Nanopartikler bruges til at øge transformerolies termiske egenskaber

Forskere fra Rice University har skabt en nano-infunderet olie, der i høj grad kunne forbedre enheder så store som elektriske transformere og så små som mikroelektroniske komponenters evne til at afgive overskydende varme.

Forskning i laboratoriet af rismaterialeforsker Pulickel Ajayan, som optræder i tidsskriftet American Chemical Society ACS Nano , kunne øge effektiviteten af ​​sådanne transformatorolier med så meget som 80 procent på en måde, der både er omkostningseffektiv og miljøvenlig.

Rice-teamet ledet af hovedforfatterne Jaime Taha-Tijerina, en kandidatstuderende, og postdoc-forsker Tharangattu Narayanan fokuserede deres indsats på transformere til energisystemer. Transformatorer er fyldt med mineralolier, der køler og isolerer viklingerne indeni, som skal forblive adskilt fra hinanden for at forhindre spænding i at lække eller kortslutte.

Forskerne opdagede, at en meget lille mængde hexagonale bornitrid (h-BN) partikler, todimensionelle fætre til kulstofbaseret grafen, suspenderet i standard transformatorolier er yderst effektive til at fjerne varme fra et system.

"Vi har ikke brug for en stor mængde h-BN, " sagde Narayanan. "Vi fandt ud af, at 0,1 vægtprocent af h-BN i transformerolie øger det med næsten 80 procent."

"Og ved 0,01 vægtprocent, forbedringen var omkring 9 procent, " sagde Taha-Tijerina. "Selv med en meget lav mængde materiale, vi kan forbedre væskerne uden at gå på kompromis med de elektrisk isolerende egenskaber."

Taha-Tijerina, som var ansat hos en transformerproducent i Mexico, før han kom til Rice, sagde andre, der arbejder på lignende forbindelser, eksperimenterer med partikler af aluminiumoxid, kobberoxid og titaniumoxid, men ingen af ​​forbindelserne har den kombination af kvaliteter, som h-BN udviser.

Narayanan sagde, at h-BN-partiklerne, omkring 600 nanometer bred og op til fem atomlag tykke, spredes godt i olie og, i modsætning til stærkt ledende grafen, er meget modstandsdygtige over for elektricitet. Med hjælp fra medforfatter Matteo Pasquali, en risprofessor i kemisk og biomolekylær teknik og i kemi, holdet fastslog, at oliens viskositet – en anden vigtig kvalitet – er minimalt påvirket af tilstedeværelsen af ​​nanopartikelfyldstofferne.

"Vores forskning viser, at med nye materialer og innovative tilgange, vi kan tilføje enorm værdi til applikationer, der findes i industrien i dag, " sagde Ajayan, Rice's Benjamin M. og Mary Greenwood Anderson professor i maskinteknik og materialevidenskab og i kemi. "Termisk styring er et stort problem i industrien, men det rigtige valg af materialer er vigtigt; til transformatorkøling, man har brug for dispergeringsmidler i olier, der fjerner varmen, men forbliver elektrisk isolerende. I øvrigt, den todimensionelle karakter af fyldstofferne holder dem stabile i olier uden at sætte sig ned i lange perioder."