Magnetische nanofluïden, een mengsel van magnetische nanodeeltjes in een vloeistof, hebben de afgelopen jaren veel belangstelling getrokken voor hun toepassing in verschillende technologieën, variërend van warmtegeleiding tot smering. Het gebruik van magnetische vloeistoffen in tribologische systemen is veelbelovend vanwege hun unieke eigenschap om te reageren op magnetische velden. Dit maakt ze bijzonder nuttig in toepassingen zoals lagers, afdichtingen en andere mechanische systemen die voordelen kunnen halen uit gecontroleerde veranderingen in viscositeit en thermische geleidbaarheid onder invloed van magnetische velden.

De thermische geleidbaarheid van magnetische nanofluïden wordt beïnvloed door verschillende factoren, waaronder de concentratie van nanodeeltjes, de aard van de gebruikte vloeistof en de aanwezigheid van externe magnetische velden. Onder invloed van magnetische velden kunnen de nanodeeltjes in de vloeistof zich uitlijnen, wat de thermische geleidbaarheid verhoogt. Dit fenomeen wordt vaak verklaard door de anisotropie van de thermische geleidbaarheid, waarbij de uitlijning van de nanodeeltjes langs de richting van het magnetische veld de warmteoverdracht vergemakkelijkt.

Onderzoek heeft aangetoond dat de thermische geleidbaarheid van ferrofluïden, bijvoorbeeld Fe3O4 en andere ferro-oxide nanodeeltjes, aanzienlijk kan worden verhoogd wanneer ze worden blootgesteld aan magnetische velden. In een experiment van Chinnasamy et al. (2023) werd bijvoorbeeld de verhoging van de thermische geleidbaarheid in Fe3O4 en multiwandige koolstofnanobuis (MWCNT) nanofluïden geanalyseerd, waarbij de toepassing van een magnetisch veld de warmteoverdracht verbeterde. Dergelijke bevindingen zijn belangrijk voor het ontwikkelen van efficiëntere koelmethoden in diverse industriële toepassingen, zoals elektronica en werktuigmachines.

De stabiliteit van magnetische nanofluïden is een andere kritische factor die de prestaties beïnvloedt. Het gebruik van oppervlakte-actieve stoffen kan helpen de stabiliteit van de vloeistof te verbeteren door agglomeratie van de nanodeeltjes te voorkomen. Dit werd onderzocht door Lei et al. (2022), die aangaven dat de aanwezigheid van surfactanten in Fe3O4 nanofluïden de stabiliteit, reologische eigenschappen en thermische geleidbaarheid aanzienlijk verbetert. Een dergelijke stabiliteit is essentieel voor het langdurige gebruik van magnetische nanofluïden in tribologische toepassingen, zoals lagers en afdichtingen, waar consistente prestaties vereist zijn.

Het vermogen van magnetische nanofluïden om hun eigenschappen te veranderen onder invloed van een magnetisch veld biedt ook mogelijkheden voor het ontwikkelen van nieuwe systemen voor smering en afdichting. In de traditionele benadering van smering worden conventionele vloeistoffen gebruikt, maar deze kunnen leiden tot hoge kosten en milieuproblemen door de noodzaak van afvalverwerking en het gebruik van schadelijke chemicaliën. Magnetische nanofluïden bieden een veelbelovend alternatief door hun vermogen om de viscositeit aan te passen in reactie op een magnetisch veld, wat kan helpen om de wrijving en slijtage in tribologische systemen te verminderen. Daarnaast kan het gebruik van magnetische vloeistoffen helpen bij het ontwerp van niet-contact mechanische afdichtingen, waarbij de vloeistof in staat is om de belasting van de lagers te reguleren, zoals geïllustreerd door Fan et al. (2016).

Het belangrijkste voordeel van magnetische nanofluïden in deze context is hun vermogen om snel en gecontroleerd de vloeistofeigenschappen aan te passen door de magnetische veldsterkte te variëren. Dit maakt ze uiterst flexibel in toepassingen waar precisie en controle over de smeereigenschappen cruciaal zijn, zoals in hybride energieproductie of geavanceerde productiemethoden.

Hoewel magnetische nanofluïden aanzienlijke voordelen bieden, blijven er uitdagingen bestaan. De productie van deze vloeistoffen moet kosteneffectief en schaalbaar zijn om ze commercieel haalbaar te maken voor massale toepassingen. Bovendien moeten de langetermijneffecten van het gebruik van magnetische nanofluïden op apparatuur en het milieu verder worden onderzocht om te zorgen voor een verantwoorde implementatie in industriële processen.

Een ander belangrijk aspect is de effectiviteit van magnetische nanofluïden in verschillende tribologische systemen, zoals lagers en afdichtingen, en de impact van magnetische velden op de prestaties van deze systemen. Hoewel de voordelen van magnetische nanofluïden in thermische geleidbaarheid en smeerprestaties duidelijk zijn, moet het gebruik van dergelijke vloeistoffen in complexere toepassingen verder worden geoptimaliseerd om ongewenste effecten, zoals verhoogde slijtage door magnetische deeltjes of verstoppingen, te voorkomen.

Hoe Biobased Antioxidanten de Thermische Stabiliteit en Oxidatieweerstand Verbeteren

Biologische antioxidanten spelen een cruciale rol in het verbeteren van de thermische stabiliteit en oxidatieweerstand van oliën en vetten. Dit is vooral belangrijk voor de toepassing in industriële en biobased systemen, waar het beschermen van materialen tegen oxidatie en vrije radicalen essentieel is. Het vermogen van deze antioxidanten om chemische energie op te nemen en vrije radicalen te neutraliseren, maakt ze een waardevolle toevoeging voor verschillende toepassingen, van smeermiddelen tot cosmetica.

De ontwikkeling van antioxidanten op basis van fenol en aromatische aminen is een interessante benadering om de thermische stabiliteit van deze verbindingen te verbeteren. Feng [147] gebruikte een intramoleculaire synergie om oxidatie-inhibitoren te ontwikkelen door biogebaseerd fenol te combineren met aromatische aminen. Dit werd bereikt door middel van de Mannich-condensatiereactie, die hydrocyanhydrine, aromatische aminen en polyformaldehyde omvatte. Het resultaat was de creatie van drie fenolamine-antioxidanten (BAs), die aanzienlijk hogere thermische stabiliteit vertoonden dan commerciële antioxidanten zoals BHT en DPA. In het bijzonder vertoonde BA1 een initiële afbraaktemperatuur die ongeveer 100°C hoger lag dan die van DPA. Deze verhoogde stabiliteit kan worden toegeschreven aan de grotere moleculaire massa van de BAs, de aanwezigheid van extra aromatische ringen en lange alkylketens (C15H31), evenals het intrinsieke verschil in thermische stabiliteit tussen fenol- en aniline-moleculen.

Verder werd door Zhao [148] een andere reeks biobased multifunctionele additieven (BMA1, BMA2, BMA3) ontwikkeld, die een gelijkaardige combinatie van biophenol en aromatische aminen in een enkele molecuulstructuur verenigen. Deze antioxidanten vertoonden uitstekende prestaties, waarbij de oxidatie-inductietijd (OIT) van verschillende oliën zoals koolzaadolie, kokosolie en epoxiderende sojaboonolie respectievelijk met factoren van 2,2, 14,0 en 32,0 werd verhoogd. In epoxiderende sojaboonolie was de antioxidantactiviteit van de BMAs zelfs veel effectiever dan de commerciële antioxidanten BHT en DPA, waarbij de activiteit van BMAs deze met respectievelijk factoren van 2 en 12 overtrof. De verhoogde thermische stabiliteit van de BMAs in vergelijking met de commerciële antioxidanten was opmerkelijk, waarbij BMA1 het meest stabiel was, met een temperatuur bij 5% gewichtsverlies (T5%) van 296°C – veel hoger dan die van BHT (103°C) en DPA (136°C).

Het succes van deze biobased antioxidanten is te danken aan de moleculaire structuur, die niet alleen hogere moleculaire gewichten bevat, maar ook de mogelijkheid biedt om intermoleculaire waterstofbruggen te vormen, wat bijdraagt aan hun verhoogde stabiliteit bij hogere temperaturen. Bovendien was de vrije radicalen scavenging-activiteit van BMA3 in staat om meer dan 90% van de vrije radicalen te neutraliseren, wat deze antioxidanten bijzonder effectief maakt voor toepassingen waarbij het neutraliseren van vrije radicalen essentieel is.

Een andere belangrijke benadering in het verbeteren van de oxidatieweerstand van oliën is het verbinden van fenol-eenheden om polyfenolische verbindingen te vormen. Jin [149] ontwikkelde twee polyfenol-antioxidanten, THA en PTP, die uitstekende thermische stabiliteit vertoonden. PTP had een superieure stabiliteit in vergelijking met THA, wat te maken had met de instabiliteit van de C–S binding in THA bij hoge temperaturen. Het ester-verbonden polyfenol antioxidant (PTP) handhaafde een stabielere moleculaire structuur bij verhoogde temperaturen, wat bijdroeg aan de verbeterde prestaties van de olie bij oxidatie.

De antioxidanten THA en PTP werden getest in ester-smeermiddelen, waarbij hun oxidatiebestendigheid werd gemeten. Beide stoffen vertoonden een superieure oxidatieweerstand ten opzichte van de basisolie zonder additieven, waarbij PTP een grotere weerstand toonde dan THA. De oxidatie-inductietijd (OIT) van PTP was met 12,3 minuten langer dan die van THA, wat duidt op de effectiviteit van PTP in het vertragen van oxidatieprocessen. De hogere hydroxylgroepgehalte in PTP wordt vaak gezien als een cruciale factor voor de verbetering van de antioxidantcapaciteit, aangezien verbindingen met meer hydroxylgroepen effectiever zijn in het neutraliseren van vrije radicalen.

De toepassing van deze antioxidanten gaat verder dan alleen het verbeteren van de thermische stabiliteit. Ze dragen ook bij aan de prestaties van smeermiddelen en olieproducten onder hogere temperaturen. Bijvoorbeeld, het toevoegen van PTP aan een basisolie verminderde de slijtage van het oppervlak met 22,91%, een aanzienlijke verbetering in vergelijking met de basisolie zonder additieven. Dit toont aan dat antioxidanten zoals PTP niet alleen de oxidatievertraging verbeteren, maar ook de wrijving kunnen verminderen en de slijtage kunnen beperken, wat resulteert in een langere levensduur van de smeermiddelen en een beter gebruik onder zware omstandigheden.

De integratie van dergelijke biobased antioxidanten biedt niet alleen milieuvoordelen, maar vergroot ook het potentieel voor toepassingen in de industrie, waar duurzame en efficiënte materialen steeds belangrijker worden. Door de moleculaire en chemische eigenschappen van deze additieven verder te begrijpen en te optimaliseren, kunnen ze bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe, ecologische producten die zowel technisch als commercieel rendabel zijn.

Hoe Nanodeeltjes en Groenteoliën de Smeringseigenschappen van Nikkelgebaseerde Legeringen Verbeteren

In industriële toepassingen, zoals het slijpen van nikkelgebaseerde legeringen zoals GH4169, wordt de keuze van smeermiddelen en koelvloeistoffen van cruciaal belang voor het behalen van optimale prestaties. Het gebruik van plantaardige oliën als smeermiddelen in dit proces heeft de afgelopen jaren aanzienlijke aandacht gekregen vanwege hun milieuvriendelijkheid en uitstekende smeringseigenschappen. Verschillende plantaardige oliën, zoals sojaolie, zonnebloemolie, palmolie en ricinusolie, zijn onderzocht vanwege hun vermogen om wrijving te verminderen, warmte af te voeren en de slijtage van gereedschappen te minimaliseren. De eigenschappen van deze oliën variëren echter sterk afhankelijk van hun moleculaire samenstelling, wat directe invloed heeft op hun tribologische prestaties.

Bij het testen van verschillende plantaardige oliën voor hun gebruik als smeermiddelen in de slijpindustrie, werd een verscheidenheid aan parameters geëvalueerd, waaronder de wrijvingscoëfficiënt, de specifieke slijpenergie, de slijpratio en de morfologie van het oppervlak. De resultaten wezen uit dat de smeerprestaties van de oliën volgens een bepaalde rangorde waren te prioriteren: maïsolie < koolzaadolie < sojaolie < zonnebloemolie < pindaolie < palmolie < ricinusolie. Dit verschil kan worden toegeschreven aan de verschillende moleculaire structuren van de vetzuren die in de oliën aanwezig zijn. Bijvoorbeeld, olie met een hoog gehalte aan meervoudig onverzadigde vetzuren zoals linolzuur en linoleenzuur vertoont minder oxidatiestabiliteit, wat resulteert in mindere tribologische prestaties, zoals gezien bij zonnebloemolie. Aan de andere kant bieden oliën die rijk zijn aan enkelvoudig onverzadigde vetzuren, zoals olijfolie en koolzaadolie, een hogere oxidatiestabiliteit, wat hun tribologische eigenschappen ten goede komt.

Een ander belangrijk aspect van plantaardige oliën is de aanwezigheid van verzadigde vetzuren, die bijdragen aan hogere viscositeit en verbeterde smeringseigenschappen. Hoewel deze oliën een grotere belasting kunnen verdragen in de snijzone, kan hun verhoogde viscositeit de warmteoverdracht belemmeren, wat kan leiden tot overmatige warmteaccumulatie en kwaliteitsverlies in het bewerkte oppervlak. Dit probleem kan worden verholpen door het toevoegen van nanopartikel-gebaseerde koelingsmiddelen, die de prestaties van plantaardige oliën verder kunnen verbeteren.

Het gebruik van nanodeeltjes in plantaardige oliën als smeringsmiddel heeft veelbelovende resultaten opgeleverd. Onderzoekers hebben aangetoond dat de toevoeging van nanodeeltjes zoals molybdeen-disulfide (MoS2) in plantaardige oliën zoals kokosnootolie, sesamolie en koolzaadolie de slijtage van gereedschappen kan verminderen en de algehele prestaties van het slijpproces kan verbeteren. Zo werd in experimenten met kokosnootolie en MoS2 een significante vermindering van gereedschapsslijtage waargenomen, wat resulteerde in een verbetering van de bewerkingskwaliteit. Dit maakt nano-versterkte plantaardige oliën een veelbelovend alternatief voor traditionele synthetische smeermiddelen, aangezien ze niet alleen superieure tribologische prestaties bieden, maar ook milieuvriendelijker zijn.

Het mengen van verschillende plantaardige oliën kan ook helpen om de tekortkomingen van individuele oliën te overwinnen. Bijvoorbeeld, de combinatie van ricinusolie met andere oliën zoals sojaolie kan leiden tot verbeterde smeringseigenschappen. In dergelijke mengsels kan de olie de voordelen van verschillende vetzuren combineren, wat resulteert in een verbeterde anti-slijtagecapaciteit en een betere afwerking van het werkstuk. Mengsels van oliën kunnen ook helpen de thermische stabiliteit te verbeteren en de neiging tot oxidatie te verminderen, wat essentieel is voor langdurig gebruik onder extreme slijpomstandigheden.

Bij de keuze van een geschikt smeermiddel is het belangrijk om zowel de koel- als smeringseisen van het proces te overwegen. Nanosmeermiddelen op basis van olie kunnen de interfaciale wrijving effectief beheersen, terwijl watergebaseerde varianten meer gericht zijn op het verminderen van wrijving. De selectie van de juiste basisolie is daarom essentieel om een balans te vinden tussen koeling, smering en het verminderen van oxidatie.

Naast de ontwikkeling van olie-gebaseerde biolubricanten, hebben onderzoekers ook de voordelen van het toevoegen van extreme druk (EP) additieven aan plantaardige oliën onderzocht. Deze additieven kunnen de antioxidanten in de olie versterken en de prestaties onder extreme druk verbeteren. Zo heeft het toevoegen van fosfor- en ammoniumpartikels aan zonnebloemolie of koolzaadolie de tribologische eigenschappen verbeterd en geleid tot een beter oppervlakresultaat.

In de praktijk is het daarom belangrijk dat ingenieurs en onderzoekers bij het ontwikkelen van biolubricanten rekening houden met de specifieke eisen van het slijpproces en de eigenschappen van de gebruikte oliën. Het combineren van verschillende oliën en het toevoegen van nanodeeltjes en EP-additieven kan de prestaties aanzienlijk verbeteren, de slijtage verminderen en de levensduur van gereedschappen verlengen, terwijl tegelijkertijd de milieubelasting wordt verminderd.

Hoe Religie en Waarheid Samenkomen in de Post-Waarheid Era
Hoe Politieke Schandalen Gender, Seksualiteit en Macht Vormgeven in de Amerikaanse Maatschappij
Wat maakt flavon- en chalconderivaten effectieve fotoinitiatoren voor 3D-printen?
Wat te doen als buitenaardse wezens de verkeerde plek kiezen?