Выявление механизмов за улучшенными тепловыми свойствами наночастиц графена

Disperse graphene в подходящем растворителе, и получающаяся наножидкость будет иметь гораздо лучшие тепловые свойства, чем исходная жидкость. Три исследовательские группы ICN2 сотрудничают, чтобы описать и объяснить этот эффект изнутри. Результаты, опубликованные в «Наноскале» Королевского общества химии, дают всесторонний анализ, который поочередно исключает и предоставляет поддержку различным существующим теориям в отношении механизмов, обеспечивающих повышенную теплопроводность и теплообмен, обнаруженных в наножидкостях, что дает значительное представление о области термических транспорт в динамических системах.

Жидкости для теплопередачи широко используются в качестве охлаждающих жидкостей в транспортных средствах и промышленных процессах для рассеивания тепла и предотвращения перегрева. Однако потенциал охлаждения текучих жидкостей на основе воды и масел, как правило, слишком мал, чтобы удовлетворить все более востребованные потребности промышленности. Например, в микроэлектронике абсолютное регулирование температуры имеет решающее значение для адекватной и надежной работы электронных компонентов. Кроме того, появляются новые приложения с одинаковым требованием в области технологий преобразования энергии и теплового хранения.

. При использовании обычных жидкостей, не соответствующих задаче, исследователи обратили свое внимание на жидкости с добавлением частиц нанометрового размера, известных как наножидкости. Было протестировано много различных базовых флюидов и наночастиц в разных концентрациях, результаты которых указывают на общее улучшение тепловых свойств. Однако, что еще не известно, почему это происходит; какие конкретные механизмы отвечают за улучшенные коэффициенты теплообмена и теплопроводности, обнаруженные в наножидкостях.

В этой статье, озаглавленной «Механизмы повышения тепловых свойств графеновых наножидкостей» и опубликованной в «Королевском обществе химии» Nanoscale исследователи из трех групп ICN2 объединили свои силы, чтобы пролить свет на иметь значение. Ведущий автор PhD student María del Rocío Rodríguez Laguna из новой публикации EnergyNewited Materials Group от ICN2 сообщает, как они используют систему примеров книг, чтобы посмотреть на взаимодействия между наночастицами и молекулами флюида в нанофлюидах графена-амида. В частности, они рассмотрели влияние концентрации графена на теплопроводность, теплоемкость, скорость звука и спектры комбинационного рассеяния.

Не только их результаты подтверждают, что присутствие графена оказывает положительное влияние на все эти свойства, включая повышение теплопроводности на 48% (0,18 мас.% Графена), но они обеспечивают значительное понимание основных механизмов объясняя почему. Выбирая некоторые из существующих броуновских теорий, основанных на движении, они оказывают поддержку другим, связанным с тем, как само присутствие наночастиц может модифицировать молекулярное расположение базовой жидкости. Например, анализ спектров Рамана показал, что простое присутствие крошечных количеств графена модифицирует взаимодействия, происходящие между всеми молекулами жидкости, тем самым влияя на колебательную энергию жидкости в целом. В дополнение к этому долгосрочному эффекту теоретическое моделирование показало, что графен индуцирует локальную параллельную ориентацию ближайших к нему молекул растворителя, способствуя укладке π-π, а также локальному упорядочению молекул жидкости вокруг графена.

Эти результаты представляют собой отличный первый шаг к более полному пониманию того, как работают нанофлюиды и как они могут быть дополнительно улучшены для удовлетворения будущих потребностей промышленности. Уже на основе графеновых наножидкостей можно найти широкий спектр применений, таких как гибкая электроника, преобразование энергии и хранение тепла. Более того, крошечные количества наночастиц, необходимые для обеспечения этих превосходных характеристик теплопередачи, означают загрязнение, а общие затраты будут сведены к минимуму.

Три группы ICN2, участвовавшие в этом исследовании, были упомянутой выше новой энергетической группой материалов, возглавляемой профессором CSIC Педро Гомес-Ромеро группой Phononic и Photonic Nanostructures под руководством ICREA Prof. Clivia M. Sotomayor Torres и Theory and Simulation Group под руководством профессора Пабло Ордехон директора ICN2.

Ссылка на статью :

M.R. Родригес-Лагуна, А. Кастро-Альварес, М. Следзинска, Дж. Мейр, Ф. Костанцо, Б. Энсинг, М. Прунеда, П. Ордехон, К.М. Сотомайор Торрес, П. Гомес-Ромеро, Э. Чавес-Анхель. Механизмы усиления термических свойств нанофлюидов графена . Nanoscale 2018, 10, 15402. DOI: 10.1039 / c8nr02762e

Источник: https://www.icn2.cat/ru/

Source link