Journal of Nanomaterials

Nanofluids, là các hệ chất lỏng có các hạt nano trong huyền phù, đã thể hiện nhiều tính chất thú vị, và các đặc điểm khác biệt mang lại tiềm năng chưa từng có cho nhiều ứng dụng. Bài viết này tổng hợp những tiến bộ gần đây trong nghiên cứu về nanofluids, bao gồm các phương pháp chuẩn bị, các phương pháp đánh giá độ ổn định của nanofluids, và các cách để cải thiện độ ổn định cho nanofluids, các cơ chế ổn định của nanofluids, đồng thời trình bày một loạt các ứng dụng hiện tại và trong tương lai trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm năng lượng cùng các lĩnh vực cơ khí và y sinh. Cuối cùng, bài viết xác định các cơ hội cho nghiên cứu trong tương lai.

Aerogel silica đã thu hút được rất nhiều sự quan tâm trong khoa học và công nghệ nhờ vào độ mật độ khối thấp (lên tới 95% thể tích của chúng là không khí), tính kỵ nước, độ dẫn nhiệt thấp, diện tích bề mặt cao và tính trong suốt quang học. Aerogel được tổng hợp từ các tiền chất phân tử thông qua quá trình sol-gel. Các kỹ thuật sấy đặc biệt phải được áp dụng để thay thế dung dịch trong các lỗ rỗng bằng không khí trong khi vẫn duy trì mạng lưới rắn. Sấy siêu tới hạn là phương pháp phổ biến nhất; tuy nhiên, các phương pháp mới phát triển gần đây cho phép loại bỏ dung dịch dưới áp suất khí quyển sau khi chỉnh sửa hóa học bề mặt bên trong của gel, chỉ để lại một mạng lưới silica rỗng đầy không khí. Do đó, với việc xem xét các tính chất bất ngờ của aerogel, bài đánh giá hiện tại đề cập đến tổng hợp aerogel silica bằng phương pháp sol-gel, cũng như các kỹ thuật sấy và ứng dụng trong phát triển công nghiệp hiện tại và nghiên cứu khoa học.

Điện xơ hóa là một kỹ thuật mới nổi nhanh chóng trong việc sản xuất sợi siêu mịn bằng cách tận dụng lực đẩy tĩnh điện. Kỹ thuật này đã thu hút nhiều sự chú ý do sự phát triển của công nghệ nano, điều này đã kích thích sự quan tâm nghiên cứu trên toàn cầu đối với vật liệu nano vì sự chuẩn bị và ứng dụng của chúng trong y sinh và phân phối thuốc. Điện xơ hóa là một kỹ thuật đơn giản, có thể điều chỉnh, tiết kiệm chi phí và linh hoạt trong việc sản xuất nanofiber. Để sử dụng kỹ thuật một cách hiệu quả và hiệu suất cao, một số tham số quy trình cần được tối ưu hóa để chế tạo nanofiber polymer. Hình thái, kích thước, độ xốp, diện tích bề mặt và địa hình của nanofiber có thể được tinh chỉnh bằng cách thay đổi các tham số này. Sự linh hoạt và đa dạng trong việc chế tạo nanofiber bằng điện xơ hóa đã mở rộng khả năng ứng dụng rộng rãi của nanofiber trong các lĩnh vực phân phối thuốc và gen, băng gạc vết thương và kỹ thuật mô. Nanofiber điện xơ hóa chứa thuốc đã được sử dụng trong cấy ghép, hệ thống xuyên da, băng gạc vết thương và như những thiết bị hỗ trợ ngăn ngừa dính bụng sau phẫu thuật và nhiễm trùng. Chúng cho thấy triển vọng lớn trong việc sử dụng cho phân phối thuốc, miễn là có thể kiểm soát đáng tin cậy các biến điều khiển trong quá trình chế tạo. Bài báo này cung cấp một cái nhìn ngắn gọn về ứng dụng của nanofiber điện xơ hóa trong phân phối thuốc và trích dẫn các tham số quy trình liên quan có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của nanofiber khi được áp dụng trong phân phối thuốc.

Công nghệ nanobio đang ngày càng trở nên quan trọng trong thời đại này nhờ vào khả năng điều chế kim loại thành kích thước nano, điều này làm thay đổi hiệu quả các tính chất hóa học, vật lý và quang học của chúng. Do đó, có sự chú ý đáng kể được dành cho việc phát triển các chiến lược mới trong việc tổng hợp các loại hạt nano khác nhau với thành phần và kích thước cụ thể bằng nguồn sinh học. Tuy nhiên, hầu hết các kỹ thuật hiện có đều tốn kém, gây hại cho môi trường và không hiệu quả về mặt vật liệu và năng lượng. Nhiều yếu tố như phương pháp tổng hợp, pH, nhiệt độ, áp suất, thời gian, kích thước hạt, kích thước lỗ, môi trường, và sự gần gũi đều ảnh hưởng lớn đến chất lượng và số lượng của các hạt nano được tổng hợp cũng như việc đặc trưng và ứng dụng của chúng. Ngoài ra, việc đặc trưng các hạt nano đã tổng hợp là rất cần thiết cho việc sử dụng tiềm năng của chúng trong các ứng dụng giao thuốc và y sinh khác nhau. Bài đánh giá hiện tại đã làm nổi bật các thông số khác nhau ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp hạt nano bằng công nghệ nanobio xanh và các kỹ thuật khác nhau được sử dụng để đặc trưng các hạt nano nhằm phục vụ cho ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực y sinh và môi trường.

Nanofluid đã nhận được sự chú ý lớn trong những năm gần đây nhờ khả năng sử dụng của chúng, không chỉ như một chất lỏng truyền nhiệt có tính chất nhiệt vật lý được nâng cao mà còn vì tầm quan trọng lớn của chúng trong các ứng dụng như vận chuyển thuốc và khai thác dầu. Tuy nhiên, vẫn còn một số thách thức cần phải giải quyết trước khi nanofluid có thể trở thành sản phẩm thương mại được chấp nhận. Những thách thức chính của nanofluid là độ ổn định và hiệu suất hoạt động của chúng. Độ ổn định của nanofluid là rất quan trọng để duy trì các tính chất nhiệt vật lý của chúng sau khi chế tạo trong một khoảng thời gian dài. Do đó, việc nâng cao độ ổn định của nanofluid và hiểu rõ hành vi của nanofluid là phần cần thiết trong chuỗi để thương mại hóa loại chất lỏng tiên tiến này. Trong bối cảnh này, mục tiêu của bài viết này là tóm tắt những tiến triển hiện tại trong nghiên cứu nanofluid, chẳng hạn như quy trình chế tạo, cơ chế đánh giá độ ổn định, quy trình nâng cao độ ổn định, các tính chất nhiệt vật lý của nanofluid và những thách thức thương mại hóa hiện tại. Cuối cùng, bài viết chỉ ra một số cơ hội nghiên cứu tiềm năng trong tương lai có thể thu hẹp khoảng cách giữa nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và thương mại hóa nanofluid.

Chúng tôi đã nghiên cứu ảnh hưởng của giá trị pH, nồng độ precursor (C), thời gian tăng trưởng và nhiệt độ đến hình thái của các cấu trúc nano oxit kẽm (ZnO). Giá trị pH của dung dịch khởi đầu được thay đổi từ 1.8 đến 12.5. Kết quả cho thấy giá trị pH cuối cùng đạt giá trị tự nhiên là 6.6 mà không phụ thuộc vào pH ban đầu của dung dịch. Nhiều cấu trúc ZnO với hình thái giống chân đạp bốn, giống hoa và giống nhím đã được thu nhận tại pH kiềm (từ 8 đến 12.5), trong khi đó đối với dung dịch có pH thấp hơn 8, các cấu trúc nano dạng que xuất hiện. Hơn nữa, chúng tôi cũng quan sát thấy sự xói mòn của các nanorods khi pH thấp hơn 4.6. Bằng cách thay đổi nồng độ, mật độ và kích thước cũng được điều chỉnh. Khi chuyển từ nồng độ cao (C>400 mM) xuống thấp hơn (C<25 mM)C, các cấu trúc nano ZnO nhận được đã thay đổi từ màng sang nanorods (NRs) và cuối cùng là nanowires (NWs). Ngoài ra, chúng tôi còn phát hiện rằng chiều dài và đường kính của ZnO NRs tuân theo mối quan hệ tuyến tính với thời gian lên đến 10 giờ, sau đó không có sự gia tăng nào được quan sát thấy. Cuối cùng, ảnh hưởng của nhiệt độ tăng trưởng được ghi nhận là có tác động đến tỷ lệ chiều cao.

