สารหล่อเย็นที่ใช้นาโนฟลูอิดัลด์เทอร์โมคอนดักเตอร์
นาโนฟลูอิดที่สังเคราะห์ด้วยอัลตราโซนิกเป็นสารหล่อเย็นและของเหลวแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีประสิทธิภาพ วัสดุนาโนเทอร์โมคอนดักเตอร์ช่วยเพิ่มความสามารถในการถ่ายเทความร้อนและการกระจายความร้อนได้อย่างมาก Sonication เป็นที่ยอมรับในการสังเคราะห์และการทํางานของอนุภาคนาโนเทอร์โมคอนดักเตอร์ตลอดจนการผลิตนาโนฟลูอิดประสิทธิภาพสูงที่เสถียรสําหรับการใช้งานระบายความร้อน
ผลกระทบของนาโนฟลูอิดิกต่อประสิทธิภาพของเทอร์โมไฮดรอลิก
การนําความร้อนของวัสดุเป็นตัวชี้วัดความสามารถในการนําความร้อน สําหรับสารหล่อเย็นและของเหลวถ่ายเทความร้อน (เรียกอีกอย่างว่าของเหลวระบายความร้อนหรือน้ํามันความร้อน) ต้องการการนําความร้อนสูง วัสดุนาโนจํานวนมากมีคุณสมบัติในการนําความร้อนที่ยอดเยี่ยม เพื่อใช้ประโยชน์ทางความร้อนที่เหนือกว่าของวัสดุนาโนสิ่งที่เรียกว่านาโนฟลูอิดถูกใช้เป็นของเหลวทําความเย็น นาโนฟลูอิดเป็นของเหลวที่อนุภาคขนาดนาโนเมตรแขวนลอยอยู่ในของเหลวพื้นฐานเช่นน้ําไกลคอลหรือน้ํามันซึ่งก่อตัวเป็นสารละลายคอลลอยด์ นาโนฟลูอิดสามารถเพิ่มการนําความร้อนได้อย่างมีนัยสําคัญเมื่อเทียบกับของเหลวที่ไม่มีอนุภาคนาโนหรืออนุภาคขนาดใหญ่ วัสดุ ขนาด ความหนืด ประจุพื้นผิว และความเสถียรของของเหลวของอนุภาคนาโนที่กระจายตัวส่งผลต่อประสิทธิภาพการระบายความร้อนของนาโนฟลูอิดอย่างมีนัยสําคัญ นาโนฟลูอิดกําลังมีความสําคัญอย่างรวดเร็วในการใช้งานการถ่ายเทความร้อน เนื่องจากมีประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับของเหลวพื้นฐานทั่วไป
การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงเชื่อถือได้และเป็นที่ยอมรับในอุตสาหกรรมในการผลิตนาโนฟลูอิดที่มีความสามารถในการถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูง
- อัตราส่วนพื้นผิว : ปริมาตรสูงสําหรับอัตราการถ่ายเทพลังงานและมวลที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสําคัญ
- มวลต่ําเพื่อความเสถียรของคอลลอยด์ที่ดีมาก
- ความเฉื่อยต่ําซึ่งช่วยลดการกัดเซาะ
คุณสมบัติที่เกี่ยวข้องขนาดนาโนเหล่านี้ทําให้นาโนฟลูอิดมีการนําความร้อนที่ยอดเยี่ยม การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการผลิตอนุภาคนาโนและนาโนฟลูอิดที่ใช้งานได้
นาโนฟลูอิดที่ผลิตด้วยอัลตราโซนิกพร้อมการให้ความร้อนที่เหนือกว่า
วัสดุนาโนจํานวนมาก – เช่น CNTs, ซิลิกา, กราฟีน, อลูมิเนียม, เงิน, โบรอนไนไตรด์และอื่น ๆ อีกมากมาย – ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าช่วยเพิ่มความเอื้ออํานวยต่อความร้อนของของเหลวถ่ายเทความร้อน ด้านล่างนี้คุณจะพบผลการวิจัยที่เป็นแบบอย่างสําหรับของเหลวนาโนนําความร้อนที่เตรียมภายใต้อัลตราโซนิก
การผลิตนาโนฟลูอิดที่ใช้ Alumiunium ด้วยอัลตราซาวนด์
Buonomo et al. (2015) แสดงให้เห็นถึงการนําความร้อนที่ดีขึ้นของนาโนฟลูอิด Al2O3 ซึ่งเตรียมไว้ภายใต้อัลตราโซนิก
เพื่อกระจายอนุภาคนาโน Al2O3 ลงในน้ําอย่างสม่ําเสมอนักวิจัยใช้เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ Hielscher UP400S อนุภาคอะลูมิเนียมที่แยกตัวและกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกให้ผลผลิตขนาดอนุภาคประมาณ 120 นาโนเมตรสําหรับนาโนฟลูอิดทั้งหมด – โดยไม่ขึ้นกับความเข้มข้นของอนุภาค การนําความร้อนของนาโนฟลูอิดเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้นเมื่อเทียบกับน้ําบริสุทธิ์ ด้วยความเข้มข้นของอนุภาค Al0.5O2O3% ที่อุณหภูมิห้อง 25°C การนําความร้อนที่เพิ่มขึ้นจะอยู่ที่ประมาณ 0.57% แต่ที่ 65°C ค่านี้จะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 8% สําหรับความเข้มข้นของปริมาตร 4% การปรับปรุงจะเพิ่มขึ้นจาก 7.6% เป็น 14.4% โดยอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นจาก 25°C เป็น 65°C
[อ้างอิง Buonomo et al., 2015]
การกระจายขนาดอนุภาคของของเหลวนาโนโบรอนไนไตรด์ที่มีความเข้มข้นของโบรอนไนไตรด์ต่างๆหลังจากอัลตราโซนิกด้วย UP400S (a) 0.1% hBN, (b) 0.5% hBN, (c) 2% hBN
(การศึกษาและกราฟ: © Ilhan et al., 2016)
การผลิตนาโนฟลูอิดที่ใช้โบรอนไนไตรด์โดยใช้ Sonication
Ilhan et al. (2016) ตรวจสอบการนําความร้อนของนาโนฟลูอิดที่ใช้โบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม (hBN) เพื่อจุดประสงค์นี้ชุดของนาโนฟลูอิดที่กระจายตัวได้ดีและเสถียรซึ่งมีอนุภาคนาโน hBN ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย 70 นาโนเมตรถูกผลิตด้วยวิธีการสองขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับอัลตราโซนิกและสารลดแรงตึงผิวเช่นโซเดียมโดเดซิลซัลเฟต (SDS) และโพลีไวนิลไพโรลิโดน (PVP) นาโนฟลูอิด hBN–water ที่กระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกแสดงให้เห็นถึงการนําความร้อนที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสําคัญแม้สําหรับความเข้มข้นของอนุภาคที่เจือจางมาก Sonication ด้วยเครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ UP400S ลดขนาดอนุภาคเฉลี่ยของมวลรวมลงเหลือช่วง 40-60 นาโนเมตร นักวิจัยสรุปว่ามวลรวมโบรอนไนไตรด์ขนาดใหญ่และหนาแน่นซึ่งสังเกตได้ในสภาพแห้งที่ไม่ผ่านการบําบัดจะถูกทําลายด้วยกระบวนการอัลตราโซนิกและการเติมสารลดแรงตึงผิว ทําให้การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเตรียมนาโนฟลูอิดที่มีความเข้มข้นของอนุภาคต่างๆ
[อ้างอิง Ilhan et al., 2016]
ภาพ STEM แสดงสัณฐานวิทยาของนาโนฟลูอิด hBN ที่ใช้เอทิลีนไกลคอล (EG) ที่กระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกที่มีความเข้มข้นของปริมาตรอนุภาค 0.5%
(การศึกษาและกราฟ: © Ilhan et al., 2016)
“อัลตราโซนิกเป็นกระบวนการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในวรรณกรรมเพื่อเพิ่มความเสถียรของนาโนฟลูอิด” [Ilhan et al., 2016] และในการผลิตทางอุตสาหกรรมการ sonication เป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพเชื่อถือได้และประหยัดที่สุดในการได้นาโนฟลูอิดที่มีเสถียรภาพในระยะยาวที่มีประสิทธิภาพโดดเด่น
เครื่องอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมสําหรับการผลิตน้ําหล่อเย็น
ได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์ ก่อตั้งขึ้นในภาคอุตสาหกรรม – Hielscher Ultrasonicators สําหรับการผลิตนาโนฟลูอิด
เครื่องกระจายแรงเฉือนสูงอัลตราโซนิกเป็นเครื่องจักรที่เชื่อถือได้สําหรับการผลิตสารหล่อเย็นประสิทธิภาพสูงและของเหลวถ่ายเทความร้อนอย่างต่อเนื่อง การผสมที่ขับเคลื่อนด้วยอัลตราโซนิกเป็นที่รู้จักในด้านประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ – แม้ว่าจะมีเงื่อนไขการผสมที่ต้องการก็ตาม
อุปกรณ์ Hielscher Ultrasonics ช่วยให้สามารถเตรียมสารพิษไม่เป็นอันตรายบางชนิดแม้กระทั่งนาโนฟลูอิดเกรดอาหาร ในเวลาเดียวกันเครื่องอัลตราโซนิกทั้งหมดของเรามีประสิทธิภาพสูงเชื่อถือได้ปลอดภัยในการใช้งานและทนทานมาก สร้างขึ้นสําหรับการทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันแม้แต่เครื่องอัลตราโซนิกแบบตั้งโต๊ะและขนาดกลางของเราก็สามารถผลิตปริมาณที่น่าทึ่งได้
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการผลิตนาโนฟลูอิดอัลตราโซนิกหรือติดต่อเราตอนนี้เพื่อรับคําปรึกษาเชิงลึกและข้อเสนอฟรีสําหรับเครื่องกระจายอัลตราโซนิก!
ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
| ปริมาณแบทช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนํา |
|---|---|---|
| 1 ถึง 500 มล. | 10 ถึง 200 มล. / นาที | UP100H |
| 10 ถึง 2000 มล. | 20 ถึง 400 มล. / นาที | UP200 ฮิต, UP400ST |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L / นาที | UIP2000hdt |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L / นาที | UIP4000hdT |
| 15 ถึง 150L | 3 ถึง 15 ลิตร / นาที | UIP6000hdT |
| ไม่ | 10 ถึง 100L / นาที | UIP16000 |
| ไม่ | ขนาด ใหญ่ | คลัสเตอร์ของ UIP16000 |
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการใช้งานผสมการกระจายอิมัลชันและการสกัดในระดับห้องปฏิบัติการนําร่องและอุตสาหกรรม
วรรณกรรม / อ้างอิง
- B. Buonomo, O. Manca, L. Marinelli, S. Nardini (2015): Effect of temperature and sonication time on nanofluid thermal conductivity measurements by nano-flash method. Applied Thermal Engineering 2015.
- Beybin İlhan, Melike Kurt, Hakan Ertürk (2016): Experimental investigation of heat transfer enhancement and viscosity change of hBN nanofluids. Experimental Thermal and Fluid Science, Volume 77, 2016. 272-283.
- Oldenburg, S., Siekkinen, A., Darlington, T., Baldwin, R. (2007): Optimized Nanofluid Coolants for Spacecraft Thermal Control Systems. SAE Technical Paper, 2007.
- Mehdi Keyvani, Masoud Afrand, Davood Toghraie, Mahdi Reiszadeh (2018): An experimental study on the thermal conductivity of cerium oxide/ethylene glycol nanofluid: developing a new correlation. Journal of Molecular Liquids, Volume 266, 2018, 211-217.
