納米金剛石在熱流體技術(shù)中的新應(yīng)用
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人氣：37 發(fā)表時(shí)間：2022-04-07
近日，美國(guó)萊斯大學(xué)研究出了一種摻有金剛石納米粒的礦物油傳熱應(yīng)用，其性能比一般熱流體更佳。研究成果發(fā)表在美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)期刊Applied Materials and Interfaces上。
萊斯大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)將直徑6納米的金剛石以極低的濃度摻入礦物油中，然后通過實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試這種納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)以及溫度—粘度的影響關(guān)系。研究結(jié)果表明，這種新型熱流體要比那些含有氧化物、氮化物、碳化物陶瓷、金屬、半導(dǎo)體、納米碳管和其他復(fù)合材料的熱流體效果都要好。
0.1%濃度的納米金剛石礦物油
摻有納米金剛石的礦物油在傳熱應(yīng)用設(shè)備中比其他一般的納米流體效果更好，
熱控制對(duì)于設(shè)備維護(hù)和運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要，而熱流體則可以用來(lái)減緩零部件間的磨損、加工操作中的沖壓、鉆進(jìn)磨耗，還可用于動(dòng)力傳遞系統(tǒng)、太陽(yáng)能電池、空調(diào)、微電子和納米電子機(jī)械系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)等從引擎到核反應(yīng)堆的一系列應(yīng)用。
設(shè)備用的熱流體一般要求其在流動(dòng)過程中要保持熱傳遞的一些性能，像水和乙二醇這類流體，流動(dòng)性雖好但熱導(dǎo)性不強(qiáng);而一些傳統(tǒng)的熱流體又容易受其穩(wěn)定性、粘度、表面電荷、流體分層、凝固結(jié)塊等因素影響。
科學(xué)家們自20世紀(jì)90年代就開始探索新型有效的熱流體材料，嘗試將100目以細(xì)的納米粒材料以剛好足夠的濃度摻入礦物油，既不影響流體的流動(dòng)性又能保持熱導(dǎo)性。不斷的實(shí)驗(yàn)終于讓科學(xué)家們獲得了成功，納米金剛石材料的選用使新型熱流體的導(dǎo)熱性能比銅材料熱流體的導(dǎo)熱性能高出了100倍。
金剛石納米粒的衍射面
電子顯微鏡下懸浮在礦物油中的金剛石納米粒，、
Taha-Tijerina教授說，納米金剛石的潤(rùn)滑性、高熱導(dǎo)率、電阻率和穩(wěn)定性等特性使其能夠很好的與傳統(tǒng)流體媒介相結(jié)合并發(fā)揮異常優(yōu)越的性能，同時(shí)所需納米金剛石的量也非常小，這就充分保障了流體的粘度適中。
實(shí)驗(yàn)中，研究者將納米金剛石均勻撒入礦物油，結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅0.1%濃度的金剛石流體在211華氏度下就將熱傳導(dǎo)效率提高了70%;對(duì)比組中，同樣濃度的金剛石熱流體在低溫下的熱傳導(dǎo)效率雖不及前者，但也提升了將近有40%。
Taha-Tijerina補(bǔ)充道，布朗運(yùn)動(dòng)和納米?！黧w相互作用在納米金剛石熱流體實(shí)驗(yàn)中有著重要作用，懸浮微粒永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象叫做布朗運(yùn)動(dòng)，溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)就越明顯。實(shí)驗(yàn)中，溫度的升高和納米金剛石濃度的增加使熱流體的傳熱效果有了明顯增強(qiáng)，這就證明納米金剛石礦物油的熱傳導(dǎo)不僅與滲流機(jī)理有關(guān)，還受布朗運(yùn)動(dòng)的影響。(編譯自‘Diamonds are an oil's best friend’)
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