Afsløring af mekanismerne bag forbedringen af ​​grafiske nanofluiders termiske egenskaber

Spred grafen i et egnet opløsningsmiddel, og den resulterende nanofluid vil have meget bedre termiske egenskaber end den originale væske. Tre ICN2 -forskergrupper samarbejdede om at beskrive og forklare denne effekt indefra og ud. Resultaterne, offentliggjort i Royal Society of Chemistry's Nanoskala , give en omfattende analyse, der skiftevis udelukker og støtter forskellige eksisterende teorier om mekanismerne, der driver den forbedrede varmeledningsevne og varmeudveksling, der findes i nanofluider, bringer betydelig indsigt i området for termisk transport i dynamiske systemer.

Varmeoverførselsvæsker bruges i vid udstrækning som kølevæsker i køretøjer og industrielle processer for at sprede varme og forhindre overophedning. Imidlertid, kølepotentialet for nuværende væsker baseret på vand og olier er typisk for lavt til at imødekomme industriens stadig mere krævende behov. I mikroelektronik, for eksempel, absolut temperaturkontrol er afgørende for tilstrækkelig og pålidelig ydelse af elektroniske komponenter. Derudover nye lige så krævende applikationer dukker op inden for energiomdannelse og termisk lagringsteknologi.

Med konventionelle væsker, der ikke klarer opgaven, forskere har vendt deres opmærksomhed mod væsker med tilføjede nanopartikler, kendt som nanofluider. Mange forskellige basisvæsker og nanopartikler i forskellige koncentrationer er blevet testet, med resultater, der alle peger på den samlede forbedring af termiske egenskaber. Hvad man endnu ikke ved, selvom, derfor sker dette; hvilke specifikke mekanismer er ansvarlige for de forbedrede varmevekslingshastigheder og varmeledningsevner, der findes i nanofluider.

I denne avis, med titlen "Mekanismer bag forbedring af grafiske nanofluiders termiske egenskaber, "og udgivet i Royal Society of Chemistry's Nanoskala , forskere fra tre ICN2 -grupper er gået sammen om at kaste lidt lys over sagen. Hovedforfatter Ph.D. studerende María del Rocío Rodríguez Laguna fra ICN2 Novel Energy-Oriented Materials Group rapporterer, hvordan de bruger et bogeksempel-system til at se på interaktionerne mellem nanopartikler og væskemolekyler i grafenamid-nanofluider. Specifikt, de så på grafenkoncentrationens indflydelse på varmeledningsevne, Varmekapacitet, lydhastighed og Raman -spektre.

Ikke alene bekræfter deres fund, at tilstedeværelsen af ​​grafen påvirker alle disse egenskaber positivt, herunder forbedring af termisk ledningsevne med hele 48 procent (0,18 vægtprocent grafen), men de giver betydelig indsigt i mekanismerne, der forklarer hvorfor. Mens man udelukker nogle af de eksisterende browniske bevægelsesbaserede teorier, de giver støtte til andre relateret til den måde, hvorpå selve tilstedeværelsen af ​​nanopartikler kan ændre det molekylære arrangement af basisvæsken. For eksempel, Raman -spektranalyse indikerede, at den blotte tilstedeværelse af bittesmå mængder grafen ændrer interaktionerne mellem alle væskemolekyler, derved påvirker væskens vibrationsenergi som helhed. Ud over denne langtrækkende effekt, teoretiske simuleringer viste, at grafen inducerer en lokal parallel orientering af opløsningsmiddelmolekylerne tættest på det, favoriserer en π-π stabling, samt en lokal ordning af væskemolekylerne omkring grafen.

Disse resultater repræsenterer et glimrende første skridt mod en mere fuldstændig forståelse af, hvordan nanofluider fungerer, og hvordan de kan forbedres yderligere for at imødekomme branchens fremtidige krav. Allerede grafenbaserede nanofluider kan finde en lang række anvendelser inden for f.eks. Fleksibel elektronik, energiomdannelse og termisk lagring. Hvad mere er, de små mængder nanopartikler, der er nødvendige for at producere disse overlegne varmeoverførselspræstationer, betyder, at forurening og samlede omkostninger holdes på et minimum.