsförhållanden.

Ultraljudshomogenisatorer för produktion av nanovätskor

Hielscher Ultrasonics konstruerar, tillverkar och distribuerar högpresterande ultraljudsdispergerare för alla slags homogeniserings- och deagglomereringstillämpningar. Vid produktion av nanovätskor är exakt styrning av ultraljudsbehandlingen och en tillförlitlig ultraljudsbehandling av nanopartikelsuspensionen avgörande.
Hielscher Ultrasonics processorer ger dig full kontroll över alla viktiga processparametrar, såsom tillförd energi, ultraljudsintensitet, amplitud, tryck, temperatur och uppehållstid. Därmed kan du justera parametrarna till optimerade förhållanden, vilket i sin tur ger nanovätskor av hög kvalitet.

• För alla volymer? kapaciteter: Hielscher erbjuder ultraljudsapparater och ett brett sortiment av tillbehör. Detta gör det möjligt att konfigurera det idealiska ultraljudssystemet för din tillämpning och produktionskapacitet. Från små provflaskor med milliliter till stora volymflöden på tusentals gallon per timme erbjuder Hielscher den lämpliga ultraljudslösningen för din process.
• Robusthet: Våra ultraljudssystem är robusta och tillförlitliga. Alla Hielschers ultraljudsapparater är byggda för drift 24/7/365 och kräver mycket lite underhåll.
• Användarvänlighet: Våra ultraljudsapparaters välutvecklade programvara gör det möjligt att förvälja och spara inställningar för enkel och tillförlitlig ultraljudsbehandling. Den intuitiva menyn är lättillgänglig via en digital pekskärm i färg. Fjärrstyrningen via webbläsare gör det möjligt att styra och övervaka med valfri webbläsare. Automatisk dataloggning sparar processparametrarna för varje ultraljudsbehandling på ett inbyggt SD-kort.

Tabellen nedan ger dig en uppfattning om våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet: