PT109249A - Nanofluidos de carbono estáveis, método de preparação e possíveis aplicações - Google Patents
Nanofluidos de carbono estáveis, método de preparação e possíveis aplicações Download PDFInfo
- Publication number
- PT109249A PT109249A PT109249A PT10924916A PT109249A PT 109249 A PT109249 A PT 109249A PT 109249 A PT109249 A PT 109249A PT 10924916 A PT10924916 A PT 10924916A PT 109249 A PT109249 A PT 109249A
- Authority
- PT
- Portugal
- Prior art keywords
- carbon
- nanoparticles
- stable
- carbon nanoparticles
- nanofluid
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 279
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 126
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 24
- 239000011852 carbon nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 344
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 230
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 210
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 137
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 39
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 33
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000007774 longterm Effects 0.000 claims abstract description 18
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 161
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 151
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 151
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 127
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 121
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 85
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 61
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 61
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 claims description 45
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 38
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N furfuryl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CO1 XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- -1 carboriyl group Chemical group 0.000 claims description 23
- PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N (+/-)-1,3-Butanediol Chemical compound CC(O)CCO PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- WERYXYBDKMZEQL-UHFFFAOYSA-N butane-1,4-diol Chemical compound OCCCCO WERYXYBDKMZEQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Chemical compound CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims description 19
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-N Ethylamine Chemical compound CCN QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 18
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 claims description 16
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 15
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims description 14
- ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N diethanolamine Chemical compound OCCNCCO ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 claims description 12
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims description 12
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 12
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- BMRWNKZVCUKKSR-UHFFFAOYSA-N butane-1,2-diol Chemical compound CCC(O)CO BMRWNKZVCUKKSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- DNIAPMSPPWPWGF-VKHMYHEASA-N (+)-propylene glycol Chemical compound C[C@H](O)CO DNIAPMSPPWPWGF-VKHMYHEASA-N 0.000 claims description 10
- YPFDHNVEDLHUCE-UHFFFAOYSA-N 1,3-propanediol Substances OCCCO YPFDHNVEDLHUCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 2-butoxyethanol Chemical compound CCCCOCCO POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N Diethylenetriamine Chemical compound NCCNCCN RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229920000166 polytrimethylene carbonate Polymers 0.000 claims description 10
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 9
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 9
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 9
- ALQSHHUCVQOPAS-UHFFFAOYSA-N Pentane-1,5-diol Chemical compound OCCCCCO ALQSHHUCVQOPAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- ZRKSVHFXTRFQFL-UHFFFAOYSA-N isocyanomethane Chemical compound C[N+]#[C-] ZRKSVHFXTRFQFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- DUWWHGPELOTTOE-UHFFFAOYSA-N n-(5-chloro-2,4-dimethoxyphenyl)-3-oxobutanamide Chemical compound COC1=CC(OC)=C(NC(=O)CC(C)=O)C=C1Cl DUWWHGPELOTTOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003973 paint Substances 0.000 claims description 8
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- IKHGUXGNUITLKF-XPULMUKRSA-N acetaldehyde Chemical compound [14CH]([14CH3])=O IKHGUXGNUITLKF-XPULMUKRSA-N 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- CRVGTESFCCXCTH-UHFFFAOYSA-N methyl diethanolamine Chemical compound OCCN(C)CCO CRVGTESFCCXCTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 claims description 5
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 claims description 4
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 4
- 125000002015 acyclic group Chemical group 0.000 claims description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- OPKOKAMJFNKNAS-UHFFFAOYSA-N N-methylethanolamine Chemical compound CNCCO OPKOKAMJFNKNAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 claims 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims 1
- 125000002057 carboxymethyl group Chemical group [H]OC(=O)C([H])([H])[*] 0.000 claims 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 52
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 13
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 55
- 229940093476 ethylene glycol Drugs 0.000 description 48
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 48
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 description 40
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 38
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 26
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 24
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 20
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 19
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 17
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 14
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 13
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 12
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 11
- 229960001760 dimethyl sulfoxide Drugs 0.000 description 9
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 9
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 241000237988 Patellidae Species 0.000 description 8
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 8
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 8
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 7
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 7
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 7
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 6
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 5
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 4
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 4
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 4
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 4
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 4
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 125000002777 acetyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)=O 0.000 description 3
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 238000003113 dilution method Methods 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000852 hydrogen donor Substances 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 3
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 3
- 238000000733 zeta-potential measurement Methods 0.000 description 3
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 2
- 229910003556 H2 SO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- LOUPRKONTZGTKE-WZBLMQSHSA-N Quinine Chemical compound C([C@H]([C@H](C1)C=C)C2)C[N@@]1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OC)C=C21 LOUPRKONTZGTKE-WZBLMQSHSA-N 0.000 description 2
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 description 2
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 2
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 2
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 239000007970 homogeneous dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- HAMGRBXTJNITHG-UHFFFAOYSA-N methyl isocyanate Chemical compound CN=C=O HAMGRBXTJNITHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- PZHIWRCQKBBTOW-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxybutane Chemical compound CCCCOCC PZHIWRCQKBBTOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKDGRDCXVWSXDC-UHFFFAOYSA-N 2-chloropyridine Chemical compound ClC1=CC=CC=N1 OKDGRDCXVWSXDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WIWQVRCAMZLWCR-UHFFFAOYSA-N C#C.NCC(=O)O Chemical compound C#C.NCC(=O)O WIWQVRCAMZLWCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FQCYCGAIBWBWEE-UHFFFAOYSA-N CCCO.N=C=O Chemical compound CCCO.N=C=O FQCYCGAIBWBWEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000001258 Cinchona calisaya Nutrition 0.000 description 1
- 241001669679 Eleotris Species 0.000 description 1
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100243022 Mus musculus Pcnt gene Proteins 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N Nitrous acid Chemical compound ON=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000002834 Paulownia tomentosa Species 0.000 description 1
- 235000010678 Paulownia tomentosa Nutrition 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- CDQSJQSWAWPGKG-UHFFFAOYSA-N butane-1,1-diol Chemical compound CCCC(O)O CDQSJQSWAWPGKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- LOUPRKONTZGTKE-UHFFFAOYSA-N cinchonine Natural products C1C(C(C2)C=C)CCN2C1C(O)C1=CC=NC2=CC=C(OC)C=C21 LOUPRKONTZGTKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000006392 deoxygenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 229960004756 ethanol Drugs 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 229940013688 formic acid Drugs 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005923 long-lasting effect Effects 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- ZNQFZPCFVNOXJQ-UHFFFAOYSA-N n-acetyl-n-methylacetamide Chemical compound CC(=O)N(C)C(C)=O ZNQFZPCFVNOXJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZSBDPRIWBYHIAF-UHFFFAOYSA-N n-acetylacetamide Chemical compound CC(=O)NC(C)=O ZSBDPRIWBYHIAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000006070 nanosuspension Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 230000004792 oxidative damage Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 238000000678 plasma activation Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 1
- 229960000948 quinine Drugs 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000001117 sulphuric acid Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
A PRESENTE INVENÇÃO ILUSTRA E DESCREVE A METODOLOGIA PARA A PRODUÇÃO CONTÍNUA DE DISPERSÕES NANOPARTÍCULAS DE CARBONO EM FLUIDOS, ESTÁVEIS E HOMOGÉNEAS A LONGO PRAZO. EM ALGUMAS FORMAS DE REALIZAÇÃO, AS PROPRIEDADES HIDROFÍLICAS DAS NANOPARTÍCULAS DE CARBONO É AUMENTADA POR FUNCIONALIZAÇÃO QUÍMICA. NA PRESENTE DIVULGAÇÃO, AS NANOPARTÍCULAS DE CARBONO FUNCIONALIZADAS SÃO DISPERSAS CONTINUAMENTE E HOMOGENEAMENTE EM FLUIDOS POLARES ATRAVÉS DE AGITAÇÃO MECÂNICA NUM REATOR EM CICLO A FECHADO PRODUZINDO UM NANOFLUIDO ESTÁVEL. A COMPOSIÇÃO DOS FLUIDOS E OS PARÂMETROS DE DISPERSÃO TAMBÉM SÃO REVELADOS. POR CONSEGUINTE, A PRESENTE DIVULGAÇÃO PROPORCIONA UMA METODOLOGIA PARA A PRODUÇÃO EM GRANDE ESCALA DE NANOFLUIDOS A BASE DE CARBONO COM A CAPACIDADE DE SER UTILIZADA COMO UM ADITIVO, FLUIDO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR OU UMA TINTA.
Description
DESCRIÇÃO
NANOFLUÍDOS DE CARBONO ESTÁVEIS, MÉTODO DE PREPARAÇÃO E POSSÍVEIS
APLICAÇÕES
Domínio Técnico [0001] A presente divulgação está relacionada com a metodologia de preparação para a produção intensiva e de grande escala de uma suspensão estável e duradoura de nanopartículas de carbono suspensas em líquidos polares.
Antecedentes [0002] Desde a sua descoberta, as nanopartículas de carbono têm recebido bastante atenção, especialmente no que concerne a produção de novos nano-compósitos ã base de carbono, (Ramesh, G., & Prabhu, N. [2011). Nanoscale Research Letters, 6(1), 334; Li, Y„ Zhou, J, A, E., Tung, 5., Schneider, E., & Xi, S. (2009). Powder Technology, 196(2), 89-101). A combinação das propriedades das nanopartículas de carbono com matérias comuns, dão origem a novos materiais compósitos com propriedades térmicas, elétricas e mecânicas avançadas. Estes novos materiais podem ser usados numa variedade de aplicações, tais como: reforço de polímeros; como um aditivo para os elétrodos de baterias e condensadores; como matérias para absorção de luz; tintas condutoras e como fluidos avançados de transferência de caior.
[0003] As nanopartículas de carbono abrangem qualquer partícula de carbono com peio menos uma dimensão à nano-escala. Estas nanopartículas podem ter geometrias esféricas, em forma de anei, cone, tubulares ou em folhas com uma ou mats camadas de átomos de carbono. Contudo, a configuração atómica dos átomos de carbono (ls? 2s2 2p:') provoca a aglomeração quase instantânea das nanopartículas criando aglomerados de.nanoparttcula. Estes, não constituem qualquer mais valia para a produção de suspensões estáveis e homogéneas de nanopartículas de carbono em fluidos. De modo a superar as forças de ligação de Van der Waaís e obter nanopartículas to carbon nanoparticles with an improvement of solubility and dispersibility of carbon nanoparticles in a given fluid, in particular a polar fluid.
[0010] Several attempts have been made to increase the dispersibility of carbon nanoparticles in liquid phase materials. To keep the suspension stable for long periods of time, without its deterioration, is still an engineering challenge. In this regard, to convert laboratory scale nanofluids to a safe commercial product, the characteristics of the suspension such as: homogeneity; pH (neutral or close to); carbon nanoparticles integrity; high temperature resistance; long term stability have to be guaranteed and stable. By "stable" it is understood a suspension which can maintain its properties, have no agglomeration and no sedimentation for at least one-year time. Moreover, prior art generalises the production methodology independent of the liquid phase material properties. Such leads to a problem in delivering the amount of necessary energy to overcome the Van der Walls forces and disentangle the carbon nanoparticles clusters, since liquids with different viscosities and densities will have different energy necessities.
[0011] The present disclosure solves the above described problems of solubility and dispersibility of carbon nanoparticles in a given fluid by providing a methodology for the continuous production of dispersed carbon nanoparticles in a polar fluid. The suspension of carbon nanoparticles into fluids have two major issues to solve: carbon nanoparticles have a hydrophobic surface, therefore a functionalization treatment of carbon nanoparticle is required in order to increase their wettability and promote the bonding of the fluid atoms with the carbon nanoparticles; secondly, it is necessary a precise control the amount of energy required to disentangle the clusters of carbon nanoparticles without damaging them, guarantee the homogeneity and long shelf life of the suspension.
[0012] The present disclosure illustrates and describes a methodology for continuous production of long-term, stable and homogenous dispersions of carbon nanoparticles, in fluids. In some embodiments, the wettability of the carbon nanoparticles is increased by chemical functionalization.
DESCRIPTION STABLE CARBON NANOFLUID, OBTAINING METHODS AND USES THEREOF Technical domain [0001] The present disclosure relates to an engineering methodology for the intensive, large scale production of stable, long-term, homogeneous and highly dispersed carbon nanoparticle suspensions in polar liquids.
Technical background [0002] Since its discovery, carbon nanoparticles have incited much attention, specifically to develop and produce new carbon-based nanocomposites (Ramesh, G., & Prabhu, N. (2011).Nanoscale Research Letters, 6(1), 334; Li, Y., Zhou, J. A. E., Tung, S., Schneider, E., & Xi, S. (2009). Powder Technology, 196(2), 89-101). The combination of the properties of carbon nanoparticles with common materials, originate new composite materials with enhanced properties namely, thermal, electrical and mechanical properties. These new materials may possibly be used in a variety of applications, such as: in polymer reinforcement; as electrode additive materials for batteries and capacitors; as light absorbing elements; conductive ink and as enhanced heat transfer fluids.
[0003] Carbon nanoparticles embrace any carbon particle with at least one nanoscale dimension. These nanoparticles can be arranged in spherical, ring, cone, tapering cone, tubular or sheet-like geometries with single or multi layers of carbon atoms. However, due to the atomic configurations of the carbon atoms (Is2 2s2 2p2), instantaneous bonding among nanoparticles may occur creating clusters of nanoparticles. These agglomerates are a drawback to produce homogeneous and stable suspensions of carbon nanoparticles in fluids. To overcome the strong Van der Walls bonds, and to obtain non-agglomerated nanoparticles, the dispersion process of carbon nanoparticles in a base material involves a two-step method: the production of carbon nanoparticles [0013] In this disclosure, functionalized carbon nanoparticles are continuously and homogenously dispersed in polar fluids through mechanical agitation in a closed loop reactor producing a stable nanofluid. The fluids composition and dispersion parameters are also revealed. Therefore, this disclosure provides the methodology for the large scale production of carbon-based nanofluids with the ability to be used as an additive, a heat transfer fluid or as an ink.
[0014] The present disclosure relates to a methodology for the continuous production of a carbon nanoparticle suspension in a polar fluid, solving the previously identified problems. The disclosed production methodology described below is not limited to carbon nanoparticles being possible to be used with other nanoparticles and fluids.
[0015] In an embodiment, this methodology is not limited to carbon nanoparticles or carbon nanotubes.
[0016] In an embodiment, this disclosure relates to functionalization treatments applied to the carbon nanoparticles introducing a plurality of functionalized groups into the surface of the nanoparticle to promote steric repulsion between individual nanoparticles; the functionalized carbon nanoparticles that are obtained are dispersed in a solvent matrix composed by a single fluid or a mixture of fluids with at least one fluid having polar characteristics.
[0017] In an embodiment and in order to guarantee the homogeneity of the suspension, the mixture is subjected to a process of mechanical agitation controlled in a dedicated reactor; the carbon nanofluids produced may be used in different applications.
[0018] In an embodiment the carbon nanofluid may be used as a heat transfer fluid for a radiator or as an additive solution to optimize the properties of solid materials that required a polar fluid in its constitution or preparation, such as concrete with water.
[0019] The present disclosure presents several advantages: • provides an innovative methodology adequate to the continuous, large scale production of nanofluids (homogenously dispersed carbon nanoparticle in a
DESCRIÇÃO
NANOFLUIDOS DE CARBONO ESTÁVEIS, MÉTODO DE PREPARAÇÃO E POSSÍVEIS
APLICAÇÕES
Domínio Técnico [0001] A presente divulgação está relacionada com a metodologia de preparação para a produção intensiva e de grande escala de uma suspensão estável © duradoura de nanopartícuias de carbono suspensas em líquidos polares.
Antecedentes [0002] Desde a sua descoberta, as nanopartícuias de carbono têm recebido bastante atenção especiaimente para o desenvolvimento e produção de novos nano-compósítos à base de carbono. (Ramesh, G,, & Prabhu, N. (2011), Nanoscale Research Letters, 6{1), 334; Li, Y„ Zhou, J. A. E.# Tung, S., Schneider, E., & Xi, S. (2009). Powder Technology, .196(2), 89-101}. A combinação das propriedades das nanopartícuias de carbono com matérias comuns, dão origem a novos materiais compósitos com propriedades térmica, elétricas e mecânicas avançadas. Estes novos materiais podem ser usados numa variedade de aplicações, tais como; reforço de polímeros; como um aditivo para os elétrodos de baterias e capacitores; como matérias para absorção de luz; tintas condutoras e como um fluido avançado de transferência de calor.
[0003] As nanopartícuias de carbono abrangem qualquer partícula de carbono com pelo menos uma dimensão à nano-escala. Estas nanopartícuias podem ter geometrias esféricas, em forma de anel, cone, tubulares ou em folhas com uma ou maís camadas de átomos de carbono. Contudo, a configuração atómica dos átomos de carbono (Is5 2s! 2.p2) provoca a aglomeração quase Instantânea das nanopartícuias criando aglomerados de nanopartícuias. Estes, são desvantajosos para a produção de suspensões estáveis e homogéneas de nanopartícuias de carbono em fluídos. De modo a superar asforças de ligação de Van der Waals e obter nanopartícuias não aglomeradas. não aglomeradas, o processo de dispersão das nanopartíeuias no fluido base envolve uma metodologia de doís-passos: a produção das nanopartíeuias de carbono em pós e sua posterior dispersão no material base. Apesar do processo de obtenção de nanopartíeuias de carbono ser amplamente compreendido e industrializado, a sua dispersão em materiais base continua a ser extremamente difícil, sendo necessário um processo para quebrar as forças de Van der Waals, sem danificar a estrutura de carbono, de modo a manter as suas propriedades excecionais.
[0004] A produção de suspensões de nanopartíeuias de carbono em materiais na fase líquida, conhecidos como nanofluídos, apresenta grande potencial podendo tornar-se numa industria promissora. De entre as possíveis aplicações destacam-se:: aplicações de transferência de Calor, nomeadamente na indústria automóvel, energia, electróníca e aerospacial; tintas; colas; e como aditivos. Estas potenciais áreas de aplicação requerem uma metodologia de preparação própria e customízada, índependentemente da aplicação e/ou material base. Contudo, o método de produção de nanopartíeuias de carbono tende a formar agregados imediatamente assim que são produzidos.
[0005] O documento U5 2007/0253888 providencia uma metodologia para a preparação de nanofluídos de carbono através da funcionaiização da superfície dos nanotubos de carbono (CNT) e dispersos através de ultrassons.
[0006] O documento U5 2007/0253888 providencia uma metodologia para dispersar nanofíbras de carbono em líquidos através do controlo da quantidade de oxigénio. O documento WO 2010/051102 A2 e o US7871533 BI providenciam uma metodologia para dispersar nanotubos de carbono em várias matrizes com vários tipos de surfatantes e díspersantes, [0007] Como visto, aigumas tentativas foram feitas para aumentar a dispersibílidade das nanopartíeuias de carbono em materiais em fase líquida.
[0008] Estes factos são revelados de modo a ilustrar o problema técnico, objeto de análise no presente documento. are not intended to exclude other technical features, additives, components, or steps. Additional objectives, advantages and features of the solution will become apparent to those skilled in the art upon examination of the description or may be learned by practice of the solution.
Brief description of the drawings [0049] The following figures provide preferred embodiments for the present disclosure and should not be seen as limiting the scope of the disclosure.
[0050] Figure 1: SEM images of some carbon nanoparticles (a) before (b) after functionalization.
[0051] Figure 2: Schematic diagram of the developed reactor to continuously disperse carbon nanoparticles into polar fluids wherein 2 represents an industrial ultrasonic system; 21 represents the ultrasonic processor; 22 represents the ultrasonic transducer; 23 represents low intensity ultrasonic probe; 3 represents a flow cell; 31 represents a tank/reservoir; 32 represents the tank 31 inner wall; 33 represents he tank 31 outer wall; 331 represents the tank 31 inlet feedthrough; 332 represents the tank 31 outlet feedthrough; 34 represents limpet coils; 341 represents the inlet of the external coil 31; 342 represents the outlet of the external coil 31; 4 represents a batch reactor; 41 represents a tank/reservoir; 42 represents the inner wall of tank 41; 43 represents the outer wall of tank 41 ; 431 represents a inlet feedthrough for tank 41; 44 represents limpet coils; 441 represents limpet coils 44 inlet; 442 represents limpet coils 44 outlet; 45 and 46 represent feedthrough for tank 3; 5 represents a control valve; 6 represents three way valve; 7 represents variable flow pump; 8 represents low meter; 9 represents the collection tank/reservoir; 911 represents XX; 911 represents is tank 9 inlet feedthrough; 91 represents the outer wall of tank 9; 92 represents the outer wall of tank 9. solvent medium), showing chemical and physical stability for long periods of time even when exposed to harsh working conditions; • provides the precise control of the energy supplied to the system during the mechanical agitation process. An excessive energy amount will damage the nanoparticles original structure, reducing their ability to enhance the nanofluid properties, a restrained energy delivery will not prevent the formation of nanoparticle clusters resulting in unstable nanofluids.
[0020] This disclosure also relates to a method to produce continuously long-term suspensions of carbon nanoparticles in polar fluids. This method comprises several steps such as: • selecting a plurality of carbon nanoparticles; • functionalizing the surface of the carbon nanoparticles wherein at least a carboxylic acid group, hydroxyl group, carbonyl group, ester groups and their combinations; is introduced onto de surface of the carbon nanoparticles; • selecting a fluidic matrix or a mixture of fluids with at least one fluid with polar properties; and • combining the carbon nanoparticles into the matrix by means of a specific and dedicated high-capacity flow-through ultrasonic reactor, through a mechanical agitation process to de-agglomeration of the carbon nanoparticles bundles into an evenly dispersed suspension.
[0021] In an embodiment, the fluidic matrix may comprise at least one or a mixture of: acetaldehyde, acetic acid, acetone, acetonitrile, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2-butoxyethanol, butyric acid, diethanolamine, diethylenetriamine, dimethyformamide, dimethoxyethane, dimethyl sulfoxide, 1,4-dioxane, ethanol, ethylamine, ethylene glycol, formic acid, furfuryl alcohol, glycerol, methanol, methyl diethanolamine, methyl isocyanide, 1-propanol, 1,3-propanediol, 1,5-pentanediol, 2-propanol, propanoic acid, propylene glycol, pyridine, tetrahydrofuran, triethylene glycol, water and mixtures thereof. o processo de dispersão das nanoparticuias no fluido base envolve uma metodologia de dois-passos: a produção das nanoparticuias de carbono em pós, e posterior dispersão no material base. Apesar da produção de nanoparticuias de carbono ser amplamente compreendido e industrializado, a sua dispersão em materiais base continua a ser extremamente díficii, sendo necessário um processo para quebrar as forças de Van der Waals sem danificar a estrutura de carbono, de modo a manter as propriedades excecionais.
[0004] A produção de suspensões de nanoparticuias de carbono em materiais em fase liquida, conhecidos como nanofluidos, è uma indústria promissora como muitas potências aplicações, as quais podem ser categorizadas como: aplicações para a transferência de calor; apiicações automóveis; tintas; coias; e como aditivos. Estas potenciais áreas de aplicação requerem uma metodologia de preparação própria e customizada independentemente da aplicação e/ou material base. Contudo, o método de produção de nanoparticuias de carbono tende a formar agregados imediatamente assim que sâo produzidos, [0005] O documento US 20Q7/Ô2S3888 providencia uma metodologia para a preparação de nanofluidos de carbono através da funcionaiização da superfície dos nanotubos de carbono e dispersos através de ultrassons.
[0006] O documento O documento U$ 2007/0253888 providencia uma metodologia para dispersar nanofibras de carbono em líquidos através do controlo da quantidade de oxigénio. G documento WO 2010/051102 A2 e o US7S71533 81 providencia uma metodologia para dispersar nanotubos de carbono em varias matrizes com vários tipos de surfatantes e díspersantes.
[0007] Como visto, algumas tentativas foram feitas para aumentar a dispersíbiiidade das nanoparticuias de carbono em materiais em fase liquida.
[0008] Estes factos são revelados de modo a ilustrar o problema técnico o qual o presente documento vai abordar.
Descrição geral 10009] Como descrito, as nanoparticuias de carbono têm uma grande desvantagem associada à formação de agregados logo após a sua produção. Desta forma, o presente documento está relacionado com o aumento de solubilidade e díspersibiíidade de nanoparticuias de carbono em fluidos, maís particularmente em fluidos polares.
[0010] Várias tentativas foram efetuadas de modo a aumentar a díspersibiíidade das nanoparticuias de carbono em materiais em fase líquida. No entanto, manter as suspensões estáveis, por longos períodos de tempo, sem qualquer deterioração, continua a ser um grande desafio. Deste modo, para conseguir converter nanofiuídos a uma escala laboratorial num produto comercial e seguro, a suspensão tem de garantir as seguintes característícas: homogeneidade da dispersão; pH (neutro ou próximo); a integridade das nanoparticuias; resistência a altas temperaturas; e ser estável por longos períodos de tempo. O termo "estável” deve ser entendido como uma suspensão a qual mantém as suas propriedades, sem aglomeração ou sedimentação, pelo menos durante um ano. Além disso, a técnica anterior generaliza a metodologia de produção índependentemente das propriedades do material em fase líquida. Isto conduz a um problema, visto que líquidos com diferentes viscosidades e densidades irão necessitar de diferentes quantidades de energia, de modo a superaras forças de Van der Waals e deste modo desaglomerar as nanoparticuias de carbono.
[0011] A presente invenção apresenta uma solução para os problemas descritos em relação à solubilidade e díspersibiíidade das nanoparticuias de carbono num dado fluido, providenciando uma metodologia para a produção contínua de dispersões de nanoparticuias de carbono em fluidos polares. A suspensão de nanoparticuias de carbono em fluídos apresenta dois grandes problemas: as nanoparticuias de carbono têm uma superfície hídrofóbica, e desta forma é necessário proceder à funcionalização das nanopartiículas de carbono, com o intuito de aumentar a capacidade hidrofílíca e promover a ligação entre os átomos do líquido e as nanoparticuias de carbono; Em segundo lugar, é necessário um controlo preciso da quantidade de energia necessária para desaglomerar os agregados de nanoparticuias de carbono, sem causar qualquer [0052] Figure 3: Thermal conductivity of carbon based nanofluids with different concentrations of carbon nanotubes of type D50L10 (a) EG 30%vol+H2O 70%vol base fluid and (b) EG 60%vol + H2O 40%vol base fluid.
[0053] Figure 4: Viscosity of carbon based nanofluids with different concentrations of carbon nanotubes of type D50L10 (a) EG 30% vol + H2O 70% vol base fluid and (b) EG 60% vol + H2O 40% vol base fluid.
[0054] Figure 5: Specific heat of carbon based nanofluids with different concentrations of carbon nanotubes of type D50L10.
[0055] Figure 6: Density of carbon based nanofluids with different concentrations of carbon nanotubes of type D50L10.
[0056] Figure 7: Shelf life of two carbon based nanofluids, with three different concentrations of carbon nanotubes and six geometries.
[0057] Figure 8: Zeta potential of carbon based nanofluids with different concentrations of carbon nanotubes of type D50L10.
Detailed description [0058] The present disclosure is related to a dedicated methodology for the extensive production of carbon based nanofluids and the compositions thereof. The nanofluids of the present disclosure comprise, but are not limited to, carbon nanoparticles, such as carbon nanotubes, carbon nanorods, spherical carbon nanoparticles or carbon sheets, and at least one fluid with polar characteristics. However, the scope of the present disclosure is not limited to these types of nanoparticles, fluids and materials.
[0059] As used in this disclosure, the terms "nanoparticles" or "nanomaterial" refers to a material that has a discrete shape with at least one nanoscale dimension (width, diameter, height) or inferior to 1 micron (pm). Moreover, the "nanoparticle" now disclosed has an aspect ratio (e.g. length : diameter; length : width) of 1, 1 to 10, 10 to 17, 17 to 33, 33 to 50, 50 to 83, 83 to 125, 125 to 166, 166 to 250, 250 to 375, 375 to 750, 750 to 1500, or 1500 to 15000.
[0022] In an embodiment, the long-term carbon fluid now disclosed is stable for periods ranging from 1 hour - 5 years; 12 hours -1 year; 7 days -1 month; 15 days -1 month.
[0023] In an embodiment, the mechanical agitation process comprises a stirrer and an ultrasonic operation in a closed loop reactor.
[0024] In an embodiment, the carbon nanoparticles comprise solid particles with at least one dimension in nanoscale.
[0025] In an embodiment, the carbon nanoparticles also comprise a spherical, tubular, simple sheet geometry and a single, double or multi walled configuration.
[0026] In an embodiment, the functionalization comprises treating the carbon nanoparticles with strong acids solutions, by plasma activation and/or by polymeric solutions; in particular the strong acid solutions may comprise a mixture of 302 grams of H2SO4 and 1104 grams of HNO3 for each 20 grams of carbon nanoparticle. Furthermore, the method now disclosed may also comprise a step of accelerating the oxidation of the carbon nanoparticles through heating the mixture of carbon nanoparticles and strong acidic solution, in particular at 130°C (403 K) for 30 minutes; and a step of cooling the mixture, in particular to a room temperature and leaving to rest for 24 hours.
[0027] The method now disclosed may further comprise: • a step of washing the mixture with pure water and centrifugation until a pH level of, at least, 5 is reach; • a drying step of the mixture of purified nanoparticles at 100°C (373 K) until all the content of fluid evaporates and a powder is formed.
[0028] In an embodiment, the continuous preparation of a suspension of carbon nanoparticles in a fluidic matrix comprises: • mixing the purified carbon nanoparticles in a fluidic matrix, and • de-agglomerate the nanoparticles through mechanical agitation process.
[0029] In an embodiment, the mixing process may comprise a mixture of a volume fraction of carbon nanoparticles ranging from 0.001 to 8 % (V/V) in the fluidic matrix.
Descrição geral [0009] Como descrito, nanoparticulas de carbono têm uma grande desvantagem associadas à formação de agregados logo após a sua produção. Desta forma,, o presente documento está relacionado com o aumento de solubilidade e dispersibílídade de nanoparticulas de carbono em fluidos, mais partícularmente em fluidos polares.
[0010] Varias tentativas foram efetuadas de modo a aumentar a dispersíbilidade das nanoparticulas de carbono em materiais em fase líquida. De modo a manter as suspensões estáveis por longos períodos de tempo, sem qualquer deterioração, continua a ser um grande desafio. Deste modo, para conseguir converter nanofiuídos a uma escala laboratorial num produto comercial e seguro, a suspensão tem de garantir as seguintes características: homogeneidade da dispersão; pH (neutro ou próximo); a integridade das nanoparticulas; resistência a altas temperaturas; e ser estável por longos períodos de tempo. O termo "estável'' deve ser entendido como uma suspensão a qual mantém as suas propriedades, sem aglomeração ou sedimentação, pelo menos durante um ano. Além disso, a técnica anterior generaliza a metodologia de produção independentemente das propriedades do material em fase liquida. Isto conduz a um problema, visto que líquidos com diferentes viscosidade e densidades iram necessitar de diferentes quantidades de energia de modo a superar as forças de Van der Waals e desaglomerar as nanoparticulas de carbono.
[0011] O presente invenção apresenta uma solução para os problemas descritos em relação à solubilidade e dispersibílídade das nanoparticulas de carbono num dado fiuído, providenciando uma metodologia para a produção continua de dispersões de nanoparticulas de carbono em fluidos polares. A suspensão de nanoparticulas de carbono em fluidos apresenta dois grandes problemas; as nanoparticulas de carbono têm uma superfície hídrofóbica, e desta forma é necessário a funcionalização das nanoparticulas de carbono, com o intuito de aumentar a capacidade hidrofílicas e promover a ligação entre os átomos do líquido e as nanoparticulas de carbono; Em segundo lugar, é necessário um controlo preciso da quantidade de energia necessária para desaglomerar os agregados de nanoparticulas de carbono, sem causar qualquer dano nos mesmos, garantindo a homogeneidade e estabilidade da suspensão por iongos períodos de tempo.
[0012] Este exemplo de realização ilustra e descreve uma metodologia para a produção contínua de dispersões em líquidos de nanopartículas de carbono estáveis e homogéneas por longos períodos de tempo. Em alguns exemplos, a capacidade hidrofílica das nanopartículas de carbono é aumentada através de funcionalizações químicas, [0013] Neste exemplo de realização, nanopartículas de carbono funcionalizadas são continuamente e homogeneamente dispersas em fluidos polares, através de agitação mecânica num reator de ciclo fechado, produzindo nanofiuídos estáveis. A composição dos fluidos e os parâmetros de dispersão são igualmente revelados. Desta forma, este documento revela uma metodologia para a produção em massa de nanofiuídos à base de carbono, com a capacidade de ser usado como um aditivo, um fluido de transferência de calor ou como uma tinta.
[0014] A presente invenção, está relacionada com uma metodologia para a contínua produção de suspensões de nanopartículas de carbono em fluidos polares, resolvendo os problemas identificados anteriormente, A metodologia de produção descrita de seguida não está limitada a nanopartículas de carbono, sendo possível utilizá-las com outras nanopartículas e outros fluidos.
[0015] Num exemplo de realização, esta metodologia não está limitada a nanopartículas de carbono ou nanotubos de carbono.
[0016] Num exemplo de realização, esta invenção refere-se a funcionalizações aplicadas a nanopartículas de carbono, introduzindo um conjunto de grupos funcionais na superfície da nanopartícula por forma a promover a repulsão estérica entre nanopartículas; as nanopartículas de carbono funcionalizadas obtidas são posteriormente dispersas num solvente composto por um úmco flutdo ou uma mistura de fluídos, com pelo menos um dos fluidos com características polares.
[0017] Num exemplo de realização e como forma de garantir a homogeneidade da suspensão, a mistura é sujeita a um processo controlado de agitação mecânica num [0060] In some embodiments, the nanoparticles have at least a diameter from 1 to 15 nm, 15 to 20, 20 to 30, 20 to 40, 40 to 60, 50 to 80, 60 to 100 nm or higher.
[0061] In some embodiments, the nanoparticles having a non-spherical geometry have at least one dimension of 1 to 2, 2 to 5, 5 to 15 and 10 to 30 pm or higher.
[0062] In some embodiments, the nanoparticle can have a tubular, cylindrical, ellipsoidal, rod, parallelepiped, pyramidal or sheet like geometry.
[0063] In some embodiments, the carbon nanoparticles are carbon nanotubes with a single-walled, double walled or multi walled configuration.
[0064] In some embodiments, the nanoparticles can be an arrangement of carbons in a single or multi-layer configurations.
[0065] In some embodiments, the nanofluids can have a diversity of nanoparticle geometries and dimensions, however, having a prevalent geometry, dimension and wall configuration.
[0066] In some embodiments, the surface of the carbon nanoparticles is chemically functionalized by ways of covalent and/or non-covalent techniques. The non-covalent functionalization is characterized by employing τι-π stacking or hydrophobic interactions onto carbon nanoparticle surface, and is achieved with aromatic compounds, surfactants, polymers, and/or biopolymers. The covalent functionalization is characterized by an oxidative damage of the carbon nanoparticle surface, leaving "holes" with oxygenated functional groups attached, such as, carboxylic (COOH) and hydroxyl (OH) acid, ketone, alcohol and/or ester groups. This oxidative process is achieved by immerging carbon nanoparticles into a strong acid solution, composed of at least one of the following acids, HNO3, H2SO4, HCIO3, HCIO4 or a mixture of them; or strong oxidants, such as ΚΜηθ4,03 or a reactive plasma. The functional groups attached to the surface of the carbon nanoparticles has the peculiarity of having both hydrogen acceptors and hydrogen donors. This will reduce the hydrophobic surface characteristics of the carbon nanoparticle, while balancing the repulsion/attraction Van der Walls forces. Moreover, carboxylic and hydroxyl groups have polar properties, increasing the solubility of functionalized carbon nanoparticles in polar fluids.
[0030] In an embodiment, the de-agglomeration of the nanoparticles may be conducted by through mechanical agitation process comprises: • mixing the solution with a mechanical stirrer for at least 15 minutes, and • applying ultrasounds through a closed loop ultrasonic process.
[0031] In an embodiment, the ultrasonic process of the method disclosed comprises the application of a low-intensity probe, with a wave amplitude ranging from 10 to 35 pm and a frequency range from 20 to 80 kHz. This ultrasonic process comprises continuously application of a ultrasound energy to the mixture until reaching 250 J/ml. The mixture subjected to the ultrasonic process is kept at constant temperature, such that the fluid viscosity ranges from 0.001 and 0.04 N.s/m2.
[0032] The present disclosure also relates to a carbon based nanofluids, which may be used as a heat transfer fluid. The carbon based nanofluids is capable of serving as an additive agent to increase the thermal properties of polymeric fluids; a printing ink; a paint; an electric conductive layer; a protective coating; an additive for Li Ion battery electrode and cathode.
[0033] The present disclosure relates to a stable carbon nanofluid obtainable by the application of a ultrasonic current up to 250 J/ml comprising: a polar matrix fluid and a plurality of carbon nanoparticles, wherein up to 8% (vcarbon nanopartides/vnanofiuid) of the carbon nanoparticles comprise a reactive group selected from the following list: carboxylic acid group, hydroxyl group, carbonyl group, ester groups and combinations thereof; wherein the reactive group ratio may be obtained by several method such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and is not less than 10 %; i.e. the reactive group ratio obtained by X-ray photoelectron spectroscopy is not less than 10 % ((Intensity_chemical treated cnt lntensity_BuikcNT)/( lntensity_chemicai treated cnt )xl00); dano nos mesmos, garantindo a homogeneidade e estabilidade da suspensão por longos períodos de tempo.
[0012] Este exemplo de realização, ilustra e descreve uma metodologia para a produção contínua de dispersões em líquidos de nanopartieulas de carbono estáveis e homogéneas por longos períodos de tempo. Em alguns exemplos, a capacidade hidrofílica das nanopartieulas de carbono é aumentada através de funcionalizações químicas.
[0013] Neste exemplo de realização, nanopartieulas de carbono funcíonaíizadas são eontinuamente e homogeneamente dispersas em fluidos polares, através de agitação mecânica num reator de ciclo fechado, produzindo nanofluídos estáveis, A composição dos fluído e os parâmetros de dispersão são igualmente relevados. Desta forma, este documento revela uma metodologia para a produção em massa de nanofluídos à base de carbono, com a capacidade de ser usado como um aditivo, um fluido de transferência de calor ou como uma tinta.
[0014] A presente invenção, esta relacionada com uma metodologia para a continua produção de suspensões de nanopartieulas de carbono em fluidos polares, resolvendo os problemas identificados anteriormente, A metodologia de produção descrita de seguida não está limitada a nanopartieulas de carbono, sendo possível utilizar com outras nanopartieulas e outros fluídos.
[0015] Num exemplo de realização, esta metodologia não esta limitada a nanopartieulas de carbono ou nanotubos de carbono.
[0016] Num exemplo de realização, esta Invenção refere-se a funcionalizações aplicadas a nanopartieulas de carbono, introduzindo um conjunto de grupos funcionais na superfície da nanopartícuia por forma a promover a repulsão esférica entre nanopartieulas; as nanopartieulas de carbono funeionalizadas obtidas são posteriormente dispersas num solvente composto por um único fluido ou uma mistura de fluidos, com pelo menos um dos fluidos com característícas polares.
[0017] Num exemplo de realização e como forma de garantir a homogeneidade da suspensão, a mistura é sujeita a um processo controlado de agitação mecânica num reator próprio; os nanoflutdos de carbono produzidos podem ser usados em diversas aplicações.
[0018] Num exemplo de aplicação, os nanoflutdos de carbono podem ser usados como um fluido de transferência de calor para um radiador ou como um aditivo para a otimização de propriedades de materiais sólidos, os quais requerem na sua preparação um fluido polar, como por exemplo cimento na agua.
[0019] O presente método apresenta diversas vantagens: • Apresenta uma metodologia inovadora adequada à produção continua e em grande escala de nanofiuídos (dispersão homogénea de nanopartícuías de carbono num solvente), demonstrando uma estabilidade física e química por longos períodos de tempo mesmo quando expostos a condições de trabalho adversas. « Apresenta o controlo preciso da energia fornecida ao sistema durante o processo de agitação mecânica. Visto que uma quantidade excessiva de energia irá causar danos nas estruturas originais das nanopartícuías, reduzindo a capacidade de melhorar as propriedades do nanofluído; uma quantidade moderada de energia também não irá prevenir o aparecimento de aglomerados de nanopartícuías resultando num nanofluído instável.
[0020] A presenVe divulgação também se relaciona com o método de produção de suspensões de nanopartícuías de carbono em fluidos poiares. Este método compreende vários passos tais como: • A seleção de uma pluralidade de nanopartícuías de carbono; • Funcionalízação da superfície das nanopartícuías de carbono, onde pelo menos um grupo carboxíiico, um grupo hídroxiio, um grupo carborsilo, grupos éster ou combinações de grupos, são introduzidos na superfície das nanopartícuías de carbono. • A seleção de uma matriz fluídica ou uma mistura de fluidos com, peio menos um dos fluidos com propriedades poiares; e reator próprio; os nanofluidos de carbono produzidos podem ser usados em diversas aplicações.
[0018] Num exemplo de aplicação, os nanofluidos de carbono podem ser usados como um fluido de transferência de calor para um radiador ou como um aditivo para a otimização de propriedades de materiais sólidos os quais requerem na sua preparação um fluido polar, como por exemplo cimento na água.
[0019] O presente método apresenta diversas vantagens: • Apresenta uma metodologia inovadora adequado à produção continua e em grande escala de nanofluidos (dispersão homogénea de nanoparticulas de carbono num solvente), demonstrando uma estabilidade física e química por longos períodos de tempo mesmo quando expostos a condições de trabalho adversas. • Apresenta o controlo preciso da energia fornecida ao sistema durante o processo de agitação mecânica: Visto que uma quantidade excessiva de energia irá causar danos nas estruturas originais das nanoparticulas, reduzindo a capacidade de melhorar as propriedades do nanofluído; uma quantidade moderada de energia também não irá prevenir o aparecimento de aglomerados de nanoparticulas resultando num nanofluído instável.
[0020] A presente divulgação também relaciona-se com o método de produção de suspensões de nanoparticulas de carbono em fluidos polares. Este método compreende vários passos tais como: • A seleção de uma pluralidade de nanoparticulas de carbono; • Funcionalização da superfície das nanoparticulas de carbono, onde peio menos um grupo carboxílico, um grupo hidroxíio, um grupo carboniio, grupos éster ou combinações de grupos, são introduzidos na superfície das nanoparticulas de carbono. • A seleção de uma matriz fluídica ou uma mistura de fluidos com pelo menos um dos fluidos cpm propriedades polares; e wherein the viscosity of the stable carbon nanofluid is between 0.001-0.04 Pa.s at 20 °C; preferably 0.002-0.0204 Pa.s at 20 °C; wherein said nanofluid has a long-term stability.
[0034] In an embodiment, the long-term stability of the carbon nanofluid may be more than 1 year, preferably more than 2 years, more preferably more than 5 years.
[0035] In an embodiment, the stable carbon nanofluid may be obtainable by an ultrasonic energy between 100-250 J/ml; preferably 200-300 J/ml.
[0036] In an embodiment, the viscosity of the stable carbon nanofluid may be between 0.001-0.040 Pa.s at 20 °C; preferably 0.002-0.021 Pa.s at 20 °C.
[0037] In an embodiment, the stable carbon nanofluid may comprise up to 6% (vcarbon nanoparticles/Vnanofluid) of Carbon nanoparticles, preferably up to 4% (Vcarbon nanoparticies/vnanofiuid) of carbon nanoparticles, more preferably up to 2% (vcarbon nanoparticies/vnanofiuid) of carbon nanoparticles.
[0038] In an embodiment, the carbon nanoparticles of the stable carbon nanofluid now disclosed may be spherical, tubular, simple sheet, single walled, double walled, multi walled or combinations thereof.
[0039] In an embodiment, the reactive group ratio attached in the carbon nanoparticle surface is at least 10 % ((lntensity_Chemicai treated cnt - lntensity_BuikcNT)/( lntensity_Chemicai treated cnt )xl00) higher than the bulk carbon nanoparticles, preferably up to 20%((lntensity_Chemical treated CNT Intensity_Bulk CNt)/( Intensity_chemical treated CNT )xl00) higher than the bulk carbon nanoparticle, more preferably up to 15%((lntensity_chemicai treated cnt - lntensity_Buik cnt)/( lntensity_chemicai treated cnt )xl00) higher than the bulk carbon nanoparticle.
[0040] In an embodiment, the polar matrix fluid is selected from the following list: acetaldehyde, acetic acid, acetone, acetonitrile, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2-butoxyethanol, butyric acid, diethanolamine, diethylenetriamine, dimethyformamide, dimethoxyethane, dimethyl sulfoxide, 1,4-dioxane, ethanol, ethylamine, ethylene glycol, formic acid, furfuryl alcohol, glycerol, methanol, methyl [0067] In an embodiment, the nanofluids can have a diversity of base fluids with polar characteristics namely, but is not limited to: acetaldehyde, acetic acid, acetone, acetonitrile, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2-butoxyethanol, butyric acid, diethanolamine, diethylenetriamine, dimethyformamide, dimethoxyethane, dimethyl sulfoxide, 1,4-dioxane, ethanol, ethylamine, ethylene glycol, formic acid, furfuryl alcohol, glycerol, methanol, methyl diethanolamine, methyl isocyanide, 1-propanol, 1,3-propanediol, 1,5- pentanediol, 2- propanol, propanoic acid, propylene glycol, pyridine, tetrahydrofuran, triethylene glycol, water, mixtures of fluids with at least one polar fluid, and mixtures thereof.
[0068] In an embodiment, the functionalization process is achieved by immerging the carbon nanoparticles into a mixture of strong acid solution composed by 25% volume of HNO3 and 75% volume of H2SO4. The volume ratio of the acidic solution to volume of raw carbon nanoparticles has to be proximally in the range of 1 part by volume of nanoparticles to 174 parts by volume of acid solution, or more preferably, in the range of 1 part by volume of nanoparticle to 87 parts of acidic solution. The mixture is heated to a temperature between 120 °C to 150 °C (393 to 423 K) but more preferable at 130 °C (403 K), in order to accelerate the oxidation process and minimize the structural damage on the carbon nanoparticles surface. After 30 minutes at that temperature, the heater is turned off and the solution is cooled to room temperature. The functionalized carbon nanoparticles with carboxyl groups (COOH), are then washed with pure water in order to stop the oxidation reaction. Afterwards, the mixture is centrifuge to accelerate the carbon nanoparticle sedimentation. The washing and centrifugation process is repeated until a pH level in the range of 5 to 7 is reached. Next, the functionalized carbon nanoparticles are dried in an oven at 100 °C (373 K) in order to evaporate the remaining water and form a dry powder. The functionalized carbon nanoparticles are then blended and dispersed in the base fluid by a mechanical agitation process. This energy-induced agitation process is the most critical step in the production of the nanofluids and has to be precisely controlled, otherwise it will not be possible to ensure the structural integrity of the carbon nanoparticles. Additionally, density and viscosity measurements are • A combinação das nanopartícuias de carbono na matriz è efetuada por meio de um reator ultrassónico, de grande capacidade, em cicio fechado, através de ura processo de agitação mecânica por forma a desaglomerar as nanopartícuias de carbono e produzir suspensões homogeneamente dispersas.
[0021] Num exemplo de realização, a matriz fluidíca pode compreender pelo menos uma mistura de: Acetaldeído, ácido acético, acetona, acetonitrila, 1,2-butanodiol, 1,3-butanodioi, 1,4-butanodíol, 2-butoxíetanol, ácido butíríco, dietanolamína, díetilenotriamina, dimetiiformamida, dimetoxíetano, dímetilsuifóxido, 1,4-dioxano, Etanoí, etil amina, etileno giicoi, ácido fórmico, álcool furfurílico, glicerol, metanol, meti! dietanolamína, ísocíanato de metilo, 1-propanol, 1,3-propanodioi, 1,5- pentanodíol, 2-propanol, ácido propanóico, propilenoglicol, pirídina, tetra-bidrofurano, tríetileno glícol, água e misturas entre eles.
[0022] Num exemplo de realização, o nanofiuído de carbono aqui apresentado é estávei por períodos variando entre 1 hora - 5 horas; 12 horas - 1 ano; 7 dias - 1 mês; 15 dias ~ 1 mês ..................................
[0023] Num exemplo de realização, o processo de agitação mecânica compreende uma misturadora e uma operação de ultrassons num reator de ciclo fechado.
[0024] Num exemplo de realização,, as nanopartícuias de carbono compreendem partículas sólidas, com peio menos uma dimensão à nano-escala.
[0025] Num exemplo de realização, as nanopartícuias de carbono também compreendem uma configuração esférica, tubular, geometria de folha simples e de parede única, dupla ou de múltiplas paredes.
[0026] Num exemplo de realização, a funcionalizaçâo compreende tratar as nanopartícuias de carbono com soluções de ácidos fortes, ativação através de plasma e/ou por soiuções políméricas; em particular as soluções com ácidos fortes podem compreender misturas de 302 gramas de HjSCU e 1104 gramas de HNCh por cada 20 gramas de nanopartícuias de carbono. Além disso, o método agora revelado pode também compreender um passo, que permite acelerar a oxidação de nanopartícuias de carbono, através do aquecimento da mistura das nanopartícuias de carbono com os * A combinação das nanoparticulas de carbono na matriz é efetuada por meio de um reator ultrassónico de grande capacidade em cicio fechado, através de um processo de agitação mecânica por forma a desaglomerar as nanoparticulas de carbono e produzir suspensões homogeneamente dispersas.
[0021] Num exemplo de realização, a matriz fíuídica pode compreender pelo menos uma mistura de: Acetalde, acido acilico, acetona, ãcetonitrilo, 1,2-butanodioi, 1,3-butanodíol, 1,4-butanodiol, 2-butoxietanoi, ácido butirico, dietanolamina, dietílenotríamina, dímetilformamida, dímetoxietano, dímetií sulfóxído, 1,4-dioxano, Etanol, etiiamina, etíieno glícol, ácido fórmico, álcool furfilico, glicerol, metanol, metil dietanolamina, isocianeto de metilo, 1-propanol, 1,3-propanodiol, 1,5- pentanodiol, 2-propanol, ácido praponico, propiienoglicol, Píridina, tetra-hidrofurano, trietileno giícol, água e misturas entre eles.
[0022] Num exemplo de realização, o nanofiuído de carbono aqui apresentado é estável por períodos variando entre 1 hora - 5 horas; 12 horas - 1 ano; 7 dias - 1 mês; 15 dias -1 mês [0023] Num exempio de realização, o processo de agitação mecânica compreende uma misturadora e uma operação de ultrassons num reator de eido fechado.
[0024] Num exemplo de realização, as nanoparticulas de carbono compreendem partículas sólidas com pelo menos uma dimensão na nano escala.
[0025] Num exemplo de realização, as nanoparticulas de carbono também compreendem uma configuração esférica, tubular, geometria de folha simples e de parede única, dupla ou de múltiplas paredes.
[0026] Num exempio de realização, a funcíonalização compreende tratar as nanoparticulas de carbono com soluções de ácidos fortes, ativação através de plasma e/ou por soluções poliméricas; em partículas as soluções com ácidos fortes podem compreender misturas de 302 gramas de H2SO4 e 1104 gramas de HNO3 por cada 20 gramas de nanoparticulas de carbono, Além disso, o método agora revelado pode também compreender um passo o qual permite acelerar a oxidação de nanoparticulas de carbono, através do aquecimento da mistura das nanoparticulas de carbono com os performed and compared with known values in order to guarantee the success of the dispersion process.
[0069] Should be noted that, despite the fact that in the above embodiments carbon nanoparticles are functionalized by ways of a strong acid solution, other functionalization techniques and solutions can be adopted, to the extent that they provide an increase of the wettability of the carbon nanoparticle.
[0070] In anotherembodiment, is provided a method forthe preparation of a dispersion of carbon nanoparticles in fluids to serve as an additive agent.
[0071] The carbon nanoparticles or carbon nanotubes are functionalized by a strong acid mixture composed by 25% by volume of nitric acid and a 75% by volume of sulphuric acid. The content of raw carbon nanoparticles or carbon nanotubes has to be proximally in the range of 1 part by volume of carbon nanoparticles to 174 parts by volume of acid solution, or more preferably, in the range of 1 part by volume of nanoparticle to 87 parts by volume of acidic solution. The mixture is heated to a temperature between 120 °C to 150 °C (393 to 423 K) for 30 minutes for the oxidation reaction to occur, afterward the heater is turned off and the mixture is cooled to room temperature. The functionalized carbon nanoparticles or carbon nanotubes with carboxyl groups (COOH), are then washed with pure water in order to stop the oxidation reaction. Afterwards, the mixture is centrifuge in order to accelerate the carbon nanoparticles or carbon nanotubes sedimentation. The washing and centrifugation process is repeated until a pH level in the range of 5 to 7 is reached. Next, the functionalized carbon nanoparticles or carbon nanotubes are dried in an oven at 100°C (373 K) in order to evaporate the remaining water and form a dry powder. The functionalized carbon nanoparticles or carbon nanotubes are then blended and dispersed by a mechanical agitation process, in a base fluid accordingly to the final application of the additive. This energy-induced agitation process is the most critical step in the production of nanofluids and has to be precisely controlled, otherwise will not be possible to ensure the structural integrity of the carbon nanotubes. Additionally, density and viscosity measurements are performed and compared with known values in order to guarantee the success of the dispersion process. diethanolamine, methyl isocyanide, 1-propanol, 1,3-propanediol, 1,5-pentanediol, 2-propanol, propanoic acid, propylene glycol, pyridine, tetrahydrofuran, triethylene glycol, water and combinations thereof.
[0041] In an embodiment, said fluid is obtainable by the application of an ultrasonic energy comprising an amplitude of 17-25; preferably 19-24, more preferably 20-22.
[0042] In an embodiment, said fluid is obtainable by the application of an ultrasonic energy comprising a frequency of 17-25 Hz; more preferably 18-20 Hz.
[0043] This disclosure also relates to an electric conductive layer, an additive agent, a heat transfer fluid, a printing ink, a paint, a protective coating comprising the stable carbon nanofluid now disclosed.
[0044] This disclosure also relates a method for preparing the stable carbon nanofluid now disclosed and comprising the following steps: selecting a plurality of carbon nanoparticles; functionalizing the carbon nanoparticle surface with a reactive group selected from the following list: carboxylic acid group, hydroxyl group, carbonyl group, ester groups and combinations thereof; dispersing the plurality of carbon functionalized nanoparticles in a polar matrix fluid; submitting the dispersed mixture to an ultrasonication.
[0045] In an embodiment, the carbon nanoparticle functionalization may comprise adding a strong acid or a strong oxidant or a reactive plasma, [0046] In an embodiment, the strong acid may be HN03, H2S04, HCIO3, HCIO4, or mixtures thereof; [0047] In an embodiment, the strong oxidant may be KMnCU, O3, or mixtures thereof.
[0048] In an embodiment, the carbon nanoparticle functionalization is carried out by heating the mixture of carbon nanoparticle and strong acid at 130 °C for 30 minutes. Throughout the description and claims the word "comprise" and variations of the word, ácidos fortes, maís particularmente a 130°C (403 K) durante 30 minutos; e outro passo no qua! a mistura é arrefecida, até atingir a temperatura ambiente, deixando-o repousar durante 24 horas.
[0027] O método aqui descrito também pode compreender: • Um passo, no quai a mistura é iavada com água pura e centrifugada até que a mistura atinja um nível de pH, de pelo menos 5; * Um passo, no qual a mistura de nanoparticuias purificadas é secada a 100eC (300 K) até que o conteúdo líquido da mistura seja evaporado e um pó seja formado.
[0028] Num exemplo de realização, a contínua preparação de uma suspensão de nanoparticuias de carbono numa matriz poliméríca compreende: • Misturar as nanoparticuias de carbono puras numa matriz fluídíca, e • Desaglomerar as nanoparticuias por meios de agitação mecânica.
[0029] Num exemplo de realização, o processo de mistura pode compreender uma determinada fração voíúmica de nanoparticuias de carbono, compreendidas desde 0,001 3te 8% (Vnaftoparticulasde carbono /Vrtamrftuwo) misturada na matriz fluídica, [0030] Num exemplo de realização, a desaglomeração das nanopârtículas pode ser efetuada através de um processo de agitação mecânica o qual compreende os seguintes passos: ♦ Misturar a solução com um agitador mecânico durante pelo menos 15 minutos, iillll! * Aplicar ultrassons através de um processo de ultrassons de circuito fechado [003:1] Num exemplo de realização, o processo de ultrassons compreende a utilização de uma sonda de baixa intensidade* com um comprimento de onda variando desde 10 até 35 pm e uma frequência variando desde 20 até 80 kHz, Este processo de ultrassons compreende a continua aplicação de uma energia de ultrassons na mistura até atingir os 250 J/mi. A mistura sujeita ao processo de ultrassons é mantida a uma temperatura constante, de tal modo que a viscosidade do fluido varie entre 0,001 e 0,04 N.s/m2.
[0072] The mechanical agitation process is performed byways of mechanical stirrer and ultrasonic agitation operations. The high-capacity flow-through ultrasonic reactor system Fig. 2, is manly composed by an ultrasonic system 2 with a flow cell 3, a mixture tank 4, and a collection tank 9. The batch reactor 4 is composed by a tank 41 with an external limpet coil 44 to maintain the required temperature of the base fluid, and a mechanical mixer 47. The tank outer wall 43 has an inlet 431 that is connected with the flow cell 3, and an outlet 432 that is connected to the control valve 5. The inlet feedthrough 45 is used to fill the tank 41 with the desired amount of nanoparticles and the feedthrough 46 is used to fill the tank with the required amount of base fluid. The external limpet coil has an inlet 441 where a heat transfer fluid enters filling the coil and exits via the outlet 442 back to a temperature control unit. The ultrasonic system 2 comprises an industrial ultrasonic processor 21 with an ultrasonic frequency of at least 20 KHz and with adjustable amplitude, connected to an ultrasonic transducer 22; and an ultrasonic low intensity probe 23. The ultrasonic probe 23 is hermetic sealed in the flow cell 3 to avoid any leak and to maintain the system pressurised. The flow cell 3 is composed by a tank 31 with an external limpet coil 34 to maintain a required base fluid temperature. The tank outer walls 33 have an inlet feedthrough 331 where de base fluid enters passing through the ultrasonic probe 23 and exits via the outlet feedthrough 332 for the batch reactor 4. The external limpet coil 34 have an inlet 341 where a heat transfer fluids enters filling the coils and exits via the outlet 342 back to a temperature control unit. The collection tank outer wall 91 has an inlet 911 where the fluid enters to the collection tank 9 from the 3-way valve 6. A variable flow rate pump 7 is used to recirculate the fluids throughout the system and the flow rate is monitoring by a flow meter 8.
[0073] In the above-described system, the temperature control system 44 and 34 is not limited to a specific device or technique and can be modify by a trained person in the art of heat exchanging processes.
[0074] In one or more embodiments of the present disclosure, a specific volume of base fluid is dumped into the mixture tank 4, follow by the amount of nanoparticles desired to achieve the chosen volume fraction. ácidos fortes, mats particularmente a 130eC (403 K) durante 30 minutos; e um passo o quaí a mistura é arrefecida, em particular para a temperatura ambiente, deixando repousar durante 24 horas.
[0027] O método aqui descrito também pode compreender; • Um passo o qual a mistura é lavada com água pura e centrifugada até que a mistura atinja um nível de pH, de peios menos 5; • Um passo o qual a mistura de nanopartículas purificadas é secada a 100"C (300 K) até que o conteúdo liquida da mistura seja evaporado e um pó é formado.
[0028] Num exemplo de realização, a continua preparação de uma suspensão de nanoparticulas de carbono numa matriz polímèrica compreende; * Misturar as nanopartículas de carbono purificas numa matriz fluídica. e * Desagiomerar as nanopartículas por meios de agitação mecânica.
[0029] Num exemplo de realização, o processo de mistura pode compreender uma mistura de uma determinada fração voíumica de nanopartículas de carbono, compreendidas desde 0,001 até S% (vnàwparticutesde carbono/Vnanofkwfc) na matriz fluídica.
[0030; Num exemplo de realização, a desagíomeração das nanopartículas pode ser efetuada através de um processo de agitação mecânica o qual compreende os seguintes passos; * Misturar a solução com um agitador mecânico durante pelo menos 15 minutos, !!!!!!!!!!!!!!!!!!é ♦ Aplicando ultrassons através de um processo de ultrassons de circuito fechado [0031] Num exemplo de realização, o processo de ultrassons compreende a utilização de uma sonda de baixa intensidade, com um comprimento de onda variando desde 10 até 35 pm e uma frequência variando desde 20 até 80 kHz. Este processo de ultrassons compreende a continua apíicação de uma energia de ultrassons na mistura até atingir os 250 J/mi. A mistura sujeita ao processo de ultrassons é mantida a uma temperatura constante, de ta! modo que a viscosidade do fluido varie entre 0,001 e 0,04 N,s/nr.
[0032] A presente invenção refere-se também a um nanofíuído 3 base de carbono, o qual pode ser usado como um fiuído de transferência de calor. Nanofluídos à base de carbono são capazes de servir como: um agente aditivo de modo a aumentar as propriedades térmica de fluídos poliméricos; como tinta de impressão; como uma tinta; como uma camada eletricamente condutora; revestimentos de proteção; como um aditivo para os elétrodos e cátodos de baterias de titio.
[0033] A presente invenção refere-se a um nanofíuído estável à base de carbono obtido através da aplicação de uma corrente de ultrassons até 25G j/ml compreendendo: • Uma matriz fluídrca polar e uma pluralidade de nanopartículas de carbono, • Onde até 8% (vnân0paftícUusde «fbono/vnanofiuido} de nanopartículas de carbono compreendendo um grupo reativo selecionado da seguinte iísta: grupo carboxiiíco, grupo hídroxíio, grupo carboniio, grupos de esteres e combinações entre eles; onde o rácio do grupo reativo pode ser obtido através de vários métodos como a espectroscopia fotoeiéctríca de raios X e não pode ser menos que 10%; i.e. o rácio do grupo reativo obtido através de espectroscopia fotoeiéctríca de raios X não pode ser menos que 10% ((lntensidade_cNTtratados quimicamente — ÍntenSÍdade_CMT seni ttat3>Osr>t.o}/{ intensidade___ GftT tratado:; quimicarnptitfJxlOO); onde a viscosidade do nanofíuído estávei à base de carbono sítua-se entre 0.001 - 0.04 Pa.s a 2Q'X (293 K); preferencíalmente 0.002 - 0.0204 Pa.s a 20 "C {293 K); onde o nanofíuído tem uma estabilidade de longo termo.
[0032] A presente invenção refere-se também a um nanofluido à base de carbono, o quaí pode ser usado como um fluido de transferência de calor. Nanofluídos à base de carbono são capazes de servir como: um agente aditivo de modo a aumentar as propriedades térmica de fluídos pofimérícos; como tinta de impressão; como uma tinta; como uma camada eletricamente condutora; revestimentos de proteção; como um aditivo para os elétrodos e cátodos de baterias de lítio.
[0033] A presente invenção refere-se a um nanofluido estável à base de carbono obtido através da aplicação de uma corrente de ultrassons até 250 j/ml compreendendo: * Uma matriz fluídica polar e uma pluralidade de nanoparttculas de carbono, * Onde até 8% (v^ncpsn;™^. carbono/) de nanoparttculas de carbono compreendendo um grupo reativo selecionado da seguinte iista: grupo carboxílíco, grupo hidroxílo, grupo carboniio, grupos de esteres e combinações entre eies; onde o rácio do grupo reativo pode ser obtido através e vários métodos tais como espectroscopia fotoeiéctrica de raios X e não pode ser menos que 10%; í.e, o rácio do grupo reativo obtido através de espectroscopia fotoeiéctrica de raios X não pode ser menos que 10% {{intensidade, pCNT tfatacíOí i'tuimtcamente “ lntensidade_cNTtratamento}/] intensidade^ ,CNT tratadas quiniicrítin -·. )xl0Q); onde a viscosidade do nanofluido estávei à base de carbono suua-se entre 0.001 - 0.04 Pa.s a 20’C (293 K); preferenciaímente 0.002 ~ 0.0204 Pa.s a 20 DC {293 K); onde o nanofluido tem uma estabilidade de íongo termo.
[0075] The present disclosure relates to a methodology to produce long-term stable suspension of carbon nanoparticles in a polar base fluid. This suspension can have a variety of applications, as a final product or as an additive to others materials or process. These suspensions are composed by 92 to 99.999 % vol. of base fluid and 0.001 to 8 % vol. of carbon nanoparticles. The preferable composition of the carbon based nanosuspension is directly dependent on its final application. This tailoring service has to be made from those skilled on the art of the preparation of suspensions of carbon nanoparticles or carbon nanotubes in polar fluids acquainted with the effects on the suspensions properties.
[0076] In accordance with the methodology described above, a preferable composition of a water based heat transfer fluid or water based additive agent is, for example, a composition containing 98 to 99.75 % vol. of water and 0.25 to 2 % vol. of carbon nanoparticles. The composition may contain other polar or non-polar fluids in addition to the based polar fluid.
[0077] The preparation of a nanofluid is divided into two steps: the functionalization of the nanoparticle surfaces and the blending of the functionalized carbon nanoparticles with de polar fluid. The first step has been already described above; the second step is a quite more complex and has to be precisely controlled. As described above, the carbon nanoparticles are dispersed by mechanical agitation as illustrated on Fig. 2. This ultrasonic energy induced agitation process is the most critical step in the production of nanofluids and has to be precisely controlled, otherwise the carbon nanoparticles will not be homogeneously dispersed and some damages on the nanoparticles structure may occur. Since the velocity of the ultrasonic waves strongly depends on the medium, since different fluid viscosities will affect the wave velocity. Therefore, for a consistent operation of the ultrasonic dispersion for different types of fluids as well as for different carbon nanoparticles concentrations (different viscosities and densities), the agitation process has to be controlled as a function of the delivered energy per volume of fluid while maintaining a low viscosity. Moreover, the ultrasonication must be applied by a low-intensity probe, otherwise the carbon nanoparticle structure will be damaged. The amplitude of the ultrasound wave, has to be within an interval of 10 to 35 pm, but [0034] Num exempla de realização, a estabilidade de longo prazo do nanofluído de base de carbono pode ser 1 ano, preferencialmente mais do que 2 anos, e mats preferencialmente mais do que 5 anos.
[0035] Num exemplo de realização, o nanofluído estável à base de carbono pode ser obtido através de energia de ultrassons compreendida entre 100 - 250 j/mí; mais preferencialmente 200 - 300 j/mi.
[0036] Num exemplo de realização, a viscosidade de um nanofluído estável à base de carbono pode ser compreendida entre 0.001-0.040 Pa.s a 2QT (293 K); mass preferenciaimente 0.002-0.021 Pa.s a 20°C (293 K}.
[0037] Num exemplo de realização, o nanofluído estável à base de carbono pode compreender até 6% (vnr.n0p3ríjCiJ|;íi ^ CBrbw*c/vnanofiuido) de nanopartículas de carbono, preferencialmente até 4% {vnanoparticuias,oecarbono/vranofiuwo) de nanopartículas de carbono, mais preferencialmente até 2% {vnanaparticuías de carbono/vnanofiuidc) de nanopartículas de carbono.
[0038] Num exemplo de realização, as nanopartículas de carbono do nanofluído estável à base de carbono agora descrito pode ser esférica, tubular, em folha simples, parede simples, parede dupla, múltiplas paredes e combinações entre elas.
[0039] Num exemplo de realização, o rácio do grupo reativo acoplado à superfície da nanopartícula é pelo menos 10% ((Intensidade, _CNT tratados «uiítííciííwX·; - intensidade, _CNT y?m tf3iamemo}/( !nten$idade_ cnt tratados quimicamente)x 100) superior do que as nanopartículas de carbono em bruto, preferencialmente até 20% ((intensidade_cwT quimicamente -lntensidade_cNr ,·:«η tratamemò)/( lntensidade_ cnt tratados quimicsmentejx 100) mais do que as nanopartículas de carbono em bruto, e mais preferencialmente 15% ((intensidade_cN7 tratados quimicamente *"5 lrttensidade_cNT=-em tmamemo)/( Intensidade, . CNT ttatada.': quimic;iment<;}xl00) mais do que as nanopartículas de carbono em bruto.
[0040] Num exemplo de realização, a matriz fíuídica polar é selecionada da seguinte iista: Acetaldeído, ácido acético, acetona, acetonítriía, 1,2-butanodíol, 1,3-butanodíoí, 1,4-butanodíol, 2-butoxietanol, ácido butírico, dietanolamina, dietiienotriamina, dímetilformamida, dímetoxietano, dimetilsulfóxído, 1,4-dioxano, Etanoi, etíi amina, [0034) Num exemplo de realização, a estabilidade de longo prazo do nanofluido de base de carbono pode ser 1 ano, preferencialmente mais do que 2 anos, e mais preferencialmente mais do que 5 anos.
[0035] Num exemplo de realização, o nanofluido estável à base de carbono pode ser obtido através de energia de ultrassons compreendida entre 100 ~ 250 j/ml; mais preferencialmente 200- 300 J/ml, f0036] Num exemplo de realização, a viscosidade de um nanofluido estável à base de carbono pode ser compreendida entre 0.001-0.040 Pa.s a 20°C (293 K); mats preferencíalmente 0,002-0.021 Pa.s a 20°C (293 K).
[0037] Num exemplo de realização, o nanofluido estável à base de carbono pode compreender até 6% (vnanoparticuias de wrbono/Vnanofiuido) de nanopartículas de carbono, preferencíalmente ate 4% (Voaeopnrticuiasdecatbono/Vnanofiuido) de nanopartículas de carbono, mats preferencíalmente até 2% (v^nopauicoias de de nanopartículas de carbono, [0038] Num exemplo de realização, as nanopartículas de carbono-do nanofluido estável à base de carbono agora descrito pode ser esférica, tubular, em folha simples, parede simples, parede dupla, múltiplas paredes e combinações entre elas, [0039] Num exemplo de realização, o rácio do grupo reativo acoplado à superfície da nanoparticula é pelo menos 10% {(lntensidade_cm optados quimicamente - Intensidadé^çtvrsem
intensidade^ cw.tratados.quiroicamente)xl00) superior do que as nanopartiçulas de carbono em bruto, preferencíalmente até 20% ((Intensidade. _CNT tratados outrrocarneeíe ~ lntensidade_cxv sem ttotamento}/! Inten$idade_ cnt tratados tyjimic;imente)xlO0) mais do que as nanopartículas de carbono em bruto, e mais preferenciaímente 15% ((lntensídade_çNT tratados quimicamente “ IΠteΠS td 8 de_j;i\n sem tratamemo}/] lntenSÍdade_ CNT tratados quimícarroímeJxlOO} mats do que as nanopartiçulas de carbono em bruto.
[0040] [0041] Num exemplo de realização, a matriz fluidica poíar é selecionada da seguinte lista: Acetaíde, ácido acíiico, acetona, acetonítriío, 1,2-butanodioi, 1,3-butanodiol, 1,4- preferable at 17 pm. During the agitation process the temperature of the samples must be kept constant. For high viscosity fluids this temperature must be tailored in order to reach a viscosity within an interval of 0.001 and 0.04 N.s/m2.
Nanofluid properties assessment [0078] The structural integrity of the carbon nanoparticles and the dispersion rate were evaluated by means of a Scanning Electron Microscopy (SEM). This technique allows the assessment of the nanoparticle dimensions while evaluating the structural damages caused by the functionalization and mechanical agitation processes. Fig. 1 illustrates two SEM images of carbon nanotubes prior to functionalization (a) and after functionalization (b); it is clear in Fig.la that the carbon nanotubes are aggregated in bundles composed by several tubes; in contrast, after the functionalization (Fig.lb) it is clear that the carbon nanotubes are separated.
[0079] The thermal conductivity (k) of the carbon based nanofluids was evaluated by means of a transient hot wire system. Fig. 3 illustrates the thermal conductivity for two different base fluids (a) 30% vol. of ethylene glycol with 70% vol. of H2O and (b) 60%vol. of ethylene glycol with 40% vol. of H2O, with 5 different concentrations of carbon nanotubes (0.25; 0.50; 0.75; 1.0; 1.5 % vol) and five temperatures (10 (283), 20 (293), 25 (298), 30 (303), 40 (313), 50 (323) °C (K)).
[0080] The zeta potential measurements were conducted in a Malvern ZS Nano S analyser at 20°C (293 K). Since the electro-kinetic potential is independent of the nanoparticle volume fraction and temperature, the measurements were conducted for six different types of carbon nanotubes (different aspect ratio) dispersed in two distinct base fluids (30%vol. of ethylene glycol with 70%vol. of H2O and 60%vol. of ethylene glycol with 40%vol. of H2O) as illustrated in. Fig. 7. etíleno glicol, ácido fórmico, álcool furfuríííco, glicerol, metanol, metil dietanolaraína, isocianato de metiio, l-propanol, 1,3-propanodiol, 1,5- pentanodiol, 2-propanoi, ácido propanóico, propiienoglicol, píridina, tetra-hidrofurano, tríetifeno glicol, água e misturas íiísssentresfôles;; [0041] Num exemplo de realização, o referido fluído é obtido através da aplicação de energia sob a forma de ultrassons, com uma amplitude de 17-25 Hz; preferencialmente 19-24Hz e mais preferencialmente 20-22Hz, [0042] Num exemplo de realização, o referido fluído é obtido através da aplicação de energia sob a forma de ultrassons, com uma frequência de 17-25 Hz; mais preferencíalmente lã-20Hz, [0043] Esta invenção, também refere-se a uma camada eletricamente condutora, um aditivo, um fluido de transferência de calor, uma tinta de impressão, uma tinta, um revestimento de proteção os quais compreendem um nanofiuído estável à base de carbono aqui referido.
[0044] Esta invenção também refere-se a métodos para preparar nanofluídos estáveis à base de carbono compreendendo os seguintes passos: • Selecionar uma pluraíidade de nanopartículas de carbono • Funcionalízar a superfície da nanopartícula de carbono com um grupo reativo selecionado da seguinte lista: grupo carhoxíiico, grupo bidroxilo, grupo carbomlo, grupos de esteres e combinações entre eles; • Dispersar as nanopartículas de carbono já funcíonalizadas numa matriz fluídíca polar. • Submeter a dispersão a um processo de ultrassons.
[0045] Num exemplo de invenção, as nanopartículas de carbono funcionaiízadas pode compreender a adição de um ácido forte ou um oxídante forte ou a plasma reativo.
[0046] Num exemplo de realização, o acido forte pode ser HNO3, H2SO4., HCÍO3, HCIO4, ou misturas entre eles; butanodíol, 2-butoxietanol, acido butirico, dietanoíamina, dietíienotriamina, dimetilformamida, dimetoxíetano, dimetri suifóxido, 1,4-dioxano, Etanoí, etilamina, etileno giícoi, acido formico, álcool furfilico, glicerol, metanol, meti! dietanoiamina, isocianeto de metilo, 1-propanol, 1,3-propanodiol, 1,5- pentanodiol, 2-propanoi, acido praponico, proptienoglicol, Piridina, tetra-hidrofurano, trietíieno giícoi, água e combinações entre eles.
[0042] Num exemplo de realização, o referido fluido é obtido através da aplicação de energia sob a forma de ultrassons* com uma amplitude de 17-25; preferencialmente 19-24 e mais preferencialmente 20-22.
[0043] Num exemplo de realização, o referido fluido ê obtido através da aplicação de energia sob a forma de ultrassons, com uma frequência de 17-25 Hz- mais preferencíalmente 18-20Hz.
[0044] Esta invenção, também refere-se a uma camada eletricamente condutora, um aditivo, um fiuido de transferência de calor, uma tinta de impressão, uma tinta, um revestimento de proteção os quais compreendem um nanofiuído estável à base de carbono aqui referido, [0045] Esta invenção também refere-se a métodos para preparar nanofluídos estáveis à base de carbono compreendendo os seguintes passos: • Selecionar uma pluralidade de nanoparticulas de carbono • Funcionaiizar a superfície da nanoparticula de carbono com um grupo reativo selecionado da seguinte lista: grupo carboxílíco, grupo hidroxilo, grupo carboniio, grupos de esteres e combinações entre eles; • Dispersar as nanoparticulas de carbono já funcionalizadas numa matriz fiuidica polar. • Submeter a dispersão a um processo de ultrassons.
[0046] Num exemplo de invenção, as nanoparticulas de carbono funcionalizadas pode compreender a adição de um ácido forte ou um oxidante forte ou a plasma reativo.
Shelf Life Measurements [0081] The colloidal stability of the nanofluids was evaluated by a Space and Time-resolve Extinction Profiles (STEP) method. This innovative method imposes an intensive centrifugal force to the samples while records the kinetics of any concentration changes due to sedimentation or phase separation. These tests were conducted by a LUMiSizer analyser, and this equipment registers the settling velocity of the nanoparticles and one of the outcome results is the shelf life. Fig. 6 illustrates the shelf life for the two base fluids (30% vol. of ethylene glycol with 70% vol. of H2O and 60% vol. of ethylene glycol with 40% vol. of H2O), with three different concentrations of carbon nanotubes (0.25; 0.75; 1.5 % vol) at 20 °C (293 K).
[0082] The viscosity (μ) measurements were evaluated by a Brookfield shear rate control rheometer DVIII. The produced nanofluids were subjected to different shear rates and the viscosities were recorded. Fig. 4, illustrates the viscosity of the two base fluids (a) 30% vol. of ethylene glycol with 70% vol. of H2O and (b) 60% vol. of ethylene glycol with 40% vol. of H2O, with five different concentrations of carbon nanotubes (0.25; 0.50; 0.75; 1.0; 1.5 %vol) and at six temperatures (10 (283), 20 (293), 25 (298), 30 (303), 40 (313), 50 (323) °C (K)).
[0083] The specific heat (cP) measurements were evaluated by a Perkin Elmer differential scanning calorimeter (DSC) 4000. The produced nanofluids were subjected to a heating ramp of 5 °C/min from 5 to 70 °C (278 to 343 K) and the heat flow was recorded. Fig. 5 illustrates the specific heat results at ten temperatures, for three different concentration of carbon nanotubes (0.25, 0.75 and 1.5 % vol.) and two base fluids (a) 30% vol. of ethylene glycol with 70% vol. of H2O and (b) 60% vol. of ethylene glycol with 40% vol. of H2O.
[0084] The present disclosure will now be described with reference to a number of examples. However, the disclosure is not limited to the examples.
Functionalization (chemical treatment) [0085] Six different geometries of commercial available carbon nanotube manufacture by Cheaptubes Inc. a nanoparticle supplier has been used as raw material; a [0047] Num exempio de realização, o oxidante forte pode ser ΚΜηΟ,ι, Os, ou misturas entre eles; [0048] Num exempio de realização, a funcianalização das nanopartículas de carbono é efetuada através do aquecimento da mistura de nanopartículas de carbono e ácidos fortes a 130 "C (403 K) durante 30 minutos. Ao longo da descrição e das reivindicações a palavra "compreender" e variações dessa palavra, não se destinam a excluir outras características técnicas, aditivos, componentes ou passos, Objetivos adicionais, vantagens e características da solução iram tornar-se evidentes para aqueles que são especialista na arte e após a examinação da descrição ou pode ser aprendido através da prática da solução descrita.
Uma breve descrição das figuras [0049] As figuras seguintes fornecem um exemplo de realização para a presente invenção e não deve ser visto como um fator limitador da invenção.
[0050] Figura 1: Imagens de Microscópico electróníco de varredura (SEM) de algumas nanopartículas de carbono (a) antes {b} após funeionalízação.
[0051] Figura 2: Ilustração esquemática do reator desenvolvido para a dispersão continua de nanopartículas de carbono em fluidos polares onde 2 representa um sistema de ultrassons industriai; 21 representa o processador ultrassónico; 22 representa o transdutor ultrassónico; 23 representa a sonda de ultrassons de baixa intensidade; 3 representa o célula de escoamento; 31 representa otanque/reservatório; 32 representa o tanque 31 a parede interna; 33 representa a parede externa do tanque 31; 331 representa a passagem de entrada do tanque 31; 332 representa a passagem de saída do tanque 31; 34 representa a serpentina; 341 representa a entrada da serpentina externa 34; 342 representa a saída da serpentina externa 34; 4 representa um reator químico; 41 representa um tanque/reservatórío; 42 representa a parede interna do tanque 41; 43 representa a parede externa do tanque 41; 431 representa a passagem de entrada do tanque 41; 44 representa a serpentina; 441 representa a entrada da serpentina 44; 442 representa a saída da serpentina 44; 45 e 46 representa o cana! de entrada para o tanque 4; 5 representa a váivula de controlo; 6 representa commercially available concentrated nitric and sulphuric acids were used to perform the surface functionalization of the carbon nanotubes. In Table 1, it is described the nanotubes' geometrical characteristics, the concentrations of each chemical reagent, and the pH level achieved after the washing process.
Table 1 - Nanoparticle geometry and functionalization parameters.
[0086] As depicted in Table 1, the ratio of acid mixture regarding the mass of the carbon nanotubes, must be proximally 70, otherwise the functionalization will not be sufficient to attach significant carboxylic groups onto the surface of the carbon nanotubes. Additionally, the functionalization time must be well controlled; otherwise the carbon nanotube surface can withstand some damages. In order to control the functionalization time, the temperature of the mixture must be kept between 120 °C to 150 °C (393 to 423 K) for 30 minutes, but preferably at 130 °C (403K) for 30 minutes. Afterwards, the mixture is cooled down to room temperature and diluted with distilled water. The dilution process is repeated until a pH level of proximally 5 to 7 is reach. The functionalized carbon nanotubes are then dried in an oven and then triturated to form a powder. The functionalization of the surface of the carbon nanotubes are not limited to this technique, the main goal is to increase the content of oxygen attach to the surface [0047] Num exemplo de realização, o acido forte pode ser HNO?, H5SO4, HCIOs, HCIO4. ou misturas entre eles; [0048] Num exemplo de realização, 0 oxidante forte pode ser KMnO*, Os, ou misturas emre eles; [0049] Num exemplo de realização, a funeionalização das nanopartículas de carbono é efetuada através do aquecimento da mistura de nanoparticulas de carbono e ácidos fortes a 130 “C (403 K) durante 30 minutos. Ao longo da descrição e das reivindicações a palavra "compreender" e variações dessa palavra, não se destinam a excluir outras características técnicas, aditivos, componentes ou passos. Objetivos adicionais, vantagens e características da solução iram tornar-se evidentes para aqueles que são especialista na arte e após a examinação da descrição ou pode ser aprendido através da pratica da solução descrita.
Uma breve descrição das figuras [0050] As figuras seguintes fornecem um exemplo de realização para a presente invenção e não deve ser visto como um fator limitador da invenção.
[0051] Figura 1: imagens SEM de algumas nanopartículas de carbono (a) antes (b) depois da funcionalÍ2ação.
[0052] Figura 2; Ilustração esquemática do reator desenvolvido para a dispersão contínua cie nanopartículas de carbono em fluidos polares onde 2 representa um sistema de ultrassons industrial; 21 representa o processador ultrassónico; 22 representa o transdutor ultrassónico; 23 representa a sonda de ultrassons de baixa intensidade; 3 representa o célula de escoamento; 31 representa o tanque/reservatório; 32 representa 0 tanque 31a parede interna; 33 representa a parede externa do tanque 31; 331 representa a passagem de entrada do tanque 31; 332 representa a passagem de saída do tanque 31; 34 representa a serpentina; 341 representa a entrada da serpentina externa 34; 342 representa a saída da serpentina externa 34; 4 representa um reator químico; 41 representa um tanque/reservatório; 42 representa a parede interna do tanque 41; 43 representa a parede externa do tanque 41; 431 representa a passagem de entrada do tanque 41; 44 representa a serpentina; 441 representa a uma válvula de três vias; 7 representa bomba com variador de velocidade; 8 representa um medidor de caudal; 9 representa o tanque de recolha; 911 representa o canal de entrada do tanque 9; 91 representa a parede interna do tanque 9; 92 representa a parede externa do tanque 9; [0052] Figura 3; Condutívidade térmica de nanofluídos á base de carbono com diferentes concentrações de nanotubos de carbono do tipo D50L10 (a) EG 3G%voi+f-bO 70%vol fluído base e {b[ EG 60%vokH^O 40%vo! fluido base.
[0053] Figura 4: Viscosidade de nanofluídos à base de carbono com diferentes concentrações de nanotubos de carbono do tipo DSQL1G (a) EG 30%νο!+Η2θ 70%vo! fluido base e (b) EG 60%vo!+H?.O 40%vo! fluído base.
[0054] Figura 5: Calor específico de nanofluídos à base de carbono com várias concentrações de nànotubos de carbono do típo D50L10 [0055] Figura 6; Densidade de nanofluídos à base de carbono com várias concentrações de nanotubos de carbono do tipo D50L10 [0056] Figura 7: Tempo de sedimentação de dois nanofluídos à base de carbono com diferentes concentrações de nanotubos de carbono e seis geometrias [0057] Figura 8: Potencial Zeta de nanofluídos à base de carbono com várias concentrações de nanotubos de carbono do tipo D50L10.
Descrição detalhada [0058] A presente invenção esta relacionada com uma metodologia própria para a produção continua de nanofluídos de carbono e a sua composição. Os nanofluídos da presente invenção compreendem, mas não estão limitados a nanopartículas de carbono, tais como: nanotubos de carbono, nanopartículas de carbono esféricas, vareta de carbono ou folhas de carbono, e pelo menos um fluido com caracteristicas polares. in powders; and its dispersion in a base material. Despite the production of carbon nanoparticles are well understood and industrialised, its dispersion in a base material is still challenging, requiring a process to break the strong Van der Walls forces without damaging the carbon nanoparticle structure in order to keep their exceptional properties.
[0004] The production of suspension of carbon nanoparticles in liquid phase materials, also known as nanofluids, is a promising industry with many potential applications that can be categorized into: heat transfer applications; automotive applications; paints and ink; glues; and additives. Such areas of potential applications require a methodology to customize the preparation for each application and/or base material. However, the production of carbon nanoparticles tend to form aggregates immediately after being produced.
[0005] The document US 2007/0253888 provides a methodology to prepare a carbon nanofluid through functionalization of the surface of carbon nanotubes and dispersing it by ultrasonication.
[0006] The document US 2014/0191164 A1 provides a methodology to dispersed carbon nanofibers in a liquid by controlling the content of oxygen. The document WO 2010/051102 A2 and the US7871533 B1 provide a methodology to disperse carbon nanotubes in different matrixes with different types of surfactants and dispersion processes.
[0007] As seen, some attempts have been made to increase the dispersibility of carbon nanoparticles in liquid phase materials.
[0008] These facts are disclosed in order to illustrate the technical problem addressed by the present disclosure.
General Description [0009] As described, carbon nanoparticles have a drawback associated to the form aggregates immediately after being produced. Therefore, the present disclosure relates entrada da serpentina 44; 442 representa a saída da serpentina 44; 45 e 46 representa o canai de entrada para o tanque 4; 5 representa a válvuia de controlo; 6 representa uma válvula de três vias; 7 representa bomba com varíador de velocidade; 8 representa um medidor de caudal; 9 representa o tanque de recolha; 911 representa o canal de entrada do tanque 9; 91 representa a parede interna do tanque 9; 92 representa a parede externa do tanque 9; {0053] Figura 3: Condutividade térmica de nanofluídos à base de carbono com diferentes concentrações de nanotubos de carbono do tipo D50L1G (a) EG 30%vol+H20 ?Q%vol fluido base e (b) EG 60%vol + EhQ 40%vol fluido base.
[0054] Figure 4; Viscosidade de nanofluídos à base de carbono com diferentes concentrações de nanotubos de carbono do tipo D50L10 {a) EG 30%νο!+Η2θ 70?4>vol fluido base e (b) EG 60%vo! + H?.0 40%vo! fluido base.
[0055] Figure 5: Calor específico de nanofluídos à base de carbono com varias concentrações de nanotubos de carbono do tipo d50110 [0056] Figure 6; Densidade de nanofluídos à base de carbono com varias concentrações de nanotubos de carbono do tipo d50L10 [0057] Figure 7: Tempo de sedimentação de dois nanofluídos à base de carbono com diferentes concentrações de nanotubos de carbono e seis geometrias [0058] Figure 8; Potencial Zeta de nanofluídos à base de carbono com varias concentrações de nanotubos de carbono do tipo dSGLIO.
Descrição detalhada [0059] A presente invenção esta relacionada com uma metodologia própria para a produção continua de nanofluídos de carbono e a sua composição. Os nanofluídos da presente invenção compreendem, mas não estão limitados a nanoparticulas de carbono, tais como: nanotubos de carbono, nanoparticulas de carbono esféricas, vareta
Contudo, o objetivo de presente invenção não esta limitado a este tipo de nanopartículas, fluidos ou materiais.
[00593 Os termos ''nanopartículas" ou "nanomatenal" usado nesta invenção, referem-se a um material o qual apresenta na sua estrutura pelo menos uma dimensão (comprimento, largura, altura) á escala nanométrica ou inferior a 1 micron (pm). Além disso, as "nanopartículas" mencionadas nesta invenção podem ter uma razão de especto (e.g. comprimento : largura ; largura : comprimento) de 1,1 a 10,10 a 17,17 a 33, 33 a 50, 50 a 83, 83 a 125, 125 a 166,166 a 250, 250 a 375, 375 a 750, 750 a 1500, ou de 1500 a 15000; [0060] Num exemplo de realização* as nanopartículas: têm peio menos um diâmetro de 1 a 15nm, 15 a 20, 20 a 30, 20 a 40, 40 a 60, 50 a 80, 60 a lOOnm ou maior.
[0061] Num exemplo de realização, as nanopartículas que têm uma geometria não esférica têm peio menos uma dimensão de 1 a 2, 2 a 5, 5 a 15, e 10 a 30pm ou maior.
[0062] Num exemplo de realização, as nanopartículas têm uma geometria tubular, cilíndrica, elipsoídaí, tipo varão, paralelepípedo, piramidal ou em folha, [0063] Num exemplo de realização as nanopartículas de carbono são nanotubos de carbono os quais: [0064] têm uma configuração de uma parede, parede dupla ou múltiplas paredes, [0065] têm uma configuração, de um conjunto organizado de carbonos numa configuração simples ou em múltiplas camadas.
[0066] têm urna configuração, o qual podem ter uma diversidade de geometrias de nanopartículas e de dimensões, Contudo, tento uma geometria prevalecente, dimensão e configuração da parede.
[0067] têm urna configuração, a qual as superfície das nanopartículas de carbono são quimicamente funcionalizadas por técnicas covalerttes e não covalentes. A funcionalização nao covalente é caracterizada por empregar π-π interações estéricas ou hídrofílícas na superfície das nanopartículas de carbono, e è efetuado com componentes aromáticos, surfatantes, polímeros, e/ou bio-poíirneros. A funcionalização covalente é of the carbon nanotubes. This process must be executed by a skilled person on functionalization of nanoparticles.
Example 1 - Production and Composition of Nanofluids (NF30EG) [0087] The nanofluids NF30EG are composed by dispersing multiwalled carbon nanotubes D50L10 in a mixture of 30%vol. of ethyleneglycol and 70% vol. of water. The carbon nanotubes are dispersed in the ethylene glycol/water mixture by ways of mechanical agitation previously described and illustrate on Fig. 2. This energy-induced process must be precisely controlled, otherwise carbon nanotubes will not be uniformly dispersed and may be damaged. The velocity of the ultrasonic waves depends strongly on the medium, since different densities (viscosities) will affect the wave velocity. Therefore, the ultrasonic operation must be carefully tailored regarding the nanofluid density and volume. Therefore, the ultrasonic operation must be controlled as a function of energy per volume of fluid, otherwise for different concentrations of carbon nanotubes, i.e. different densities (viscosities), the dispersion will not be homogeneous and the process will not be reliable. Moreover, the ultrasonic operation must be applied by a low-intensity horn probe, otherwise some damages could be induced on the carbon nanotube structure. The amplitude of the ultrasound wave should to be proximally 17 pm. Throughout the agitation process the samples temperature must be kept constant. For high viscosity fluids this temperature should be tailored in order to reach a viscosity within an interval of 0.001 - 0.04 Pa.s at 20 °C. The content of carbon nanotubes in the dispersion liquid and the ultrasonic operation parameters are described in Table 2. cie carbono ou folhas de carbono, e pelo menos um fluído com característícas polares. Contudo, o objetivo da presente invenção não esta limitado a este tipo de nanopartícuías, fluidos ou materiais.
[0060] Os termos "nanopartícuías" ou "nanomatenai" usado nesta invenção, referem-se a um material o qual tem uma forma onde pelo menos umas das suas dimensões (comprimento, largura, altura) se encontra á escaia nanométrica ou inferior a 1 micron (pm). Além disso, as "nanopartícuías" mencionadas nesta invenção podem ter uma razão de especto (e.g, comprimento : largura; largura : comprimento) de 1, 1 a 10,10 a 17, 17 a 33, 33 a 50, 50 a S3, 83 a 125, 125 a 166,166 a 250, 250 a 375, 375 a 750, 750 a 1500, ou de 1500 a 15000.
[0061] Num exemplo de realização, as nanopartícuías têm pelo menos um diâmetro de 1 a 15nm, 15 a 20, 20 a 30, 20 a 40, 40 a 60, 50 a 80, 60 a lOOnm ou maior.
[0062] Num exemplo de realização, as nanopartícuías que têm uma geometria não esférica têm pelo menos uma dimensão de 1 a 2, 2 a 5, 5 a 15, e 10 a 30pm ou maior.
[0063] Num exemplo de realização, as nanopartícuías têm uma geometria tubular, cilíndrica, eiipsoídal, tipo varão, paralelepípedo, piramídai ou de folha, [0064] Num exemplo de realização as nanopartícuías de carbono são nanotubos de carbono têm uma configuração de uma parede, parede dupla ou múltiplas paredes.
[0065] têm uma configuração, as nanopartícuías podem ser um conjunto organizado de carbonos numa configuração simples ou em múltiplas camadas.
[0066] têm uma configuração, os nanofluidos podem ter uma diversidade de geometrias de nanopartícuías e de dimensões. Contudo, tento uma geometria prevalecente, dimensão e configuração da parede,
[0067] têm uma configuração, a superfície das nanopartícuías de carbono são quimicamente funcionafízadas por técnicas covalentes e não covalentes. A funcionalização não covaierite é caraeterizada por empregar jt-n interações estéricas ou hídrofóbicas na superfície da nanopartícuías de carbono, e ê efetuado com componentes aromáticos, surfatantes, polímeros, e/ou bio-polímeros. A caracterizada por uma oxidação da superfície das nanoparíículas de carbono. Esta, origina o aparecimento de danos na superfície das nanopartículas originando o formação de "furos" ou "buracos" os quais terão grupos funcionais ligados, tais como: ácidos carboxííico (COOH) e hidroxiiico (OH), acetona, áícoo! e/ou Ester. Este processo de oxidação é efetuado através da imersão das nanopartículas de carbono em soluções de ácidos fortes, compostas por um ou por misturas dos seguintes ácidos: HNO& H2SO4, HCIO3, HCÍO4; ou oxídantes fortes, tais como KMn04, O3OU plasma reativo. Os grupos funcionais ligados à superfície das nanopartículas de carbono, têm a peculiaridade de ter receptores como também doadores de hidrogénio. Desta forma, é possível reduzir as características hidrofóbicas das nanopartículas de carbono, equilibrando as forças de repuisão/atração de Van der Waais. Além disso, 0$ grupos carboxílicos e hidroxílieos possuem propriedades polares, aumentando a solubilidade das nanopartículas de carbono em fluidos polares.
[0068] Num exemplo de realização, os nanofíuídos podem ter uma diversidade de fluidos base com características polares, nomeadamente, mas não limitados a: Acetaldeido, ácido acético, acetona, acetonitrila, 1,2-butanodiol, 1,3-butanodiol, 1,4-butanodíol, 2-butoxietanol, ácido butírico, dietanolamina, dietilenotriamina, dimetifformamida, dimetoxietano, dímetilsulfóxido, 1,4-dioxano, Etanol, etil amina, etíleno glícol, ácido fórmico, álcool furfurílico, glicerol, metanol, metil dietanolamina, isocianato de metilo, 1-propanol, 1,3-propanodíoi, 1,5- pentanodioi, 2-propanoí, ácido propanoico, propilenoglicol, píridina, tetra-hidrofurano, trietíieno glícol, água e misturas entre eles.
[0069] Num exemplo de realização, o processo de funcionalízação é efetuado através da imersão de nanopartículas de carbono em misturas de ácidos compostas por 25% em volume de HNOae 75% em volume de H2SO4. A proporção de volume de solução acida para volume de nanopartículas de carbono é aproximadamente entre 1 parte por volume de nanopartículas para 174 partes de solução acida, ou mats preferencialmente, entre 1 parte por volume de nanopartículas para 87 partes de solução acida. A mistura é aquecida entre 120°C a 150°C (393 a 423 K) mas mats preferencialmente a 130°C (403 K), por forma a acelerar o processo de oxidação e minimizar os danos estruturais na
Table 2 - Ultrasonic operation parameters
[0088] Next, the NF30EG Nanofluids will be subjected to a full experimental characterization, such as thermal and stability properties as describe previously. In Table 3, it is presented the carbon nanotube volume fraction (%vol.), the density (p), specific heat (cP), viscosity (μ), thermal conductivity (k), Zeta potential (Zeta) and shelf-life (Life). All measurements were evaluated at 20°C (293.15 K).
Table 3 - Thermal properties and stability results
[0089] In Table 4, it is depicted the percentage of increasing of the thermal properties, relatively to the base fluid. The maximum variation recorded for all the thermal properties was for a volume fraction of 0.015 (1.5 % vol.), the thermal conductivity and the relative viscosity increased 18.5 and 91.77 %, respectively; the specific heat was decrease 4.33%. As seen, the production of nanofluids with small amounts of carbon nanotubes according to the present disclosure, results in a significant variation of the thermal properties. funcionalização covaíente é caracterizada pòr uma oxidação da superfície das nanoparticulas de carbono. Esta, origina o aparecimento de danos na superfície das nanopartículas originando o formação de "furos" ou "buracos" os quais terão grupos funcionais ligados, tais como; ácidos carboxílíco (COOH) e bidroxílicG (OH), acetona, álcool e/ou Ester. Este processo de oxidação é efetuado através da imersão das nanopartículas de carbono em soluções de ácidos fortes, compostas por um ou misturas dos seguintes ácidos: HNO.?, H2SO4, HCIO3, HCICU; ou oxidantes fortes, tais como KMnO.i, O5 ou piasma reativo. Os grupos funcionais ligados à superfície das nanoparticulas de carbono, têm a peculiaridade de ter tanto recetores como doadores de hidrogénio. Desta forma, será possível reduzir as características hidrofóbicas das nanoparticulas de carbono, e ao mesmo tempo equilibrando a forças de repuisão/atração de Van der Waals. Além disso, os grupos carboxilícos e hidroxíiícos têm propriedades polares, aumentando a solubilidade das nanopartículas de carbono em fluídos poiares.
[0068] Num exempío de realização, os nanofiuídos podem ter uma diversidade de fluidos base com características poiares, nomeadamente, mas não limitados a; Acetalde, acido aciiico, acetona, acetonitriio, 1,2-butanodíoí, 1,3-butanodioi, 1,4-butanodiol, 2-butoxietanol, acido butirico, dietanoíamína, dietilenotriamína, dímetilformamída, dímetoxietano, dimetil sulfóxído, 1,4-dioxano , Etanol, etiiamina, etileno glicoi, acido formíco, álcool furfiííco, glicerol, metanol, metil dietanoíamína, isoeianeto de metifo, 1· propanoi, 1,3-propanodiol, 1,5- pentanodíoi, 2-propanoi, acido praponico, propílenoglícol, Piridina, tetra-hidrofurano, trietileno glicoi, água, misturas de fluidos com pelo menos um fluido polar*;® combinações entre eles.
[0069] Num exemplo de realização, o processo de funcíonalização é efetuado através da imersão de nanoparticulas de carbono em misturas de ácidos compostas por 25% em volume de HNO3 e 75% em volume de H2SO4. A proporção de volume de solução ácida para volume de nanoparticulas de carbono ê aproxirnadámente entre 1 parte por volume dê nanoparticulas para 174 partes de solução acida, ou mais preferenciálmente, entre 1 parte por volume de nanoparticulas para 87 partes de solução ácida. A mistura é aquecida entre 120ftC a 15Ô"C [393 a 423 K) mas mais preferenciaimente a 130"C [403 K), por forma a acelerar o processo de oxidação e minimizar os danos estruturais na superfície das nanopartícuias de carbono. Após 30 minutos á esta temperatura, o aquecedor é desligado e a solução é arrefecida naturalmente até à temperatura ambiente. As nanopártíeulas de carbono funcíonaíizadas com grupos carboxiiícos (COOH'K são posteriormente lavadas com água pura de modo a parar a reaçao de oxidação. De seguida, a mistura é centrifugada por forma a acelerar a sedimentação das nanopartiCulàS de carbono. O processo de lavagem e centrifugação ê repetido até que seja alcançado um pH entre 5 e 7. De seguida, as nanopartículas de carbono são secas numa estufa a 100''C (373 K) de modo a evaporar a água remanescente e desta formar urn pó. Posteriormente, as nanopartículas de carbono funçionalizadas são misturadas e dispersas no fluido base através de agitação mecânica, Este importante processo de agitação é um dos passos mais críticos do processo, o qual deve ser controlado tom precisão, com o prejuízo de não ser possível garantir a integridade estruturai das nanopartícuias de carbono. Adtciòúalmente> medidas de densidade e viseosidáde são efetuadas e comparadas com valores padrão por forma a garantir o sucesso do processo de dispersão.
[0070] Deve notar-se que., apesar dos exemplos de realização descritos anteriormente as nanoparticulas de carbono serem funcíonaíizadas por meios de soluções de ácidos fortes, outras técnicas de fundonalízaçâo e soiuções podem ser adotadas, desde que providenciem um aumento das propriedades hidrofílitas das nanopartícuias de carbono, [0071 j Num exempio de realização, é descrito um método para a preparação de uma dispersão de nanopartícuias de carbono com o intuito de servirem corno um aditivo.
[0072] As nanopartícuias de carbono ou nanotubos de carbono são funcíonalizados por misturas de ácidos compostas por 25% por volume de acido nítrico e 75% por volume de acido sulfúrico. A proporção de nanopartícuias de carbono e nanotubos de carbono devem ser aproxímadamente 1 parte por volume de nanopartícuias para 174 partes de solução acida, ou mais preferencíalmente, entre 1 parte por volume de nanopartículas para 87 partes de solução acida. A mistura é aquecida ent re 12CTC a 15CTC (393 a 42.3 K) durante 30 minutos de modo a que o processo de oxidação ocorra. De seguida o aquecedor é desligado e a mistura arrefecida naturalmente até à temperatura ambiente. As nanopartículas de carbono funcíonaíizadas com grupos carboxílicos
Table 4 - Thermal properties variation versus carbon nanotube volume fraction concentration
Example 2 - Production and Composition of Nanofluids (NF60EG) [0090] The nanofluids NF60EG are composed by dispersing multiwalled carbon nanotubes D50L10 in a mixture of 60% vol. of ethylene glycol and 40% vol. of water. The carbon nanotubes are dispersed in the ethylene glycol/water mixture by ways of mechanical agitation previously described and illustrate on Fig. 2. This energy-induced process must be precisely controlled, otherwise carbon nanotubes will not be uniformly dispersed and may be damaged. The velocity of the ultrasonic waves depends strongly on the medium, since different densities (viscosities) will affect the wave velocity. Therefore, the ultrasonic operation must be carefully tailored regarding the nanofluid density and volume. Therefore, the ultrasonic operation must be controlled as a function of energy per volume of fluid, otherwise for different concentrations of carbon nanotubes, i.e. different densities (viscosities), the dispersion will not be homogeneous and the process will not be reliable, for example by the application in time of an ultrasonic energy between 100-250 J/ml; preferably 200-300 J/ml. Moreover, the ultrasonic operation must be applied by a low-intensity or horn probe, otherwise some damages could be induced on the carbon nanotube structure. The amplitude of the ultrasound wave should to be proximally 17pm. Throughout the agitation process the samples temperature must be kept constant. For high viscosity fluids this temperature superfície das nanoparticuias de carbono. Após 30 minutos nestas temperaturas, o aquecedor é desligado e a solução é arrefecida até à temperatura ambiente. A$ nanoparticuias de carbono funcionalízadas com grupos carboxsiícos (COOH), são posteriormente lavadas com água pura de modo a parar a reação de oxidação. De seguida, a mistura é centrifugada por forma a acelerar a sedimentação das nanoparticuias de carbono. O process o de iavagem e centrifugação é repetido até que seja aicançado um pH entre 5 e 7. De seguida, as nanoparticuias de carbono são secas numa estufa a 10CTC (373 K} de modo a evaporar a água remanescente e formar um pó. As nanoparticuias de carbono funcionalízadas são então misturadas e dispersas no fluído base através de agitação mecânica. Este importante processo de agitação é um dos passos mais críticos, tendo de ser controlado com precisão, no prejuízo de não ser possível garantir a integridade estruturai das nanoparticuias de carbono. Adicionaimente, medidas de densidade e viscosidade são efetuadas e comparadas com valores padrão por forma a garantir o sucesso o processo de dispersão.
[0070] Deve notar se que, apesar do facto que de nos exemplos de realização descritos anteriormente as nanoparticuias de carbono serem funcionalízadas por meios de soluções de ácidos fortes, outras técnicas de funcionalização e soluções podem ser adotadas, desde que providenciem um aumento das propriedades hídrofílicas das nanoparticuias de carbono, (007.1} Num exemplo de realização, è descrito um método para a preparação de uma dispersão de nanoparticuias de carbono com o intuito de servirem como um aditivo.
[0072] As nanoparticuias de carbono ou nanotubos de carbono são funcionaiizados por misturas de ácidos compostas por 25% por volume de acido nítrico e 75% por volume de acido suifúrico. A proporção de nanoparticuias de carbono e nanotubos de carbono devem ser aproximadamente 1 parte por volume de nanoparticuias para 174 partes de solução acida, ou mais preferenciaimente, entre 1 parte por volume de nanoparticuias para 87 partes de solução acida. A mistura é aquecida entre 12GT a 150°C (393 a 423 K} durante 30 minutos de modo a que o processo de oxidação ocorra. De seguida o aquecedor é desligado e a mistura arrefecida até à temperatura ambiente. As nanoparticuias de carbono funcionalízadas com grupos carboxílicos (COOH), são (COGH), são posteriormente lavadas com água pura de modo a parar a reação de oxidação. De seguida, a mistura é centrífugada por forma a acelerar a sedimentação das nanopartícuías de carbono. O processo de lavagem e centrifugação é repetido até que seja alcançado um pH entre 5 e 7. De seguida, as nanopartícuías de carbono são secas numa estufa a 100°C {373 K} de medo a evaporar a água remanescente e formar um pó.
[0073] As nanopartícuías de carbono ou nanotubos de carbono funcionalizados são misturados num fluído base, escoihido de acordo com a sua aplicação finai, e dispersos através de um processo de agitação mecânica. Este processo de agitação é extremamente importante e critico, tendo de ser controlado com precisão, no prejuízo de não ser possível garantir a integridade estrutural das nanopartícuías de carbono. Adicionalmente, medidas de densidade e viscosidade são efetuadas e comparadas com vaíores padrão por forma a garantir o sucesso do processo de dispersão.
[0074] O processo de agitação mecânica è efetuado através de agitadores mecânicos e operações de ultrassons. O reator de mistura de alta intensidade Fig. 2, è essencial mente composto por um sistema de uitrassons 2 com um reator de mistura 3, um reator de mistura 4 e um tanque de recolha 9,0 reator 4 é composto por um tanque 41 com uma serpentina externa 44 de modo a manter constante a temperatura do fluido base, e um agitador mecânico 47. A parede externa 43 do tanque 4 tem um canal de entrada 431 o qual se encontra ligado a um medidor de cauda! 5, e um canal de saída 432 o qual se encontra ligado a uma válvula de controlo 6.0 canal de entrada 45 é usado de modo a encher o tanque 41 com a quantidade necessária de nanopartícuías e o canal 46 é usado para encher o depósito corn a quantidade desejada de fiuído base. A serpentina externa tem um canal de entrada 441 onde um fiuído de transferência de calor entra, enchendo a serpentina e saindo pelo canal 442 de volta a uma unidade de controlo de temperatura. O sistema de ultrassons 2 é composto por um processador industria! de ultrassons 21 com uma frequência de ultrassons de pelo menos 20 KHz e com amplitude regulável, ligado a um transdutor de ultrassons 22; e uma sonda de ultrassons de baixa intensidade 23. A sonda de uitrassons 23 é hermeticamente selada no reator de mistura 3 por forma a eliminar qualquer fuga e manter o sistema pressurizado. O reator de mistura 3 é composto pelo tanque 31 com uma serpentina should be tailored in order to reach a viscosity within an interval of 0.001 and 0.04 N.s/m2. The content of carbon nanotubes in the dispersion liquid and the ultrasonic operation parameters are described in Table 5.
Table 5 - Ultrasonication operation parameters
[0091] Next, the NF30EG Nanofluids are subjected to thermal properties and stability evaluation as describe previously. In Table 6 is represented the carbon nanotube volume fraction (vol. %), the density (p), specific heat (cp), viscosity (μ), thermal conductivity (k), Zeta potential (Zeta), shelf-life (Life) and freeze protection. All measurements were evaluated at 20°C (293.15 K).
Table 6 - Thermal properties and stability results
posteríormente lavadas com água pura de modo a parar a reação de oxidação. De seguida, a mistura é centrífugada por forma a acelerar a sedimentação das nanoparticulas de carbono. O processo de lavagem e centrifugação é repetido até que seja alcançado um pH entre 5 e 7. De seguida, as nanoparticulas de carbono ou nanotubos de carbono sâo secos numa estufa a 10QT (373 K.) de modo a evaporar a água remanescente e formar um pò.
[0073] As nanoparticulas de carbono ou nanotubos de carbono funcíonalizados são então misturados e dispersos através de um processo de agitação mecânica, num fluido-base de acordo com a aplicação finai do aditivo. Este importante processo de agitação é um dos passos mais críticos do processo, tendo de ser controlado com precisão, no prejuízo de não ser possível garantir a integridade estrutural das nanoparticulas de carbono. Adicionalmente, medidas de densidade e viscosidade são efetuadas e comparadas com valores padrão por forma a garantir o sucesso o processo de dispersão.
[0074] O processo de agitação mecânica é efetuado através de agitadores mecânicos e operações de ultrassons. O reator de passagem de alta intensidade Rg. 2, é essenciaimente composto por um sistema de ultrassons 2 com um reator de mistura 3, um reator de mistura 4 e um tanque de recolha 9.O reator4 é composto por um tanque 41 com uma serpentina externa 44 de modo a manter a temperatura do fluído base, e um agitador mecânico 47> A parede externa 43 do tanque 4 tem um canal de entrada 431 o qual se encontra ligado com um medidor de caudal 5, e um canal de saída 4.32 o qual se encontra ligado a uma válvula de controlo 6. O canal de entrada 45 é usado de modo a encher o tanque 41 com a quantidade necessária de nanoparticulas e o canal de 46 é usado para encher o deposito com a quantidade desejada de fluido base. A serpentina externa tem um canal de entrada 441 onde um fluido de transferência de calor entra, enchendo a serpentina e saindo pelo canal 442 de volta a uma unidade de controlo de temperatura. O sistema de ultrassons 2 é composto por processador industrial de ultrassons 21 com uma frequência de ultrassons de pelo menos 20 KHz e com amplitude regulável, ligado a um transdutor de ultrassons 22; e uma sonda de ultrassons de baixa intensidade 23. A sonda de ultrassons 23 é hermeticamente seiada no reator de mistura 3 por forma a eiíminar qualquer fuga e manter o sistema externa 34 de modo a manter a temperatura do fluido base constante, A parede externa do tanque 33 é composto por um canal de entrada 331 onde o fluido base dá entrada passando peia sonda de ultrassons 23 e saindo através do canal de saida 332 para o reator 4. A serpentina externa 34 tem um canal de entrada 341 onde um fluido de transferência c!e calor entra enchendo a serpentina e saindo pelo canal de saida 342 de volta à unidade de controlo de temperatura. A parede externa 91 do tanque de recolha 9 tern um canal de entrada 911 onde o fluído finalizado entra passando pela válvula de três vias 6. Uma bomba com caudal regulável 7 é usada para circular o fiuido através do sistema e um medidor de caudal 8 de modo monitorar o escoamento.
[0075] No sistema anteríormente descrito, o sistema de controlo de temperatura 44 e 34 não esta limitado a um equipamento específico ou técnica e pode ser modificado por uma pessoa treinada na arte de transferência de calor.
[0076] Num ou mais exemplos de realização da presente invenção, um determinado volume específico de fluido base é adicionado no reatar de mistura 4, seguido da quantidade de nanoparticulas desejada de modo a atingir a fração volúmica estipulada.
[0077] A presente invenção descreve uma metodologia própria para produzir suspensões estáveis por longos períodos de tempo de nanoparticulas de carbono em fluidos com características polares. Estas suspensões podem ter uma variedade de aplicações, sendo possível ser utilizado como um produto finalizado ou como um aditivo para outros materiais ou processos. Estas suspensões são compostas por 92 a 99,999% em volume se fluido base e 0,001 a 8% em volume de nanoparticulas de carbono. A composição ideal de suspensões de nanoparticulas de carbono está diretamente dependente da sua: aplicação final. Este serviço de customizaçâo tem de ser efetuado por um especialista na arte de preparação de suspensões de nanoparticulas de carbono ou nanotubos de carbono em fiuidos polares e corn conhecimentos sobre as propriedades das suspensões.
[0078] De acordo com a metodologia descrita anteríormente, a melhor composição para um fluido de transferência de calor à base de água ou para um agente aditivo à base de água é, por exempío, uma mistura contendo 98 a 99,75% por volume de água e [0092] In Table 7, is depicted the thermal properties variation ratio due to the present of the carbon nanotubes. The maximum variation recorded for all the thermal properties was for a volume fraction of 0.015 (1.5 % vol.), the thermal conductivity and the relative viscosity increased 16.2 and 266.22 %, respectively; the specific heat was decrease 4.34%. As seen, the production of nanofluids with small amounts of carbon nanotubes according with the present disclosure, result in a significant variation of the thermal properties.
Table 7 - Thermal properties variation versus carbon nanotube volume fraction concentration
Table 8 - Stability of the long-term carbon fluid of the present disclosure
pressurizado. O reator de mistura 3 é composto pelo tanque 31 com uma serpentina externa 34 de modo a manter a temperatura do fluido base constante. A parede externa do tanque 33 é composto por um canal de entrada 331 onde o fluído base dá entrada passando peia sonda de ultrassons 23 e saindo através do canal de saída 332 para o reator 4. A serpentina externa 34 tem um cana! de entrada 341 onde um fluido de transferência de calor entra enchendo a serpentina e saindo pelo cana! de saída 342 de volta à unidade de controlo de temperatura. A parede externa 91 do tanque de recolha 9 tem um canal de entrada 911 onde o fluido finalizado entra passando pela válvula de três vias 6. Uma bomba com caudal regulável ? é usada para circular o fluido através do sistema e um medidor de caudal 8 para monitorar o escoamento.
[0075] No sistema antenormente descrito, o sistema de controlo de temperatura 44 e 34 não esta limitado a um equipamento específico ou técnica e pode ser modificado por uma pessoa treinada na arte de transferência de calor.
[0076] Num ou mias exemplos de realização da presente invenção, um volume especifico de fluido base é adicionado no reator de mistura 4, seguido da quantidade de nanopartículas desejado de modo a atingir a fração volúmica desejada.
[0077] A presente invenção descreve uma metodologia própria para produzir suspensões estáveis por longos períodos de tempo de nanopartículas de carbono em fluidos com earactensticas polares. Esta suspensão pode ter uma variedade de aplicações, como ser utilizado como um produto finalizado ou como um aditivo para outros materiais ou processos. Estas suspensões são compostas por 92 a 99,999% em volume se fluido base e 0,001 a 8% em volume de nanopartículas de carbono. A composição ideal de suspensões de nanopartículas de carbono está diretamente dependente d3 sua aplicação finai. Esta serviço de customízação tem de ser efetuado por algum especialista na arte de preparação de suspensões de nanopartículas de carbono ou nanotubos de carbono em fluidos polares e com conhecimentos sobre as propriedades das suspensões.
[0078] De acordo corn a metodologia descrita anteriormente, a melhor composição para um fluido de transferência de calor à base de água ou para um agente aditivo à 0,25 a 2% em volume de nanopartícufas de carbono. A composição da solução pode conter outros fluidos polares e não polares em adição ao fluido base polar.
[0079] A preparação do nanofiuído é dividida em dois passos: a funcionaiízação da superfície das nanopartículas e a mistura das nanopartículas funcionalizadas com o fluido polar. O primeiro passo já foi descrito ao pormenorizadamente; o segundo passo é mais complexo e tem de ser controlado com precisão. Como descrito,, as nanopartículas de carbono são dispersas com recurso a agitação mecânica como ilustrado na Fig. 2. Este processo de agitação mecânica, induzido através da libertação de energia na forma de ultrassons, é o passo mais crítico na produção de nanofíuídos e tem de ser controlado com bastante precisão. O sucesso deste processo è fundamental de modo a garantir que: as nanopartículas de carbono encontrem-se homogeneamente dispersas; e que os danos na estrutura das nanopartículas seja mínimo, É um facto que a velocidade de propagação das ondas de ultrassons dependem fortemente do meio envolvente. Desta forma, em fluidos com diferentes viscosidades a velocidade de propagação das ondas de ultrassons, será também diferente, Desta forma e de modo a ser possível uma operação consistente do processo de dispersão por ultrassons para diferentes tipos de fluidos e concentrações de nanopartículas de carbono, o processo de agitação tem de ser controlado em função da energia libertada por volume de fluido, enquanto mantendo a viscosidade relativamente baixa. Porém, o processo de ultrassons tem de ser aplicado por uma sonda de baixa intensidade, caso contrário danos na estrutura das nanopartículas de carbono irão ocorrer. A amplitude das ondas de ultrassons tem de ser compreendida entre 10 a 35 pm, mats preferivelmente a 17pm. Durante o processo de agitação, a temperatura das amostras tem de ser mantida constante. No caso de fluidos com uma elevada viscosidade, esta temperatura tem de ser ajustada de modo a ser possível atingir uma viscosidade compreendida entre 0.001 e 0.04 N.$/m?,
Caracterização das propriedades dos nanofíuídos
Table 9 - Stability of the long-term carbon fluid of the present disclosure
[0093] The disclosure should not be seen in any way restricted to the embodiments described and a person with ordinary skill in the art will foresee many possibilities to modifications thereof.
[0094] The above described embodiments are combinable. The following claims further set out particular embodiments of the disclosure.
Date: 17 March 2016 base de água é, por exempio, uma mistura contendo 98 a 99,75% por volume de água e 0,25 a 2% em volume de nanopartículas de carbono. A composição da solução pode conter outros fluidos polares e não polares em adição ao fluído base polar, (0079] A preparação do rianofíuidò è dividida em dois passos: a fundonaíízação da superfície das nanoparticuías e a mistura das nanopartículas funcional iradas com o fluído polar, O primeiro passo já foi descrito ao pormenor anteriormente; o segundo passo é mais complexo e tem de ser controlado com precisão. Como descrito anteriormente, as nanoparticuías de carbono são dispersas com recurso a agitação mecânica como ilustrado na Fig. 2, Este processo de agitação mecânica induzido através da libertação de energia por ultrassons, é o passo mais crítico na produção de nanofluídos e tem de ser controlado com bastante precisão, caso contrario as nanoparticuías de carbono não serão homogeneamente dispersas e pode induzir danos na estrutura das nanoparticuías. A velocidade de propagação das ondas de ultrassons dependem fortemente do meio envolvente, pois fiuidos com diferentes viscosidades iram afetar a velocidade de propagação das ondas de ultrassons. Desta forma, de modo a ser possível uma operação consistente do processo de dispersão por ultrassons para diferentes tipos de fluidos, assim como para varias concentrações de nanoparticuías de carbono (diferentes viscosidades e densidades), o processo de agitação tem de ser controlado em função da energia iibertada por volume de fluido, enquanto mantendo urna baixa viscosidade. Porém, o processo de ultrassons tem de ser aplicado por uma sonda de baixa intensidade, caso contrario danos na estrutura das nanoparticuías de carbono irão ocorrer. A amplitude das ondas de ultrassons tem de ser compreendida entre 10 a 35 pm, mais preferivelmente a i?pm. Durante o processo de agitação, a temperatura das amostras tem de ser mantida constante. Para fiuidos com uma elevada viscosidade, esta temperatura tem de ser customizada de modo a atingir uma viscosidade compreendida entre 0.001 e 0,04 N.s/m2.
Caracterização das propriedades dos nanofluídos [0080] A integridade da estrutura das nanopartículas de carbono e o grau de dispersão, têm de ser caracterizados através de um Microscópico Eletrónico de Varredura (SEM). Esta técnica permite determinar as dimensões das nanopartículas, e avaliar os danos causados pelo processo de funcionalização; e de agitação mecânica. Na Fig. 1 está representada duas imagens SEM de nanotubos de carbono (a) anteriormente à funcionalização e (b) posteriormente à funcionalização; É possível observar através da Rg. 1, que os nanotubos de carbono estão agregados em novelos compostos por vários nanotubos. Em contraste, após a funcionalização (Fig.lb) os nanotubos encontram-se bem dispersos.
[0081] A condutividiade térmica (k) dos nanofluídos à base de nanopartículas de carbono foi caracterizada por meio de fio quente transiente. Na Fig. 3 é possível verificar a condutivídade térmica de dois fluidos base com (a) 30% em volume de etileno glicol e 70% de água; e (b) 60% em volume de etileno glicol e 40% em volume de água; com cinco concentrações de nanotubos de carbono (0.25; 0.5; 0.75; 1; 1.5 em volume) e cinco temperaturas (10 (283), 20 (293), 25 (298), 30 (303), 40 (313), 50 (323) °C (K)).
[0082] As medidas de potencial zeta foram efectuadas num analisador Malvern ZS Nano S a 2QT (293 K). Como o potencial eiectro-cinético é independente da fração volúmica de nanopartículas e da temperatura, as medições foram efectuadas para seis tipos de nanotubos de carbono (com diferentes razões de especto) dispersos em dois fluídos base (30% em volume de etileno glicol e 70% de água, 60% em volume de etiieno glicol e 40% em volume de água) como representado na Fig. 7.
Caracterização do tempo de vida útil [0083] A estabilidade coloiclai dos nanofluídos foi efectuada com recurso a Perfis de Extinção de Espaço e Tempo (STEP). Este método inovador aplica uma força centrípeta intensiva nas amostras, enquanto grava qualquer mudança na concentração das nanopartículas devido à sedimentação e a separação de fazes. Esta caracterização foi efectuado por um analisador LUMiSízer, o qual regista a velocidade de sedimentação das nanopartículas e desta forma é possível determinar o tempo de vida útil. Na Fig. 6 [0080] A integridade da estrutura das nanopartícuias de carbono e o grau de dispersão, têm de ser caracterizados através de um Microscópico Eletrónico de Varredura (SEM). Esta técnica permite determinar as dimensões das nanopartícuias, e avaliar os danos causados pelo processo de funcionalização e de agitação mecânica, Na Fig. 1 está representada duas imagens SEM de nanotubos de carbono (a) anteríorrnenie à funcionalização e (b) posteríormente à funcionaiização; É possive! averiguar através da Fig. l que os nanotubos de carbono estão agregados em novelos compostos por vários nanotubos. Em contraste, após a funcionaiização (Fig.lb) é cíaro que os nanotubos encontram-se separados. (0081] A condutívidade térmica (k) dos nanofluídos à base de carbono foi caracterizacia por meio de fio quente transiente. Na Fig.3 é possível verificar a condutívidade térmica de dois fluidos base com (a) 30% em volume de etileno giicol e 70% de água; e (b) 60% em volume de etileno glíco! e 40% em volume cie água; com cinco concentrações de nanotubos de carbono (0,25; 0,5; 0.75; 1; 1.5 em volume) e cinco temperaturas (10 (283), 20 (293), 25 (298), 30 (303), 40 (313), 50 (323) °C (K».
[0082] As medidas de potencial zeta foram efectuadas num analisador Malvern ZS Nano $ a 20“C (293 K). Como o potencial electro-cinétíco é independente da fração voiúmica de nanopartícuias e da temperatura, as medições foram efectuadas para seis tipos de nanotubos de carbono (com diferentes razões de especto) dispersos em dois fluídos base (30% em volume de etileno giicoí e 70% de água, 60% em volume de etileno giicol e 40% em volume de água) como representado ma Fig. 7.
Caracterização do tempo de vida útil (0083] A estabilidade coloidal dos nanofluídos foram efectuadas com recurso a Perfis de Extinção de Espaço e Tempo (STEP). Este método inovador aplica uma força centrípeta intensiva nas amostras enquanto grava qualquer mudança na concentração das nanopartícuias devido a sedimentação e a separação de fazes. Esta caracterização foi efectuado por um analisador LUMíSizer, o qual regista a velocidade de sedimentação das nanopartícuias e desta forma é possível determinar o tempo de vida útil. Na Fig. 6 está representado o tempo de vida útí! para dois fluidos base (30% em volume de etileno glicol e 70% de água, 60% em volume de etileno glicol e 40% em volume de água}, com três concentrações de nanotubos de carbono (0.25; 0.75; 1.5 % em volume} a 20 °C (293 111 l| (0084} A caracterização da viscosidade (μ) das amostras foi efectuada por um reómetro Brookfield DV-1I1+. Os nanofluídos caracterizados foram sujeitos a diferentes taxas de corte e a sua viscosidade foi registada. Na Fig. 4 está representado a viscosidade de dois fluidos base (a) 30% em volume de etileno glicol e 70% de água e (b) 60% em volume de etileno glicol e 40% em volume de água, com cinco concentrações de nanotubos de carbono (0,25; 0.5; 0.75; 1.0; 1.5% em volume) e a seis temperaturas (10(283), 20 (293), 25 (298), 30 (303), 40 (313), 50 (323) °C (K)}. (0085} A caracterização do calor especifico (cP) foi efectuada através de um caiorímetro de varredura (DSC) Perkin Elmer 4000. Os nanofluídos caracterizados foram sujeitos a um intervalo de temperatura de 5 a 70°C (278 to 343 K) com uma taxa de aquecimento S'C/min e o fluxo de calor foi registado. Na Fig, 5., está representado Os resultados do calor específico para dez temperaturas diferentes, três concentrações de nanotubos de carbono (0,25; 0.75; 1.5 % em volume) e dois fluidos base (a) 30% em volume de etileno glicol e 70% de água e (b) 60% em volume de etileno glicol e 40% em volume de água. (0086} A presente invenção não será descrita com referencia ao número de exemplos. Contudo, a invenção não se encontra limitada aos exemplos descritos.
Funcionalização (Tratamento químico) [0087] Seis geometrias de nanotubos de carbono produzidas peia Cheaptubes inc. foram usados como matéria prima; ácidos nítrico e suifurico foram usados para efetuar a funcionalização da superfície dos nanotubos de carbono. Na Tabela 1, está descrita as está representado o tempo de vida útil para dois fluidos base (30% em volume de etiieno glico! e 70% de água, 60% em volume de etiieno giícoi e 40% em volume de água), com três concentrações de nanotubos de carbono {0,25; 0.75; 1-5 % em volume) a 20 °C (293 k)J|| [0084] A caracterização da viscosidade (μ) das amostras foi efectuada por um reòmetro Brookfield DV-liH-, Os nanoflurdos caracterizados foram sujeitos a diferentes taxas de corte e a sua viscosidade foi registada. Na Fig. 4 está representado a viscosidade de dois fluídos base (a) 30% em volume de etíleno giícoi e 70% de água e (b) 60% em volume de etíleno giícoi e 40% em volume de água, com cinco concentrações de nanotubos de carbono {0.25; 0.75; 1.5 % em volume) e a seis temperaturas {10 (283), 20 (293), 25 {298}, 30 {303), 40 {313), 50 {323) "C {K)).
[0085] A caracterização do calor especifico {cP) foi efectuada através de um calorímetro de varredura (DSC) Perkin Elmer 4000. Os nanofluídos caracterizados foram sujeitos a um intervalo de temperatura de 5 a 70°C {278 to 343 K) com uma taxa de aquecimento ST/min e o fluxo de calor foi registado. Na Fig. 5, está representado os resultados do calor especifico para dez temperaturas diferentes, três concentrações de nanotubos de carbono (0,25; 0,75; 1.5 % em volume) e dois fluidos base (a) 30% em voíume de etiieno giícoi e 70% de água e (b) 60% em voíume de etiieno glico! e 40% em volume de água.
[0086] A presente invenção não será descrita com referencia ao número de exemplos. Contudo, a invenção não se encontra limitada a exemplos descritos,
Funcionalizaçlo (Tratamento químico) [0087] Seis geometrias de nanotubos de carbono produzidas peia Cheaptubes Inc. foram usados como matéria prima; ácidos nítrico e sulfúrico foram usados para efetuar a funcíonalização da superfície dos nanotubos de carbono. Na Tabeia 1, está descrita as características geométricas dos nanotubos de carbono, a concentração de cada agente químico e o pH alcançado após o processo de lavagem.
Tabela 1 ~ Geometria das nanopartículas e parâmetros de funcionaiização.
[0088] Como pode ser visualizado na Tabela 1, o râcio da mistura de ácidos para massa de nanotubos de carbono é aproximadamente 70, caso contrário a funcionaiização não será capaz de ligar signífícativamente os grupos carboxilícos à superfície dos nanotubos de carbono. Aíém disso, o tempo da funcionaiização tem de ser bem controlado, caso contrário a superfície dos nanotubos pode sofrer alguns danos. De modo a controlar o tempo de funcionaiização, a temperatura da mistura tem de sér mantida entre 120 a 150 *C (393 a 423 K} durante 30 minutos, mais preferencíaimente a IBCTC (403 K) durante 30 minutos. De seguida, a mistura è arrefecida até à temperatura ambiente e diiuida com água destilada. O processo de diluição é repetido até alcançar um nível de pH de aproximadamente 5 a 7. Os nanotubos funcionafízados são então secos numa estufa até ser formado um pó. A funcionaiização da superfície dos nanotubos de carbono não está limitada a esta técnica, sendo o principal objective o aumento do conteúdo de oxigénio ligado à superfície dos nanotubos de carbono. Este processo tem de ser executado por urn especiaíista e.m funcionaiização de nanopartícuías.
Exempío 1 - Produção e composição dos Nanofiuídos (NF30EG) características geométricas dos nanotubos de carbono, a concentração de cada agente químico e o pH alcançado apôs o processo de lavagem.
Tabela 1 - Geometria das nanopartícuias e parâmetros de funcíonalização.
[0088.1 Como pode ser visualizado na Tabela 1, o rádo da mistura de ácidos para massa de nanotubos de carbono é aproximadamente 70, caso contrario a funcíonalização não será capaz de ligar significativamente os grupos carhoxílicos à superfície dos nanotubos de carbono. Além disso, o tempo da funcíonalização tem de ser bem controlado, caso contrario a superfície dos nanotubos pode sofrer alguns danos. De modo a controlar o tempo de funcíonalização, a temperatura da mistura tem de ser mantida entre 120 a 150 °C (393 a 423 K) durante 30 minutos, mas preferencialmente a 130°C (403 K) durante 30 minutos. De seguida, a mistura é arrefecida até à temperatura ambiente e diluída com água destilada, O processo de diluição é repetido até alcançar um nivei de pH de aproximadamente 5 a 7, Os nanotubos funcionalizados são então secos numa estufa até ser formado um pó. A funcionaíízação da superfície dos nanotubos de carbono não está limitada a esta técnica, sendo o principal objectívo o aumento do conteúdo de oxigénio ligado à superfície dos nanotubos de carbono. Este processo tem de ser executado por um especialista em funcíonalização de nanopartículas.
Exemplo 1 - Produção e composição dos Nanofluidos (NF30EG) [00S9] O nanofiuidos NF30F.6 ê composto por nanotubos de carbono de múltipla parede DSOLIO numa mistura de 30% em volume de etileno giíco! e 70% em volume de água. Qs nanotubos de carbono são dispersos na mistura etileno giicol/água através de agitação mecânica como descrito anteriormente e ilustrado na Fíg, 2, Este processo energético tem de ser controlado com precisão, caso contrário os nanotubos de carbono podem não estar homogeneamente dispersos e estar danificados. A velocidade de propagação das ondas de ultrassons depende do melo envolvente, pois diferentes densidades iram afectar a velocidade de propagação das ondas. Desta forma, a operação de agitação mecânica por ultrassons tem de ser customizada consoante a densidade do nanofiuidos e volume. Tendo isto em conta, a operação de ultrassons tem de ser controlada relativamente à energia por volume de fluido, caso contrário para diferentes concentrações de nanotubos de carbono, i.e. diferentes densídades/viseosídade, a dispersão não será homogénea e o processo não será viável, Maís,. a operação de ultrassons tem de ser efectuada por uma sonda de baixa intensidade, caso contrário alguns danos podem ser induzidos na estrutura dos nanotubos de carbono. A amplitude da onde de ultrassons deve ser aproximadamente 17pm, Durante o processo de dispersão a temperatura tem de ser mantida constante. Para o caso de fluidos com elevada viscosidade, esta temperatura deve ser customizada de modo a alcançar uma viscosidade compreendida entre 0.001 a 0.04 Pa.s a 20"C (293 K). O conteúdo de nanotubos de carbono no fluido base e os parâmetros da operação de dispersão estão descritos na Tabela 1.
Tabela 2 - Parâmetros da operação de ultrassons
[0089] O nanoflusdos NF30EG é composto por nanotubos de carbono de múltipla parede D50L10 numa mistura de 30% em volume de etileno glicoi e 70% em volume de água. Os nanotubos de carbono são dispersos na mistura etileno glicol/água através de agitação mecânica como descrito anteriormente e ilustrado na Fig. 2. Este processo energético tem de ser controlado com precisão, caso contrario os nanotubos de carbono podem não estar homogeneamente dispersos e estar danificados. A velocidade de propagação das ondas de ultrassons depende do meio envolvente, pois diferentes densidades iram afectar a velocidade de propagação das ondas. Desta forma, a operação de agitação mecânica por ultrassons tem de ser customizada consoante a densidade do nanofluídos e volume. Tendo isto em conta, a operação de ultrassons tem de ser controlada relatívamente à energia por volume de fluido, caso contrario para diferentes concentrações de nanotubos de carbono, i.e. diferentes densidades/viscosidade, a dispersão não será homogénea e o processo não será víávei. Mais, a operação de ultrassons tem de ser efectuada por uma sonda de baixa intensidade, caso contrario alguns danos podem ser induzidos na estrutura dos nanotubos de carbono. A amplitude da onde de ultrassons deve ser aproximadamente 17pm. Durante o processo de dispersão a temperatura tem de ser mantida constante. Para o caso de fluídos com elevada viscosidade, esta temperatura devem ser customizada de modo a alcançar uma viscosidade compreendida entre 0.001 a 0.04 Pa.s a 20T (293 K). O conteúdo de nanotubos de carbono no fluido base e os parâmetros da operação de dispersão estão descritos na Tabela 1,
Tabela 2 - Parâmetros da operação de ultrassons
[0090] De seguida, os nanofluídos NF30EG serão sujeitos a uma caracterização completa, tais corno as propriedades térmicas e de estabilidade, anteriormente descritas. Na Tabela 2, está representada a fração volúmica de nanotubos de carbono (%vol), a densidade (ρ), o calor especifico (cP), viscosidade (μ), condutividade térmica {k), potencial Zeta (Zeta) e o tempo de vida útil. Todas estas medições foram efectuadas a 2Q°C {293 K)
Tabela 2 - Propriedades térmicas e resultados de estabilidade
[009Xj Na Tabela 3, está representado a percentagem do rácio das propriedades térmicas, relativamente ao fluído base. A variação máxima registada em todas as propriedades térmicas foi obtida para uma fração volúmíca de 0,015 {1.5% vol,}, a condutividade térmica e a viscosidade relativa aumentaram 18,5 e 91,77%, respectivamente; o calor específico diminuiu 4.33%. De acordo com a presente ínvençãO), a produção de nanofluídos como pequenas concentrações de nanotubos de carbono, resulta num aumento significativo das suas propriedades térmicas.
Tabela 3 - Variação das propriedades térmicas em relação-a-diferentes-concentrações de nanotubos de carbono
[0090] De seguida, os nanofluidos NF30EG serão sujeitos a urna caracterização completa, tais como as propriedades térmicas e de estabilidade, anteriormente descritas. Na Tabela 2, está representada a fração volúmica de nanotubos de carbono {%voi}, a densidade (p), o calor especifico (ePj, viscosidade (μ), condutividade térmica {k}., potencial Zeta (Zeta) e o tempo de vida útil. Todas estas medições foram efectuadas a 20*C (293 K)
Tabela 2 - Propriedades térmicas e resultados de estabilidade
[0091] Na Tabela 3, esta representado a percentagem do rácío das propriedades térmicas, reiativamente ao fluido base. A variação máxima registada em todas as propriedades térmicas foi obtida para uma fração volúmica de 0.015 {1.5% vol.}, a condutividade térmica e a viscosidade relativa aumentaram 18,5 e 91.77%, respectivamente; o caíor especifico diminuiu 4.33%. De acordo com a presente invenção, a produção de nanofluidos como pequenas concentrações de nanotubos de carbono, resulta num aumento significativo das suas propriedades térmicas.
Tabela 3 ··· Variação das propriedades térmicas em relação a diferentes concentrações de nanotubos de carbono
Exemplo 2 - Produção e composição dos nanofluídos (NFGOEG) (00921 Os nanofluídos NF60EG são compostos através da dispersão de nanotubos de carbono de múltiplas paredes numa mistura de 60 % em volume de etilen© glicoi e 4Ó5& em volume de água. Os nanotubos de carbono são dispersos na mistura de etileno gíícol/água por meios de agitação mecânica como descrito anteriormente e representado na Fíg. 2.
[0093] Este processo energético tem de ser controlado com precisão, caso contrário os nanotubos de carbono podem não estar homogeneamente dispersos e estar danificados. A velocidade de propagação das ondas de ultrassons depende do meio envolvente, pois diferentes densidades irão afectar a velocidade de propagação das ondas. Desta forma, a operação de agitação mecânica por ultrassons tem de ser customizada consoante a densidade dos nanofluídos e volume. Tendo isto em conta, a operação de ultrassons tem de ser controlada relativamente à energia por volume de fluído, caso contrário para diferentes concentrações de nanotubos de carbono, i.e. diferentes densidades/viscosidade, a dispersão não será homogénea e o processo não será viável, como por exemplo através da aplicação de uma energia de ultrassons entre 100-250 J/ml; preferencialmente 200 - 300 J/ml. Mais, a operação de ultrassons tem de ser efectuada por uma sonda de baixa intensidade, caso contrário aíguns danos podem ser induzidos na estrutura dos nanotubos de carbono. A amplitude da onde de ultrassons deve ser aproximadamente 17pm, Durante o processo de dispersão a temperatura tem de ser mantida constante. Para o caso de fluidos com elevada viscosidade, esta temperatura deve ser customizada de modo a alcançar uma viscosidade compreendida entre 0.001 a 0.04 Pa.s a 20“C (293 K). O conteúdo de nanotubos de carbono no fluido base e os parâmetros da operação de dispersão estão descritos na Tabela 4.
Tabela 4 - Parâmetros da operação de ultrassons
Exemplo 2 - Produção e composição dos nanofíuídos (NF60EG) [0092] Os nanofíuídos NF60EG são compostos através da dispersão de nanotubos de carbono de múltiplas paredes numa mistura de 60 % em volume de etileno glícoi e 40% em volume de água. Os nanotubos de carbono são dispersos na mistura de etileno glícol/ãgua por meios de agitação mecânica como descrito anteriormente e representado na Fíg, 2, [0093] Este processo energético tem de ser controlado com precisão* caso contrario os nanotubos de carbono podem não estar homogeneamente dispersos e estar danificados. A velocidade de propagação das ondas de ultrassons depende do meio envolvente, pois diferentes densidades iram afectar a velocidade de propagação das ondas,. Desta forma, a operação de agitação mecânica por ultrassons tem de ser customizada consoante a densidade do nanofíuídos e volume; Tendo isto em conta, a operação de ultrassons tem de ser controlada relativamente ã energia por volume de fluido, caso contrano para diferentes concentrações de nanotubos de carbono, i.e. diferentes densidades/víscosídade, a dispersão não será homogénea e o processo não será viável, como por exemplo através da aplicação de uma energia de ultrassons entre 100 - 250 J/ml; preferencialmente 200-300 J/ml, Mais, a operação de ultrassons tem de ser efectuada por uma sonda de baixa intensidade, caso contrario alguns danos podem ser induzidos na estrutura dos nanotubos de carbono. A amplitude da onde de ultrassons deve ser aproximadamente 17pm. Durante o processo de dispersão a temperatura tem de ser mantida constante. Para o caso de fluidos com elevada viscosidade, esta temperatura devem ser customizada de modo a alcançar uma viscosidade compreendida entre 0.001 a 0.04 Pa.s a 2GT {293 K). O conteúdo de
[0094] De seguida, os nanofluídos NF6ÔEG serão sujeitos a uma caracterização completa em termos de propriedades térmicas e de estabilidade, como anteriormente descrito. Na Tabela 2, está representada a fração volúmica de nanotubos de carbono (%voí), a densidade (p), o calor específico (eP), viscosidade (μ), condutivídade térmica (k), potencial 2eta (2eta) e o tempo de vida útil proteção térmica. Todas estas medições foram efectuadasa 20°C (293 K)
Tabela 5 - Propriedades térmicas e de estabilidade
nanotubos de carbono no fluido base e os parâmetros da operação de dispersão estão descritos na Tabela 4.
Tabela 4^- Parâmetros da operação de ultrassons
[0094] De seguida, os nanoffuídos NF60EG serão sujeitos a uma caracterização completa em termos de propriedades térmicas e de estabilidade, como anteriormente descrito, Na Tabela 2, está representada a fração volúmica de nanotubos de carbono (%vol), a densidade (p), o calor específico (cP), viscosidade (μ), condutivídade térmica (k), potencial Zeta (Zeta) e o tempo de vida útil proteção térmica. Todas estas medições foram efectuadas a 2Q“C (293 K)
Tabela 5 - Propriedades térmicas e de estabilidade
{0095] Na Tabela 6, esta representado a percentagem do rada das propriedades térmicas, relativamente ao fluido base. A variação máxima registada em todas as propriedades térmicas foi obtida para uma fração voiúmíca de 0.015 (1.5% vo!.}, a condutívidade térmica e a viscosidade relativa aumentaram 16.2 e 266.22% respectivarnente; o calor especifico diminuiu 434%. De acordo com a presente invenção, a produção de nanofiuídos como pequenas concentrações de nanotubos de carbono, resulta num aumento significativo das suas propriedades térmicas
Tabela 6 - Variação das propriedades térmicas versus a fração voJúmica de nanotubos de carbono (CNT}
Tabela 7 - Tempo de vicia útil dos nanofluídos à de carbono da presente invenção
{£)095] Na Tabeía 6, esta representado a percentagem do rácío das propriedades térmicas, relativamente ao fluido base. A variação máxima registada em todas as propriedades térmicas foi obtida para uma fração voiúmiçâ de 0.015 (1.5% ναϋ, a condutividade térmica e a viscosidade relativa aumentaram 16.2 e 266.22%, respectívamente; o calor especifico diminuiu 4.34%. De acordo com a presente invenção, a produção de na n of tu idos como pequenas concentrações de nanotiibos de carbono, resulta num aumento significativo das suas propriedades térmicas
Tabela 6 -Variação das propriedades térmicas versus a fração volúmica de nanotubos de carbono
Tabela 7 - Tempo de vida utií dos nanoffuídos à de carbono da presente invenção
Tabela 8 - Tempo de vida útil dos nanofluídos à de carbono da presente invenção
Tabela S - Tempo de vida útil dos nanofluídos á de carbono da presente invenção
[0096] A presente invenção não deve ser vista de qualquer maneira como restringida aos exemplos de realização descritos e um especialista na arte irá prever muitas possibilidades de modificação. |0097] Os exemplos de realização descritos anteriormente são combináveis. As revindicações seguintes irão proporcionar mais exemplos de realização para esta invenção.
[0096] A presente invenção não deve ser vista de qualquer maneira como restringida aos exemplos de realização descritos e um especialista na arte irá prever muitas possibilidades de modificação.
[0097] Os exemplos de realização descritos ante dormente são combináveis. As revíndícações seguintes irão proporcionar maís exempios de realização para esta invenção.
Claims (16)
1. Um nanofluido estável obtido através da aplicação de uma corrente de ultrassons até 250 J/ml compreendendo uma matriz fluidica polar e uma pluralidade de nanopartiçulas de carbono, onde até 8% {Vnanoparticuias rafbono/Vnanoftuicio} de nanopartiçulas de carbono as quais contêm na sua estrutura ligações a um grupo reativo selecionado da seguinte lista: grupo carboxíiíco, grupo bidroxílo> grupo carboriilo, grupos éster e combinações entre eles; onde o rácio do grupo reativo não pode ser menos que 10%; onde a viscosidade de um nanofluido à base de carbono está entre 0.001 - 0.04 Pa.s a 20aC; mais preferencialmente 0.002 - 0.0204 Pa.s a 20°C; onde o nanofluido tem um tempo de vida útil longo.
1. A stable carbon nanofluid obtainable by the application of a ultrasonic current up to 250 J/ml comprising a polar matrix fluid and a plurality of carbon nanoparticles, wherein up to 8% (vcarbon nanoparticies/vnanofiuid) of the carbon nanoparticles comprise a reactive group selected from the following list: carboxylic acid group, hydroxyl group, carbonyl group, ester groups and combinations thereof; wherein the reactive group ratio is not less than 10 %; wherein the viscosity of the stable carbon nanofluid is between 0.001-0.04 Pa.s at 20 °C; preferably 0.002 - 0.0204 Pa.s at 20 °C; wherein said nanofluid has a long-term stability.
1. Um nanofluído estável caracterizado por ser obtido através da aplicação de uma corrente de ultrassons até 250 J/ml compreendendo uma matriz fiuídíca polar e uma pluralidade de nanopartlculas de carbono, onde até 8% (vnantípaitioitasfafbono/vnanoflukJo} de nanopartícuías de carbono as quais contêm na sua estrutura ligações a um grupo reativo selecionado da seguinte lista: grupo carboxíilco, grupo hidroxiio, grupo carbonílo, grupos éster e combinações entre eles; onde o rácío do grupo reativo não pode ser menos que 10%; onde a viscosidade de um nanofluído à base de carbono está entre 0,001 - 0.04 Pa,s a 20X; mats preferenciaímente 0.002 - 0.0204 Pa.s a 2GX; onde o nanofluído tem um tempo de vida útil longo,
2. Um nanofluido estável de acordo com a revtndicação anterior, onde um tempo de vida útil longo é mais do que 1 ano, preferencialmente 2 anos e mats preferencíaimente 5 anos.
2. Stable carbon nanofluid according to the previous claim wherein the long-term stability is more than 1 year, preferably more than 2 years, more preferably 5 years.
2. Um nanofluído estável de acordo com a revindicação anterior caracterizado por ter um tempo de vida útil longo superior a X ano, preferencialmente 2 anos e mats preferenciaímente 5 anos.
3. Um nanofluido estável de acordo com as revindícações anteriores obtido através da aplicação de uma energia sobre a forma de ultrassons entre 100-250 J/ml: preferencialmente 200 - 300 J/ml.
3. Stable carbon nanofluid according to the previous claims obtainable by the application of an ultrasonic energy between 100-250 J/ml; preferably 200-300 J/ml.
3. Um nanofluído estável de acordo com as revindicações anteriores caracterizado por ser obtido através da aplicação de uma energia sobre a forma de ultrassons entre 100 — 2S0 J/ml: preferenciaímente 200 - 300 J/ml.
4. Um nanofluido estável de acordo com as revindícações anteriores onde a viscosidade de um nanofluido estável á base de carbono fica entre 0.001 - 0.040 Pa.s a 20T; preferencialmente 0.002 a 0.021 Pa.s a 20 °C.
4. Stable carbon nanofluid according to the previous claims wherein the viscosity of the stable carbon nanofluid is between 0.001-0.040 Pa.s at 20 °C; preferably 0.002 to 0.021 Pa.s at 20 °C.
4. Um nanofluído estáve! de acordo com as revindicações anteriores caracterizado por uma viscosidade entre 0.001 - 0.040 Pa.s a 20X; preferenciaímente 0.002 a 0.021 Pã.s a 20 X.
5. Um nanofluido estável de acordo com as revindícações anteriores compreende até 6% em volume {vn3:,oparticutas c3fbono/vfií.r,r,ftui<jo} de nanopartiçulas de carbono, preferencialmente até 4% em volume {Voanoparfei^ rarhono/vna^fiuicio} de nanopartiçulas de carbono, e mais preferencíaimente até 2% em volume (Vnaoopartieuias tarbtmo/vnanofíuiíio) de nanopartiçulas de carbono.
5. Stable carbon nanofluid according to the previous claims comprising up to 6% (Vcarbon nanoparticles/Vnanofluid) Of Carbon nanoparticles, preferably up to 4% (Vcarbon nanoparticles/Vnanoflui d) of carbon nanoparticles, more preferably up to 2% (vcarbon nanoparticles/Vnanofluid) of carbon nanoparticles. REIVINDICAÇÕES
5. Um nanofluído estável de acordo com as revindicações anteriores caracterizado por compreender até 6% em volume {Vnanop3.t<«<i;.s tarbOiio/VrtsiuVluitio) de nanopartícuías de carbono, preferenciaímente até 4% em volume (Vnanoparticuis?, c.Kbíwo/vn.wcriuííío) de nanopartícuías de carbono, e mats preferenciaímente até 2% em volume (vnanoparttcuiastarbono/vnapoftpido) de nanopartícuías de carbono. CLAIMS
6. Stable carbon nanofluid according to the previous claims wherein the carbon nanoparticles are spherical, tubular, simple sheet, single walled, double walled, multi walled or combinations thereof.
6. Um nanofíuído estàve! de acordo com as revindicates anteriores earacterízado por as nanoparticuias de carbono terem geometrias esféricas, tubulares, em folha simples, com parede única, parede dupla, múltiplas paredes ou combinações entre elas.
7. Stable carbon nanofluid produced according to the previous claims 1 wherein the reactive group ratio attached in the carbon nanoparticle surface is at least 10 % higher than the bulk carbon nanoparticles, preferably up to 20% of the carbon nanoparticle, more preferably up to 15% higher of the bulk carbon nanoparticle.
7. Urn nanofíuido estável de acordo com as revindicações anteriores 1 onde o râcío do grupo reativo ligado a superfície das nanoparticulas de carbono é pelo menos 10% superior comparativarnente às nanoparticulas de carbono em bruto, preferencialmente até 20% das nanoparticulas de carbono e mais preferenciaimente até 15% superior as das nanoparticulas de carbono em bruto.
7. Um nanofíuído estável de acordo com as revíndícações anteriores caracterízado por o rácio do grupo reativo ligado a superfície das nanoparticuias de carbono ser pelo menos 10% superior comparativamente às nanoparticuias de carbono em bruto, preferencíalmente até 20% das nanoparticuias de carbono e mais preferencíalmente até 15% superior as das nanoparticuias de carbono em bruto.
8. Stable carbon nanofluid according to the previous claims wherein the polar matrix fluid is selected from the following list: acetaldehyde, acetic acid, acetone, acetonitrile, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2-butoxyethanol, butyric acid, diethanolamine, diethylenetriamine, dimethyformamide, dimethoxyethane, dimethyl sulfoxide, 1,4-dioxane, ethanol, ethylamine, ethylene glycol, formic acid, furfuryl alcohol, glycerol, methanol, methyl diethanolamine, methyl isocyanide, 1-propanol, 1,3-propanediol, 1,5-pentanediol, 2-propanol, propanoic acid, propylene glycol, pyridine, tetrahydrofuran, triethylene glycol, water, combinations thereof.
8. Um nanofíuido estivei de acordo com as revindicações anteriores onde a matriz fluídica polar é selecionada da seguinte lista: Acetalde, acido acifico, acetona, acetonitrilo, 1,2-butanodiol, 1,3-butanodiol, 1,4-butanodioi, 2-butoxietanol, acido butirico, dietanolamína, dietilenotriamina, dimetilformamida, dimetoxietano, dimetii suifóxido, 1,4-dioxano , Etanol, etilamína, etileno glicol, acido formico, álcool furfilico, gficeroí, metanol, metii dietanolamína, isocianeto de metilo, 1-propanol, 1,3-propanodiol, 1,5- pentanodiol, 2-propanoi, acido praponico, propilenoglícol, Piridína, tetra-hidrofurano, trietileno glicol, água e combinações entre eles.
8. Um nanofíuido estável de acordo com as revindicates anteriores onde as nanoparticulas de carbono têm geometrias esféricas, tubulares, em folha simples, com parede única, parede dupla, múltiplas paredes ou combinações entre elas.
8. Um nanofíuído estável dé acordo com as revíndícações anteriores eafacterízado por a matriz fiuídica polar ser selecionada da seguinte lista: Acetaldeido, ácido acético, acetona, acetonitrilo, 1,2-butanodiol, 1,3-butanodiol, 1,4-butanodiol, 2-butoxietanol, ácido butírico, dietanolamina, dietilenotriamina, dimetílformamída, dimetoxíetano, dímetií sulfóxido, l,4 dioxano, Etanol, etíiamina, etiieno giicol, ácido fórmico, álcool furfurílico, glieeroí, metanol, metif dietanolamina, isocianeto de metilo, 1-propanol, l,3~propan©díal, 1,5-pentanodioí, 2-propanoi, ácido propanóíco, propíleno giicol, Pirídina, tetra-hidrofurano, tríetlleno giicol, água e combinações entre eles.
9. Stable carbon nanofluid according to the previous claims wherein the fluid is obtainable by the application of an ultrasonic energy comprising an amplitude of 17-25; preferably 19-24, more preferably 20-22.
9. Um nanofíuido estável de acordo com as revindicações anteriores onde o nanofíuido é obtido através da aplicação de energia sobre a forma de ultrassons compreendendo uma amplitude de 17-25, preferencialmente 19-24 e mais preferenciaimente 20-22.
9. Um nanofíuído estável de acordo com as revindicaçòes anteriores caracterízado por ser obtido através da aplicação de energia sobre a forma de ultrassons compreendendo uma amplitude de 17-25, preferencíalmente 19-24 e mais preferencialmente 20-22.
10. Stable carbon nanofluid according to the previous claims wherein the fluid is obtainable by the application of an ultrasonic energy comprising a frequency of 17-25 Hz; more preferably 18-20 Hz.
10. Um nanofíuido estivei de acordo com as revindicações anteriores onde o fluido é obtido através da aplicação de uma energia sobre a forma de ultrassons com uma frequência de 17-25 Hz, mais preferenciaimente 18-20 Hz.
10. Um nanofíuído estável de acordo com as revíndícações anteriores caracterízado por o fluido ser obtido através da aplicação de uma energia sobre a forma de ultrassons com uma frequência de 17-25 Hz, mais preferencialmente 18-20 Hz.
11. An electric conductive layer, an additive agent, a heat transfer fluid, a printing ink, a paint, a protective coating comprising the stable carbon nanofluid according to any one of the previous claims.
11. Uma camada eíectrieamente condutora, um agende aditivo, um fluido de transferência de calor, uma tinta de impressão, uma tinta, um revestimento protetor compreendendo um nanofíuido de carbono estável de acordo com as revindicações anteriores.
11. Uma camada electricamente condutora, um agente aditivo, um fluido de transferência de calor, uma tinta de impressão, uma tinta, um revestimento protetor caracterízado por compreender um nanofíuído de carbono estável de acordo com as revíndícações anteriores.
12. Um método para a preparação de um nanofluido de carbono estáveí compreendendo os seguintes passos; selecionar uma pluralidade de nanoparticulas de carbono; a fundonalização da superfície das nanoparticulas de carbono com um grupo reativo selecionado da seguinte lista; grupo carboxíilco, um grupo htdroxilo, um grupo earboníio, grupos éster ou combinações de grupos; dispersar a pluralidade de nanoparticulas de carbono funcionalizadas numa matriz fluidica polar; submeter a mistura a um processo de dispersão por ultrassons 13.0 método descrito na revindicação 12 onde o processo de fundonalização das nanoparticulas de carbono compreende a adição de um ácido forte ou de um oxidante forte ou por plasma reativo. 14.0 método de acordo com a revindicação 12-13 onde o processo de fundonalização das nanoparticulas de carbono é efectuado através do aquecimento da mistura de nanoparticulas de carbono com os ácidos fortes a 13CTC durante 30 minutos.
12, Um método para a preparação de uni nanofluído de carbono estive! caracterizado por compreender os seguintes passos: selecionar uma pluralidade de nanopartícuias de carbono; a funcionaíízação da superfície das nanopartícuias de carbono com um grupo reativo selecionado da seguinte lista: grupo carhoxilico, um grupo hidroxilo, um grupo carboniio, grupos éster ou combinações de grupos; dispersar a pluralidade de nanopartícuias de carbono funcionaiizadas numa matriz fíuídica polar; submeter a mistura a um processo de dispersão por ultrassons 13.0 método descrito na revindicaçâo 12 caracterizado por o processo de fundonalkação das nanopartícuias de carbono compreender a adição de um ácido forte ou de um oxidants forte ou por plasma reativo, 14.0 método de acordo com as revlndícaçoes 12-13 caracterizado por o processo de funcionaiízação das nanopartícuias de carbono ser efectuado através do aquecimento da mistura de nanopartícuias de carbono com os ácidos fortes a 130°£ durante 30 minutos.
15. G método de acordo com as revindicates 12-14 caracterizado por o ácido forte ser HNGi, HzSCk, HCiQs, H.CÍQ*, ou combinações entre eles.
16. O método de acordo com a revlndlcação 13 caracterizado por um oxidante forte ser o KMnCU, Os, ou misturas entre eles, Aveiro, 7 de junho de 2017 functionalizing the carbon nanoparticle surface with a reactive group selected from the following list: carboxylic acid group, hydroxyl group, carbonyl group, ester groups and combinations thereof; dispersing the plurality of carbon functionalized nanoparticles in a polar matrix fluid; submitting the dispersed mixture to an ultrasonication.
12. A method for preparing a stable carbon nanofluid comprising the following steps: selecting a plurality of carbon nanoparticles;
13. Method according to claim 12 wherein the carbon nanoparticle functionalization comprises adding a strong acid or a strong oxidant or a reactive plasma.
14. Method according to claim 12-13 wherein the carbon nanoparticle functionalization is carried out by heating the mixture of carbon nanoparticle and strong acid at 130 °C for 30 minutes.
15. Method according to claims 12-14 wherein the strong acid is HNO3, H2SO4, HCIO3, HCIO4, or mixtures thereof.
16. Method according to claim 13 wherein the strong oxidant is KMnCU, O3, or mixtures thereof.
15. O método de acordo com as revindicações 12-14 onde o acido forte é HNO3.. H2SO4, HCIO3, HCIO4, ou combinações entre eles.
16.0 método de acordo com a revindicação 13 onde um oxidante forte é o KMnCb, O3, ou misturas entre eles.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PT109249A PT109249A (pt) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Nanofluidos de carbono estáveis, método de preparação e possíveis aplicações |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PT109249A PT109249A (pt) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Nanofluidos de carbono estáveis, método de preparação e possíveis aplicações |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PT109249A true PT109249A (pt) | 2017-09-18 |
Family
ID=60083706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PT109249A PT109249A (pt) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Nanofluidos de carbono estáveis, método de preparação e possíveis aplicações |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PT (1) | PT109249A (pt) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220185730A1 (en) * | 2019-03-12 | 2022-06-16 | H Quest Vanguard, Inc. | Nanocarbon material and applications of nanocarbon material |
-
2016
- 2016-03-17 PT PT109249A patent/PT109249A/pt unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220185730A1 (en) * | 2019-03-12 | 2022-06-16 | H Quest Vanguard, Inc. | Nanocarbon material and applications of nanocarbon material |
| US12365625B2 (en) * | 2019-03-12 | 2025-07-22 | H Quest Vanguard, Inc. | Nanocarbon material and applications of nanocarbon material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Effect of graphene liquid crystal on dielectric properties of polydimethylsiloxane nanocomposites | |
| Akuzum et al. | Rheological characteristics of 2D titanium carbide (MXene) dispersions: a guide for processing MXenes | |
| Oliva-Avilés et al. | Dynamics of carbon nanotube alignment by electric fields | |
| Inam et al. | Dimethylformamide: an effective dispersant for making ceramic–carbon nanotube composites | |
| Yan et al. | Smart self-healing coating based on the highly dispersed silica/carbon nanotube nanomaterial for corrosion protection of steel | |
| Ma et al. | Correlation between electrokinetic potential, dispersibility, surface chemistry and energy of carbon nanotubes | |
| Ervina et al. | Colloidal stability of water-based carbon nanotube suspensions in electrophoretic deposition process: Effect of applied voltage and deposition time | |
| Battisti et al. | Monitoring dispersion of carbon nanotubes in a thermosetting polyester resin | |
| KR102154790B1 (ko) | 높은 탄소 나노튜브 함량 유체 | |
| He et al. | The preparation and electrorheological behavior of bowl-like titanium oxide nanoparticles | |
| Ribeiro et al. | Silica nanoparticles surface charge modulation of the electroactive phase content and physical-chemical properties of poly (vinylidene fluoride) nanocomposites | |
| JP2013147367A (ja) | 修飾カーボンナノフィラーの製造方法 | |
| KR20180019608A (ko) | 전자기 및 센서 응용을 위한 그래핀 함유의 수성 압저항 전도성 고분자 도료 | |
| Ioni et al. | Synthesis of Al2O3 nanoparticles for their subsequent use as fillers of polymer composite materials | |
| Ivanov et al. | Rheological behavior of graphene/epoxy nanodispersions | |
| US12288884B2 (en) | Dispersion of small scale materials via cavitation | |
| Dimou et al. | In situ control of graphene oxide dispersions with a small impedance sensor | |
| PT109249A (pt) | Nanofluidos de carbono estáveis, método de preparação e possíveis aplicações | |
| Bomboi et al. | Lysozyme binds onto functionalized carbon nanotubes | |
| Lee et al. | Effects of silica nanoparticles on copper nanowire dispersions in aqueous PVA solutions | |
| Lee et al. | Additive Manufacturing of Energy Materials Using Self‐Assembled Graphene Oxide and Printable Resin | |
| Kuziel et al. | Biomimetically inspired highly homogeneous hydrophilization of graphene with poly (L-DOPA): toward electroconductive coatings from water-processable paints | |
| Kim et al. | Effects of dispersion state on rheological and electrical characteristics of concentrated multiwalled carbon nanotube suspensions | |
| Talebi et al. | Evaluation of thermal energy storage of phase change materials based on polyethylene glycol core and thermal conductive polystyrene shell for heat transfer fluid applications | |
| Abreu et al. | On the assessment of viscosity variability by nanofluid engineering: a review |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Laying open of patent application |
Effective date: 20170627 |