ข้อเท็จจริงที่ควรค่าแก่การรู้
เหตุใดนาโนฟลูอิดจึงดีสําหรับการใช้งานทําความเย็นและการถ่ายเทความร้อน
สารหล่อเย็นประเภทใหม่คือนาโนฟลูอิดซึ่งประกอบด้วยของเหลวพื้นฐาน (เช่น น้ํา) ซึ่งทําหน้าที่เป็นของเหลวพาหะสําหรับอนุภาคขนาดนาโน อนุภาคนาโนที่ออกแบบมาตามวัตถุประสงค์ (เช่น CuO ขนาดนาโน อลูมินา ไทเทเนียมไดออกไซด์ ท่อนาโนคาร์บอน ซิลิกา หรือโลหะ เช่น ทองแดง แท่งนาโนเงิน) ที่กระจายตัวลงในของเหลวฐานสามารถเพิ่มความสามารถในการถ่ายเทความร้อนของนาโนฟลูอิดที่ได้อย่างมาก สิ่งนี้ทําให้นาโนฟลูอิดเป็นของเหลวระบายความร้อนประสิทธิภาพสูงเป็นพิเศษ
การใช้นาโนฟลูอิดที่ผลิตขึ้นโดยเฉพาะซึ่งมีอนุภาคนาโนนําความร้อนช่วยให้สามารถปรับปรุงการถ่ายเทและการกระจายความร้อนได้อย่างมีนัยสําคัญ เช่น แท่งนาโนเงินที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 55±12 นาโนเมตรและความยาวเฉลี่ย 12.8 μm ที่ 0.5 vol.% เพิ่มการนําความร้อนของน้ํา 68% และ 0.5 vol.% ของแท่งนาโนเงินเพิ่มการนําความร้อนของสารหล่อเย็นที่มีส่วนผสมของเอทิลีนไกลคอล 98% อนุภาคนาโนอลูมินาที่ 0.1% สามารถเพิ่มฟลักซ์ความร้อนวิกฤตของน้ําได้มากถึง 70% อนุภาคจะก่อตัวเป็นพื้นผิวที่มีรูพรุนขรุขระบนวัตถุที่ระบายความร้อน ซึ่งกระตุ้นให้เกิดฟองอากาศใหม่ และลักษณะที่ชอบน้ําจะช่วยผลักพวกมันออกไป นาโนฟลูอิดที่มีความเข้มข้นมากกว่า 5% ทําหน้าที่เหมือนของเหลวที่ไม่ใช่นิวตัน (อ้างอิง (Oldenburg et al., 2007)
การเติมอนุภาคนาโนโลหะลงในสารหล่อเย็นที่ใช้ในระบบควบคุมความร้อนสามารถเพิ่มการนําความร้อนของของเหลวฐานได้อย่างมาก วัสดุคอมโพสิตอนุภาคนาโน-ของเหลวโลหะดังกล่าวเรียกว่านาโนฟลูอิดและการใช้เป็นสารหล่อเย็นมีศักยภาพในการลดน้ําหนักและความต้องการพลังงานของระบบควบคุมความร้อนของยานอวกาศ การนําความร้อนของนาโนฟลูอิดขึ้นอยู่กับความเข้มข้น ขนาด รูปร่าง เคมีพื้นผิว และสถานะการรวมตัวของอนุภาคนาโนที่เป็นส่วนประกอบ มีการตรวจสอบผลกระทบของความเข้มข้นในการโหลดอนุภาคนาโนและอัตราส่วนภาพของอนุภาคนาโนต่อการนําความร้อนและความหนืดของน้ําและสารหล่อเย็นที่มีส่วนผสมของเอทิลีนไกลคอล แท่งนาโนเงินที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 55 ± 12 นาโนเมตรและความยาวเฉลี่ย 12.8 ± 8.5 μm ที่ความเข้มข้น 0.5% โดยปริมาตรช่วยเพิ่มการนําความร้อนของน้ําได้ 68% การนําความร้อนของสารหล่อเย็นที่มีส่วนผสมของเอทิลีนไกลคอลเพิ่มขึ้น 98% ด้วยความเข้มข้นในการโหลดนาโนแท่งเงิน 0.5% โดยปริมาตร นาโนแท่งที่ยาวกว่ามีผลต่อการนําความร้อนมากกว่านาโนแท่งที่สั้นกว่าที่ความหนาแน่นในการโหลดเท่ากัน อย่างไรก็ตาม นาโนแท่งที่ยาวกว่ายังเพิ่มความหนืดของของเหลวฐานในระดับที่สูงกว่านาโนแท่งที่สั้นกว่า
(Oldenburg et al., 2007)
Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม