Теплопроводность и температуропроводность фуллерена

Том 12 научных докладов, Номер статьи: 9603 (2022) Цитировать эту статью

806 Доступов

1 Цитаты

14 Альтметрика

Подробности о метриках

Благодаря своим выдающимся характеристикам наножидкости на основе углерода (CbNF) применяются в различных передовых технологиях теплопередачи и охлаждения. Утверждалось, что эти CbNF могут существенно улучшить свойства базовых рабочих жидкостей. Среди всех тепловых характеристик теплопроводность (λ) считается основным параметром, который следует учитывать при применении наножидкостей (НФ). В настоящем исследовании мы впервые измерили λ и температуропроводность (aT) очень стабильных НФ на основе фуллерена (C60) в жидкой фазе (1,2,3,4-тетрагидронафталин и 1,2-дихлорбензол) методом метод переходной многоточной термопроволоки при атмосферном давлении в широком диапазоне температур (254–323 К). Как и в случае с базовыми жидкостями (БЖ), мы наблюдали небольшое уменьшение λ с повышением температуры. Кроме того, по сравнению с BL λ уменьшалась при добавлении C60. Результаты сравнивались с предсказанными с использованием различных теоретических моделей. Между NF C60 и соответствующими BL наблюдалось не так много различий в aT, отчасти из-за небольшого изменения λ при добавлении C60.

Семейство наноматериалов на основе углерода (CbNF), состоящее из одно- и многослойного графена, одно- и многостенных углеродных нанотрубок, графита, графеновых нанопластинок, графеновых квантовых точек, оксида графена и т. д., в последнее время привлекло большое внимание для получения. NF (т.е. дисперсия CbNF в базовых жидкостях, BL) из-за их различных превосходных и уникальных характеристик, а также превосходных термических свойств по сравнению с обычными жидкостями1,2,3,4,5. То, как CbNF связываются с молекулами BL и через них, определяет такие свойства, как реология, тепловая и электропроводность или поглощение/излучение света. Эти NF продемонстрировали большой потенциал в промышленных применениях, таких как хранение солнечной энергии, тепловые трубы и хранение энергии, а также в других передовых технологиях теплопередачи и охлаждения; что связано с их большей теплопроводностью (λ) и коэффициентами конвективной теплопередачи по сравнению с соответствующими БЛ2,5. Фактически, улучшение λ является первым ожидаемым преимуществом использования наножидкости (NF) при ее применении в качестве термической рабочей жидкости. При сравнении с металлами или оксидами металлов (Au, Ag, Cu, Fe, CuO, Al2O3, ZnO и т. д.) λ в углеродных наноструктурах больше из-за их высокого собственного λ, низкой плотности, прочных ковалентных связей C–C и рассеяние фононов6. Например, λ углеродных материалов имеет широкий диапазон: от 0,2 Вт/м К для алмазоподобных углей до 6000 Вт/м К для одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ)7; что превосходит графен (5300 Вт/м К)8, двустенные углеродные нанотрубки (DWNT, 3986 Вт/м К) и многостенные углеродные нанотрубки (MWNT, 3000 Вт/м К) 5,7,9. Поэтому углеродные материалы могут применяться либо в качестве теплоизоляторов (например, алмазоподобные углероды), либо в качестве теплосверхпроводников (например, графен).

Стоит отметить, что в различных экспериментальных и теоретических исследованиях сообщается об усилении λ НФ и связанных с ним влияющих факторах. Результаты показали, что λ NF обычно зависит не только от теплопроводности частицы, ее концентрации в NF, размера и формы, но также от параметров окружающей среды, таких как базовая жидкость, значение pH, поверхностно-активное вещество, диспергирующий агент и состояние среды. время10. Различные исследования показали, что более высокое усиление λ NF можно получить, если рассматривать базовые жидкости с более низким λ2. Кроме того, сообщалось, что λ NF нетипично увеличивается при очень низкой объемной доле нанодобавок11,12,13,14. Например, в первом исследовании Чой и др.12 сообщалось об увеличении λ на 160% для многостенных углеродных нанотрубок с концентрацией 1,0 об.% (MWCNT), диспергированных в синтетическом поли(альфа-олефине) (ПАО) масле. Гораздо меньшее усиление λ (т.е. на порядок меньше, всего 7%) для NF на основе углеродных нанотрубок было обнаружено в различных других исследованиях, включая функционализированные MWCNT и жидкости на другой основе (вода, масло, децен, этиленгликоль, глицерин). , Хладагент R113 и др.)14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. В некоторых исследованиях наблюдалось уменьшение времени ?, особенно к первым 10 суткам от приготовления НФ, но скорость снижения также снижалась со временем9.