Alsidig optisk teknik til afsløring af termofysiske egenskaber ved komplekse væsker

Nanofluider (NF'er) har vist sig at have forbedrede termofysiske egenskaber sammenlignet med dem af bare væsker som organiske opløsningsmidler eller vand. Siden den første undersøgelse blev offentliggjort i 1951, er NF'er dukket op som lovende varmetransportvæsker med forbedret termisk ledningsevne i en bred vifte af teknologiske anvendelser, f.eks. elektronisk køling, solvarmeanlæg til vand, atomreaktorer, radiatorer. Derfor er de præcise karakteriseringer af overflade- og bulk termofysiske egenskaber af en NF uundværlige for at kalibrere dem og forudsige deres evner.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Light Science and Applications , foreslog forskere fra Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics (CIOMP) fra det kinesiske videnskabsakademi en alsidig optisk teknik baseret på pumpe excitation-probe interferometri til at karakterisere de termofysiske egenskaber af både nanofluids og biologiske væsker på en kontaktfri måde, og løser således udfordringerne for termokapillær deformation, der begrænser dets anvendelse.

Forskellige metoder er blevet brugt til at udforske de termofysiske egenskaber af NF og give karakteriseringer af NF. Termokapillær deformation induceret fra lokaliseret laseropvarmning er blevet brugt til at måle den termiske diffusivitet og overvåge de organiske urenheder i vand.

På grund af dens direkte laser-væske-interaktion har termokapillær deformation imidlertid to enestående udfordringer, som begrænser dens praktiske anvendelse. Den første er det faktum, at det kun virker for rene væsker, for for nanovæsker og biovæsker opstår et komplekst samspil af stråling, termokapillaritet og spredningskræfter, som kan føre til unøjagtig bestemmelse af termofysiske egenskaber. Den anden udfordring er, at termokapillær deformation ikke virker til applikationer, hvor pumpelaseren kan føre til beskadigelse af biovæsken og systemer, hvor væsken er indespærret i en lukket overflade.

I deres undersøgelse illustrerede CIOMP-teamet tre meget forskellige konfigurationer. De opvarmede NF fra bunden gennem et uigennemsigtigt substrat og leverede de første skala-skalamålinger af de termofysiske egenskaber (viskositet, overfladespændingskoefficient og diffusivitet) af kompleks NF og bio-væske uden skadelige og konkurrerende kræfter.

Forskere belyste også væsken fra dens frie overflade (eksponering fra toppen for aflejrede dråber) og viste en præcis karakterisering af NF ved kvantitivt at isolere de konkurrerende kræfter og udnytte de forskellige tidsskalaer for disse kræfter.

I den tredje konfiguration undersøgte holdet termofysiske egenskaber af NF'er, når de var indespærret i et metalhulrum. I dette tilfælde giver den forbigående termoelastiske deformation af metaloverfladen egenskaberne af NF såvel som termomekaniske egenskaber af metallet.

"I betragtning af denne alsidighed virker vores teknik for næsten alle væsker og kan således anvendes til en lang række anvendelsesscenarier til præcis in-situ karakterisering af de termofysiske egenskaber af komplekse væsker i lille skala," sagde Gopal Verma, førende forsker i undersøgelsen fra CIOMP. + Udforsk yderligere

Støbning, mønstre og drivning af væsker med lys