動的光散乱およびビーム変位法による低濃度の Al12Mg17 ナノ流体における安定性、最適な超音波処理、熱伝導率および電気伝導率の推定

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13659 (2023) この記事を引用

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ナノ流体の熱伝導率と安定性は、熱用途における冷却剤としての使用に課題をもたらします。 本研究では、新しいビーム変位法の利用を通じて、Al12Mg17 ナノ流体の熱伝達係数 (HTC) を調査しました。 この研究では、ナノ流体の安定性、粒度分布 (PSD)、TEM 顕微鏡写真、および導電率も調査されています。 界面活性剤の 3 つの異なるカテゴリから、Al12Mg17 ナノ粒子を脱イオン水に分散させる特定の界面活性剤 (CTAB) が選択され、その後、2 段階の方法を使用してナノ流体が生成されました。 分散安定性はゼータ電位試験によって視覚的に監視され、定量化されます。 HTC と PSD は光学セットアップを使用して測定されます。 結果を評価するために、ビーム変位法から得られた HTC を KD2 Pro 装置の HTC と比較し、PSD 所見を TEM 顕微鏡写真によって分析しました。 結果は、0.16 体積％の CTAB が、0.025 体積％の Al12Mg17 ナノ流体に対して適切に最大の安定性であることを示しています。 最適な超音波処理時間は 2 時間で、ピーク PSD は 154 nm になります。 ナノ粒子濃度を高めると、ベース流体の 0.05 vol.% と比較して HTC が最大 40% 向上します。 電気伝導率は、ナノ粒子の濃度とともに 155 から 188 μ\({\rm S}/\mathrm{cm}\) まで直線的に増加します。 ナノ流体中の HTC を測定する光学的方法には、バルク運動に先立つ初期の結果が得られるという利点があります。 したがって、熱システムにナノ流体を応用するには、精度を向上させる光学技術の開発が必要です。

ナノ流体はベース流体とナノ粒子の不均一混合物であり、太陽熱集熱器 3、車両ラジエーター 4、電子冷却 5 を含むがこれらに限定されない、産業 1 と医療 2 の両方における幅広い熱用途に利用できます。 ナノ流体は熱を伝達する重要な役割を果たしているため、システムのパフォーマンスに効率をもたらすことができ、エンジニアにとって魅力的な研究分野となっています。 違い ナノ流体間の熱伝導率の違いはすでに研究されています6。 しかし、ナノ流体を産業に応用するには、ナノ流体の熱的および電気的特性、ならびにその安定性および PSD を特徴付けることが不可欠です。

ナノ流体の熱特性評価に関して、科学者は HTC を決定するために、過渡法、3 つのオメガ 7、温度振動 8、定常状態平行板 9、熱コンパレーター 10、および光学的方法などのさまざまな方法を使用しており、それぞれに異なる決定基準があります。 たとえば、過渡熱線 (THW)11 と過渡平面熱源 (TPS)12 は過渡法の 2 つの例であり、これらは熱源の温度と電気パルスへの曝露後の時間応答の監視に基づいています 13。 また、定常状態法では熱電対を利用するため、熱電対が同じ温度にある場合には、温度読み取り値の誤差を最小限に抑えることが重要です10。 さらに、サーマルコンパレータでは、サンプルの導電率の評価に必要な接触点は 1 つだけです10。 ただし、HTC を決定するためにも使用される光学的方法は、光と流体の間の相互作用に基づいています。

一般に、ナノ流体の HTC を測定するには、レーザーフラッシュ分析 (LFA) 技術 14 などの多くの光学的方法が使用されます。 さらに、ビーム偏向法 15 や、ナノ流体の温度依存性偏向角に依存する熱線レーザービーム変位技術 16 など、他の光学的方法もあります。 熱線レーザー光変位法は、ナノ流体の HTC と熱拡散率を評価できます 16。 一般に、ビーム変位法は、体積分率の増加とともにナノ流体の HTC と熱拡散率が増加するように、温度変化による反射率の変化に基づいています 16,17。