Chất làm mát dựa trên chất lỏng nano dẫn nhiệt

Chất lỏng nano được tổng hợp bằng siêu âm là các chất làm mát và chất lỏng trao đổi nhiệt hiệu quả. Vật liệu nano dẫn nhiệt làm tăng đáng kể khả năng truyền nhiệt và tản nhiệt. Xử lý siêu âm đã được ứng dụng rộng rãi trong tổng hợp và chức năng hóa các hạt nano dẫn nhiệt cũng như sản xuất chất lỏng nano ổn định, hiệu suất cao cho các ứng dụng làm mát.

Ảnh hưởng của chất lỏng nano đến hiệu suất nhiệt–thủy lực

Độ dẫn nhiệt của một vật liệu là thước đo khả năng dẫn nhiệt của vật liệu đó. Đối với chất làm mát và chất lỏng truyền nhiệt (còn gọi là chất lỏng tải nhiệt hoặc dầu tải nhiệt), độ dẫn nhiệt cao là đặc tính mong muốn. Nhiều vật liệu nano có đặc tính dẫn nhiệt rất tốt. Để tận dụng khả năng dẫn nhiệt vượt trội của vật liệu nano, các chất được gọi là chất lỏng nano được sử dụng làm chất lỏng làm mát. Chất lỏng nano là chất lỏng trong đó các hạt có kích thước nanomet lơ lửng trong chất lỏng nền như nước, glycol hoặc dầu, tạo thành dung dịch keo. Chất lỏng nano có thể có độ dẫn nhiệt cao hơn đáng kể so với chất lỏng không chứa hạt nano hoặc các hạt lớn hơn. Vật liệu, kích thước, độ nhớt, điện tích bề mặt và độ ổn định trong chất lỏng của các hạt nano được phân tán ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất nhiệt của chất lỏng nano. Chất lỏng nano đang nhanh chóng trở nên quan trọng trong các ứng dụng truyền nhiệt vì chúng thể hiện hiệu suất truyền nhiệt vượt trội so với các chất lỏng nền thông thường.
Phân tán bằng siêu âm là một kỹ thuật có hiệu quả rất cao, đáng tin cậy và đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất chất lỏng nano có khả năng truyền nhiệt hiệu suất cao.

Chất lỏng nano được tổng hợp bằng siêu âm là chất làm mát và chất lỏng trao đổi nhiệt hiệu quả. Vật liệu nano dẫn nhiệt làm tăng đáng kể khả năng truyền nhiệt và tản nhiệt. Xử lý siêu âm đã được ứng dụng rộng rãi trong tổng hợp và chức năng hóa các hạt nano dẫn nhiệt, cũng như sản xuất chất lỏng nano ổn định, hiệu năng cao cho các ứng dụng làm mát.

Xử lý siêu âm cho phép phát huy các ưu điểm của hạt có kích thước nano như

• tỷ lệ diện tích bề mặt : thể tích cao giúp tăng đáng kể tốc độ truyền năng lượng và truyền khối
• khối lượng nhỏ giúp đạt độ ổn định keo rất tốt
• quán tính thấp, giúp giảm thiểu xói mòn

Các đặc điểm liên quan đến kích thước nano này mang lại cho chất lỏng nano độ dẫn nhiệt đặc biệt cao. Phân tán bằng siêu âm là kỹ thuật hiệu quả nhất để sản xuất các hạt nano được chức năng hóa và chất lỏng nano.

Chất lỏng nano được sản xuất bằng siêu âm có khả năng dẫn nhiệt vượt trội

Nhiều vật liệu nano – như CNTs, silica, graphene, nhôm, bạc, bo nitrua và nhiều vật liệu khác – đã được chứng minh là làm tăng khả năng dẫn nhiệt của chất lỏng truyền nhiệt. Dưới đây là các kết quả nghiên cứu tiêu biểu về chất lỏng nano dẫn nhiệt được điều chế bằng siêu âm.

Sản xuất chất lỏng nano gốc nhôm bằng siêu âm

Buonomo và cộng sự (2015) đã chứng minh sự cải thiện độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano Al2O3 được điều chế bằng siêu âm.
Để phân tán đồng đều các hạt nano Al2O3 vào nước, các nhà nghiên cứu đã sử dụng thiết bị siêu âm dạng đầu dò UP400S của Hielscher. Các hạt nhôm được phá kết tụ và phân tán bằng siêu âm có kích thước hạt khoảng 120 nm trong tất cả các chất lỏng nano – không phụ thuộc vào nồng độ hạt. So với nước tinh khiết, độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano tăng ở nhiệt độ cao hơn. Với nồng độ hạt Al2O3 là 0,5% ở nhiệt độ phòng 25°C, mức tăng độ dẫn nhiệt chỉ khoảng 0,57%, nhưng ở 65°C, giá trị này tăng lên khoảng 8%. Với nồng độ thể tích 4%, mức cải thiện tăng từ 7,6% lên 14,4% khi nhiệt độ tăng từ 25°C lên 65°C.
[cf. Buonomo et al., 2015]

Sản xuất chất lỏng nano gốc bo nitrua bằng xử lý siêu âm

Ilhan và cộng sự (2016) đã nghiên cứu độ dẫn nhiệt của các chất lỏng nano trên cơ sở bo nitrua dạng lục giác (hBN). Với mục đích này, một loạt chất lỏng nano ổn định, được phân tán tốt, chứa các hạt nano hBN có đường kính trung bình 70 nm, được tạo ra bằng phương pháp hai bước có sử dụng siêu âm và các chất hoạt động bề mặt như natri dodecyl sulfat (SDS) và polyvinyl pyrrolidone (PVP). Chất lỏng nano hBN–nước được phân tán bằng siêu âm cho thấy độ dẫn nhiệt tăng đáng kể ngay cả ở nồng độ hạt rất loãng. Xử lý bằng thiết bị siêu âm dạng đầu dò UP400S đã giảm kích thước hạt trung bình của các khối kết tụ xuống khoảng 40–60 nm. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng các khối kết tụ bo nitrua lớn và đặc chắc, được quan sát thấy ở trạng thái khô chưa qua xử lý, bị phá vỡ nhờ quá trình siêu âm và việc bổ sung chất hoạt động bề mặt. Điều này làm cho phân tán bằng siêu âm trở thành một phương pháp hiệu quả để điều chế các chất lỏng nano nền nước với nhiều nồng độ hạt khác nhau.
[cf. Ilhan et al., 2016]

“Xử lý bằng siêu âm là quy trình được sử dụng rộng rãi nhất trong các tài liệu khoa học để tăng độ ổn định của chất lỏng nano.” [Ilhan et al., 2016] Và trong sản xuất công nghiệp, xử lý bằng siêu âm hiện nay cũng là kỹ thuật hiệu quả nhất, đáng tin cậy nhất và kinh tế nhất để thu được các chất lỏng nano ổn định lâu dài với hiệu năng vượt trội.

Thiết bị siêu âm công nghiệp để sản xuất chất làm mát

Đã được khoa học chứng minh, đã được ứng dụng vững chắc trong công nghiệp – Thiết bị siêu âm Hielscher để sản xuất chất lỏng nano
Các thiết bị phân tán siêu âm có lực cắt cao là những máy móc đáng tin cậy để sản xuất liên tục các chất làm mát và chất lỏng truyền nhiệt hiệu năng cao. Quá trình trộn bằng siêu âm được biết đến nhờ tính hiệu quả và độ tin cậy – ngay cả trong các điều kiện trộn khắt khe.
Thiết bị của Hielscher Ultrasonics cho phép điều chế các chất lỏng nano không độc hại, không nguy hại, một số thậm chí còn đạt cấp chất lượng thực phẩm. Đồng thời, tất cả các thiết bị siêu âm của chúng tôi đều có hiệu suất cao, đáng tin cậy, vận hành an toàn và rất bền bỉ. Được chế tạo để vận hành 24/7, ngay cả các thiết bị siêu âm để bàn và cỡ trung của chúng tôi cũng có khả năng sản xuất những thể tích đáng kể.
Đọc thêm về sản xuất chất lỏng nano bằng siêu âm hoặc liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn chuyên sâu và nhận đề xuất miễn phí về thiết bị phân tán siêu âm!

Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi:

Trong video này, chúng tôi giới thiệu hệ thống siêu âm 2 kilowatt vận hành trên đường ống trong tủ có thể thổi khí. Hielscher cung cấp thiết bị siêu âm cho hầu hết các ngành công nghiệp, như hóa chất, dược phẩm, mỹ phẩm, các quy trình hóa dầu cũng như các quy trình chiết xuất bằng dung môi. Tủ thép không gỉ có thể thổi khí này được thiết kế để vận hành tại khu vực nguy hiểm. Để đáp ứng mục đích này, khách hàng có thể thổi nitơ hoặc không khí sạch vào tủ kín nhằm ngăn khí hoặc hơi dễ cháy xâm nhập vào tủ.