Các hạt nano NiO với kích thước trung bình khoảng 25 nm đã được chuẩn bị thành công bằng phương pháp plasma hồ điện phân. Thành phần, hình thái, cấu trúc tinh thể vi mô, diện tích bề mặt riêng, phổ hồng ngoại và phân bố kích thước hạt của sản phẩm đã được phân tích bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và nhiễu xạ điện tử vùng chọn tương ứng (SAED), phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), và hấp phụ N₂ theo phương pháp Brunauer-Emmett-Teller (BET). Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng các hạt nano NiO có cấu trúc bcc với hình dạng cầu và phân tán tốt, phân bố kích thước hạt dao động từ 15 đến 45 nm với kích thước trung bình khoảng 25 nm, và diện tích bề mặt riêng là 33 m²/g. Dải hấp thụ hồng ngoại của các hạt nano NiO cho thấy sự dịch sang màu xanh so với hạt NiO khối.

Việc xả thải nước thải chưa qua xử lý từ các ngành công nghiệp và hộ gia đình dẫn đến sự phát tán các chất ô nhiễm độc hại vào môi trường nước. Các quy trình oxy hóa nâng cao (AOP) đã thu hút được sự chú ý rộng rãi nhờ triển vọng làm khoáng hóa hoàn toàn các chất hữu cơ không phân hủy sinh học thành các sản phẩm vô hại với môi trường thông qua quá trình oxy hóa hóa học. Đặc biệt, quang xúc tác dị thể đã cho thấy tiềm năng to lớn trong việc làm sạch và xử lý nước cho nhiều loại chất ô nhiễm, bao gồm các chất độc tự nhiên, thuốc trừ sâu và các chất gây hại khác. Trong công trình này, chúng tôi đã tổng hợp các kỹ thuật loại bỏ khác nhau đã được áp dụng cho việc làm sạch nước. Đặc biệt, ứng dụng của các vật liệu oxit hỗn hợp TiO₂‐SiO₂ trong xử lý nước thải sẽ được giải thích ở đây, và từ khảo sát tài liệu, rõ ràng là các vật liệu oxit hỗn hợp này có khả năng cải thiện trong việc loại bỏ nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau.

Việc sử dụng các nanocomposites graphene trong các ứng dụng tiên tiến đã thu hút nhiều sự chú ý trong những năm gần đây. Tuy nhiên, để thay thế các gia cố epoxy truyền thống bằng graphene, vẫn còn một số vấn đề như sự phân tán, đồng nhất hóa và tái tập hợp. Trong bài báo này, các khối graphene được phân tán trong hệ thống epoxy hai thành phần bằng cách siêu âm trong bể, tình trạng phân tán và hành vi tái tập hợp của graphene trong hệ thống này đã được nghiên cứu. Độ truyền sáng trong quang phổ cực tím - nhìn thấy đã được sử dụng để định lượng sự tái tập hợp qua một loạt các thí nghiệm được kiểm soát. Sau 18 phút siêu âm với độ phân tán graphene 0.005 wt% ở 20°C, độ truyền sáng giảm từ 68.92% xuống 54.88% trong epoxy lỏng và giảm từ 72.80% xuống 46.42% trong chất làm cứng; trong khi đó, khi tăng nhiệt độ từ 20°C lên 60°C, độ truyền sáng trong epoxy lỏng giảm từ 65.96% xuống 53.21% sau 6 phút siêu âm. Với sự bổ sung 0.3 wt% graphene, độ bền kéo của các nanocomposites tăng từ 57.2 MPa lên 64.4 MPa và mô đun bảo hòa tăng từ 1.66 GPa lên 2.16 GPa. Các kết quả cho thấy tình trạng phân tán phụ thuộc vào thời gian siêu âm và nhiệt độ, và graphene có hiệu ứng gia cường đáng kể lên epoxy.