Nanoakışkanlar Nasıl Üretilir?

Nanoakışkan, nanoparçacıklar içeren bir temel akışkandan oluşan, mühendislik yoluyla geliştirilmiş bir akışkandır. Nanoakışkanların sentezinde, yüksek düzeyde homojen bir dispersiyon sağlamak için etkili ve güvenilir bir homojenizasyon ve deaglomerasyon tekniği gerekir. Ultrasonik disperserler, mükemmel özelliklere sahip nanoakışkanlar üretmek için üstün teknolojidir. Ultrasonik dispersiyon; verimliliği, hızı, basitliği, güvenilirliği ve kullanıcı dostu olmasıyla öne çıkar.

Nanoakışkanlar Nedir?

Nanoakışkan, yaygın olarak nanoparçacık olarak adlandırılan nano boyutlu parçacıklar (≺100nm) içeren bir akışkandır. Nanoakışkanlarda kullanılan nanoparçacıklar genellikle metallerden, oksitlerden, karbürlerden veya karbon nanotüplerden oluşur. Bu nanoparçacıklar, mühendislik yoluyla geliştirilmiş bir kolloidal süspansiyon, yani nanoakışkan elde etmek amacıyla bir temel akışkanın (ör. su, yağ vb.) içine disperse edilir. Nanoakışkanlar, temel akışkanın malzeme özelliklerine kıyasla ısıl iletkenlik, ısıl yayınım katsayısı, viskozite ve taşınımla ısı transferi katsayıları gibi gelişmiş termofiziksel özellikler sergiler.
Nanoakışkanların yaygın bir uygulaması, soğutma sıvısı veya soğutucu akışkan olarak kullanılmalarıdır. Geleneksel soğutma sıvılarına (su, yağ, etilen glikol, polialfaolefin vb.) nanoparçacıklar eklenerek bu soğutma sıvılarının ısıl özellikleri iyileştirilir.

• soğutma / ısı transferi sıvıları
• yağlayıcılar
• biyomedikal uygulamalar

Ultrasonik Homojenizatörle Nanoakışkan Üretimi

Nanoakışkanların mikroyapısı, en uygun homojenizasyon teknolojisi ve işlem parametreleri uygulanarak etkilenebilir ve değiştirilebilir. Ultrasonik dispersiyonun, nanoakışkan hazırlamak için son derece verimli ve güvenilir bir teknik olduğu kanıtlanmıştır. Ultrasonik disperserler, araştırmalarda ve endüstride nanoparçacıkları yüksek homojenlik ve dar bir parçacık boyutu dağılımıyla sentezlemek, öğütmek, disperse etmek ve homojenize etmek için kullanılır. Nanoakışkan sentezinin işlem parametreleri arasında ultrasonik enerji girdisi, ultrasonik genlik, sıcaklık, basınç ve asitlik bulunur. Ayrıca, reaktanların ve katkı maddelerinin türleri ve konsantrasyonları ile katkı maddelerinin çözeltiye eklenme sırası da önemli faktörlerdir.
Nanoakışkanların özelliklerinin nanomalzemelerin yapısına ve şekline büyük ölçüde bağlı olduğu iyi bilinmektedir. Bu nedenle, nanoakışkanların kontrol edilebilir mikroyapılarının elde edilmesi, nanoakışkanların işlevselliğine ve kalitesine katkıda bulunan temel faktördür. Genlik, basınç, sıcaklık ve enerji girdisi (Ws/mL) gibi optimize edilmiş ultrasonikasyon parametrelerinin kullanılması, kararlı, homojen ve yüksek kaliteli bir nanoakışkan üretmenin anahtarıdır. Ultrasonikasyon, parçacıkları deaglomere etmek ve tek tek disperse edilmiş nanoparçacıklar hâlinde dağıtmak için başarıyla uygulanabilir. Parçacık boyutu küçüldükçe Brown hareketi (Brown hızı) ve parçacıklar arası etkileşimler artar ve daha kararlı nanoakışkanlar elde edilir. Hielscher sonikatörleri, tüm önemli işlem parametrelerinin hassas biçimde kontrol edilmesine olanak tanır, yüksek genliklerde kesintisiz çalışabilir (24/7/365) ve tüm sonikasyon işlemlerinin kolayca değerlendirilmesi için otomatik veri kaydı özelliğiyle sunulur.

Ultrasonik olarak disperse edilmiş nano boyutlu silika

Sonikasyonla İyileştirilmiş Nanoakışkan Kararlılığı

Nanoakışkanlarda nanoparçacıkların aglomerasyonu, yalnızca çökelmeye ve mikrokanalların tıkanmasına değil, aynı zamanda nanoakışkanların ısıl iletkenliğinin azalmasına da yol açar. Ultrasonik deaglomerasyon ve dispersiyon, malzeme biliminde ve endüstride yaygın olarak uygulanır. Sonikasyon, homojen nanoparçacık dağılımına ve yüksek kararlılığa sahip kararlı nanodispersiyonlar hazırlamak için kanıtlanmış bir tekniktir. Bu nedenle Hielscher ultrasonik disperserleri, nanoakışkan üretiminde tercih edilen teknolojidir.

Araştırmalarda Ultrasonik Olarak Üretilen Nanoakışkanlar

Araştırmalarda, ultrasonikasyonun ve ultrasonik parametrelerin nanoakışkanların özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Ultrasonik nanoakışkan hazırlamaya ilişkin bilimsel bulgular hakkında daha fazla bilgi edinin.

Al2O3 Nanoakışkanlarının Hazırlanmasında Ultrasonik Etkiler

Noroozi et al. (2014), “daha yüksek parçacık konsantrasyonunda, sonikasyonun nanoakışkanların ısıl yayınım katsayısında sağladığı artışın daha büyük olduğunu” bulmuştur. “Ayrıca, ölçümden önce nanoakışkanların daha yüksek güçlü prob tipi sonikatörle sonikasyona tabi tutulmasıyla daha yüksek kararlılık ve ısıl yayınım katsayısında daha büyük artış elde edilmiştir.” Isıl yayınım katsayısındaki artış, daha küçük boyutlu nanoparçacıklarda daha büyüktür. Bunun nedeni, daha küçük parçacıkların etkin yüzey alanının hacme oranının daha yüksek olmasıdır. Dolayısıyla, daha küçük parçacıklar kararlı bir nanoakışkan oluşmasına yardımcı olmuş ve ultrasonik probla sonikasyon, ısıl yayınım katsayısı üzerinde önemli bir etki yaratmıştır. (Noroozi et al. 2014)

Al2O3–Su Nanoakışkanlarının Ultrasonik Üretimi İçin Adım Adım Talimatlar

Önce, Al2O3 nanoparçacıklarının kütlesini dijital elektronik bir teraziyle tartın. Ardından Al2O3 nanoparçacıklarını tartılmış damıtılmış suya kademeli olarak ekleyin ve Al2O3–su karışımını karıştırın. Nanoparçacıkların damıtılmış su içinde homojen dispersiyonunu sağlamak için karışımı ultrasonik prob tipi UP400S cihazıyla (400W, 24kHz, soldaki resme bakın) kesintisiz olarak 1h boyunca sonikasyona tabi tutun. Nanoakışkanlar farklı oranlarda (%0,1, %0,5 ve %1) hazırlanabilir. Yüzey aktif maddeye veya pH değişikliklerine gerek yoktur. (Isfahani et al., 2013)

Ultrasonik Olarak Ayarlanmış Sulu ZnO Nanoakışkanları

Elcioglu et al. (2021), bilimsel çalışmalarında “Ultrasonikasyon, nanoparçacıkların temel akışkanda uygun şekilde disperse edilmesi ve kararlılık için, ayrıca gerçek dünya uygulamalarında optimum özellikler elde etmek için gerekli bir işlemdir.” demektedir. ZnO / su nanoakışkanlarını üretmek için UP200Ht sonikatörünü kullanmışlardır. Sonikasyonun sulu ZnO nanoakışkanının yüzey gerilimi üzerinde belirgin etkileri olmuştur. Araştırmacıların bulguları, herhangi bir nanoakışkanın yüzey geriliminin, nanofilm oluşumunun ve ilgili diğer özelliklerinin uygun ultrasonikasyon koşullarında ayarlanabileceği sonucuna götürmektedir.

Nanoakışkan Üretimi İçin Ultrasonik Homojenizatörler

Hielscher Ultrasonics, her türlü homojenizasyon ve deaglomerasyon uygulaması için yüksek performanslı ultrasonik disperserler tasarlar, üretir ve dağıtır. Nanoakışkan üretiminde hassas sonikasyon kontrolü ve nanoparçacık süspansiyonunun güvenilir bir ultrasonik işleme tabi tutulması kritik öneme sahiptir.
Hielscher Ultrasonics işlemcileri; enerji girdisi, ultrasonik şiddet, genlik, basınç, sıcaklık ve kalış süresi gibi tüm önemli işlem parametreleri üzerinde tam kontrol sağlar. Böylece parametreleri optimize edilmiş koşullara göre ayarlayabilir ve bunun sonucunda yüksek kaliteli nanoakışkanlar elde edebilirsiniz.

• Her hacim? kapasite için: Hielscher, sonikatörler ve geniş bir aksesuar portföyü sunar. Bu, uygulamanız ve üretim kapasiteniz için ideal ultrasonik sistemin yapılandırılmasına olanak tanır. Mililitre hacmindeki küçük şişelerden saatte binlerce galonluk yüksek hacimli akışlara kadar Hielscher, prosesiniz için uygun ultrasonik çözümü sunar.
• Sağlamlık: Ultrasonik sistemlerimiz sağlam ve güvenilirdir. Tüm Hielscher sonikatörleri 24/7/365 çalışmak üzere üretilir ve çok az bakım gerektirir.
• Kullanıcı dostu kullanım: Ultrasonik cihazlarımızın gelişmiş yazılımı, basit ve güvenilir bir sonikasyon için sonikasyon ayarlarının önceden seçilmesine ve kaydedilmesine olanak tanır. Sezgisel menüye dijital renkli dokunmatik ekran üzerinden kolayca erişilebilir. Tarayıcı üzerinden uzaktan kontrol, herhangi bir internet tarayıcısıyla çalıştırma ve izleme olanağı sağlar. Otomatik veri kaydı, her sonikasyon işleminin proses parametrelerini yerleşik bir SD karta kaydeder.

Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir: