Cách tạo chất lỏng nano

Chất lỏng nano là chất lỏng được chế tạo có chủ đích, gồm một chất lỏng nền chứa các hạt nano. Để tổng hợp chất lỏng nano, cần có kỹ thuật đồng nhất hóa và phá kết tụ hiệu quả, đáng tin cậy nhằm bảo đảm độ phân tán đồng đều cao. Máy phân tán siêu âm là công nghệ vượt trội để sản xuất chất lỏng nano với các đặc tính ưu việt. Phân tán bằng siêu âm nổi bật về hiệu quả, tốc độ, tính đơn giản, độ tin cậy và tính dễ sử dụng.

Chất lỏng nano là gì?

Chất lỏng nano là chất lỏng chứa các hạt có kích thước nano (≺100nm), thường được gọi là hạt nano. Các hạt nano dùng trong chất lỏng nano thường được làm từ kim loại, oxit, cacbua hoặc ống nano cacbon. Các hạt nano này được phân tán vào chất lỏng nền (ví dụ: nước, dầu, v.v.) để thu được huyền phù keo được chế tạo có chủ đích, tức là chất lỏng nano. Chất lỏng nano có các tính chất nhiệt vật lý được cải thiện, chẳng hạn như độ dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, độ nhớt và hệ số truyền nhiệt đối lưu, so với các tính chất vật liệu của chất lỏng nền.
Một ứng dụng phổ biến của chất lỏng nano là làm chất làm mát hoặc môi chất lạnh. Việc bổ sung hạt nano vào các chất làm mát thông thường (như nước, dầu, ethylene glycol, polyalphaolefin, v.v.) giúp cải thiện các tính chất nhiệt của những chất làm mát này.

• chất lỏng làm mát / truyền nhiệt
• chất bôi trơn
• ứng dụng y sinh

Tạo chất lỏng nano bằng máy đồng nhất hóa siêu âm

Vi cấu trúc của chất lỏng nano có thể được tác động và điều chỉnh thông qua việc áp dụng công nghệ đồng nhất hóa và các thông số xử lý phù hợp nhất. Phân tán bằng siêu âm đã được chứng minh là một kỹ thuật có hiệu quả cao và đáng tin cậy để điều chế chất lỏng nano. Máy phân tán siêu âm được sử dụng trong nghiên cứu và công nghiệp để tổng hợp, nghiền, phân tán và đồng nhất hóa hạt nano với độ đồng đều cao và phân bố kích thước hạt hẹp. Các thông số quá trình tổng hợp chất lỏng nano bao gồm năng lượng siêu âm đầu vào, biên độ siêu âm, nhiệt độ, áp suất và độ axit. Ngoài ra, loại và nồng độ của các chất phản ứng và chất phụ gia, cũng như thứ tự bổ sung các chất phụ gia vào dung dịch, đều là những yếu tố quan trọng.
Các tính chất của chất lỏng nano được biết là phụ thuộc mạnh vào cấu trúc và hình dạng của vật liệu nano. Do đó, việc tạo được vi cấu trúc có thể kiểm soát của chất lỏng nano là yếu tố chính góp phần quyết định chức năng và chất lượng của chất lỏng nano. Sử dụng các thông số xử lý siêu âm đã được tối ưu hóa như biên độ, áp suất, nhiệt độ và năng lượng đầu vào (Ws/mL) là chìa khóa để sản xuất chất lỏng nano ổn định, đồng đều và có chất lượng cao. Xử lý siêu âm có thể được áp dụng thành công để phá kết tụ và phân tán các hạt thành những hạt nano phân tán riêng lẻ. Khi kích thước hạt nhỏ hơn, chuyển động Brown (tốc độ Brown) cũng như tương tác giữa các hạt tăng lên, tạo ra chất lỏng nano ổn định hơn. Máy siêu âm Hielscher cho phép kiểm soát chính xác mọi thông số xử lý quan trọng, có thể vận hành liên tục ở biên độ cao (24/7/365) và được trang bị chức năng tự động ghi dữ liệu để dễ dàng đánh giá mọi lần xử lý siêu âm.

Silica kích thước nano được phân tán bằng siêu âm

Xử lý siêu âm cải thiện độ ổn định của chất lỏng nano

Đối với chất lỏng nano, sự kết tụ của hạt nano không chỉ gây lắng và tắc nghẽn các vi kênh mà còn làm giảm độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano. Phá kết tụ và phân tán bằng siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong khoa học vật liệu và công nghiệp. Xử lý siêu âm là kỹ thuật đã được chứng minh để điều chế các hệ phân tán nano ổn định với sự phân bố hạt nano đồng đều và độ ổn định cao. Do đó, máy phân tán siêu âm Hielscher là công nghệ được ưu tiên lựa chọn khi sản xuất chất lỏng nano.

Chất lỏng nano được sản xuất bằng siêu âm trong nghiên cứu

Các nghiên cứu đã khảo sát ảnh hưởng của xử lý siêu âm và các thông số siêu âm đến đặc tính của chất lỏng nano. Đọc thêm về các phát hiện khoa học liên quan đến việc điều chế chất lỏng nano bằng siêu âm.

Ảnh hưởng của siêu âm đến việc điều chế chất lỏng nano Al2O3

Noroozi và cộng sự (2014) nhận thấy rằng ở “nồng độ hạt cao hơn, mức cải thiện hệ số khuếch tán nhiệt của chất lỏng nano nhờ xử lý siêu âm lớn hơn. Hơn nữa, độ ổn định cao hơn và mức cải thiện hệ số khuếch tán nhiệt lớn hơn đã đạt được bằng cách xử lý chất lỏng nano bằng máy siêu âm dạng đầu dò có công suất cao hơn trước khi đo.” Mức cải thiện hệ số khuếch tán nhiệt lớn hơn đối với các hạt nano (NPs) có kích thước nhỏ hơn. Điều này là do các hạt nhỏ hơn có tỷ số diện tích bề mặt hiệu dụng trên thể tích cao hơn. Vì vậy, các hạt nhỏ hơn giúp hình thành chất lỏng nano ổn định, và việc xử lý bằng đầu dò siêu âm có ảnh hưởng đáng kể đến hệ số khuếch tán nhiệt. (Noroozi và cộng sự 2014)

Hướng dẫn từng bước sản xuất chất lỏng nano Al2O3–nước bằng siêu âm

Trước tiên, cân khối lượng hạt nano Al2O3 bằng cân điện tử kỹ thuật số. Sau đó, từ từ cho hạt nano Al2O3 vào lượng nước cất đã cân và khuấy hỗn hợp Al2O3–nước. Xử lý hỗn hợp liên tục bằng siêu âm trong 1h bằng thiết bị siêu âm dạng đầu dò UP400S (400W, 24kHz, xem hình bên trái) để tạo sự phân tán đồng đều của hạt nano trong nước cất. Chất lỏng nano có thể được điều chế ở các tỷ phần khác nhau (0,1%, 0,5% và 1%). Không cần chất hoạt động bề mặt hoặc thay đổi pH. (Isfahani và cộng sự, 2013)

Chất lỏng nano ZnO nền nước được điều chỉnh bằng siêu âm

Elcioglu và cộng sự (2021) nêu trong nghiên cứu khoa học của họ rằng “Xử lý siêu âm là một quá trình thiết yếu để phân tán hạt nano một cách thích hợp trong chất lỏng nền và bảo đảm độ ổn định, cũng như để đạt được các tính chất tối ưu cho các ứng dụng thực tế.” Họ đã sử dụng máy siêu âm UP200Ht để sản xuất chất lỏng nano ZnO / nước. Xử lý siêu âm có ảnh hưởng rõ rệt đến sức căng bề mặt của chất lỏng nano ZnO nền nước. Những phát hiện của các nhà nghiên cứu dẫn đến kết luận rằng sức căng bề mặt, sự hình thành màng nano và các đặc tính liên quan khác của bất kỳ chất lỏng nano nào đều có thể được điều chỉnh và tinh chỉnh trong điều kiện xử lý siêu âm thích hợp.

Máy đồng nhất hóa siêu âm để sản xuất chất lỏng nano

Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối máy phân tán siêu âm hiệu suất cao cho mọi loại ứng dụng đồng nhất hóa và phá kết tụ. Khi sản xuất chất lỏng nano, việc kiểm soát chính xác quá trình siêu âm và xử lý huyền phù hạt nano bằng siêu âm một cách đáng tin cậy là những yếu tố then chốt.
Các thiết bị xử lý của Hielscher Ultrasonics cho phép bạn kiểm soát hoàn toàn mọi thông số xử lý quan trọng như năng lượng đầu vào, cường độ siêu âm, biên độ, áp suất, nhiệt độ và thời gian lưu. Nhờ đó, bạn có thể điều chỉnh các thông số để đạt điều kiện tối ưu, từ đó tạo ra chất lỏng nano chất lượng cao.

• Cho mọi thể tích? công suất: Hielscher cung cấp máy siêu âm và danh mục phụ kiện đa dạng. Điều này cho phép cấu hình hệ thống siêu âm lý tưởng cho ứng dụng và công suất sản xuất của bạn. Từ các lọ nhỏ có thể tích tính bằng mililít đến các dòng chảy có lưu lượng lớn hàng nghìn gallon mỗi giờ, Hielscher cung cấp giải pháp siêu âm phù hợp cho quy trình của bạn.
• Độ bền: Các hệ thống siêu âm của chúng tôi bền chắc và đáng tin cậy. Tất cả máy siêu âm Hielscher đều được chế tạo để vận hành 24/7/365 và chỉ cần bảo trì rất ít.
• Tính dễ sử dụng: Phần mềm được phát triển kỹ lưỡng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi cho phép chọn trước và lưu các cài đặt siêu âm để xử lý siêu âm đơn giản và đáng tin cậy. Có thể dễ dàng truy cập menu trực quan qua màn hình cảm ứng màu kỹ thuật số. Chức năng điều khiển từ xa qua trình duyệt cho phép bạn vận hành và giám sát bằng bất kỳ trình duyệt internet nào. Chức năng ghi dữ liệu tự động lưu các thông số quá trình của mọi lần xử lý siêu âm vào thẻ SD tích hợp.

Bảng dưới đây cung cấp thông tin tham khảo về công suất xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi: