풀러렌의 열전도도 및 열확산도

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 9603(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

뛰어난 특성으로 인해 탄소 기반 나노유체(CbNF)는 다양한 첨단 열 전달 및 냉각 기술에 적용되었습니다. 이러한 CbNF는 기본 작동 유체의 특성을 상당히 향상시킬 수 있다고 주장되었습니다. 모든 열 특성 중에서 열전도율(λ)은 나노유체(NF)의 적용을 위해 고려해야 할 주요 매개변수로 간주됩니다. 현재 연구 연구에서 우리는 액체상(1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌 및 1,2-디클로로로벤젠)에서 매우 안정적인 풀러렌(C60) 기반 NF의 λ와 열 확산도(aT)를 처음으로 측정했습니다. 광범위한 온도(254-323K)에서 대기압에서의 일시적 다중 전류 열선 기술. 기본 액체(BL)와 유사하게 온도가 증가함에 따라 λ가 약간 감소하는 것을 관찰했습니다. 또한, BL과 비교하여 C60을 첨가하면 λ가 감소했습니다. 결과는 다양한 이론적 모델을 사용하여 예측된 결과와 비교되었습니다. 부분적으로 C60 첨가에 따른 λ의 작은 변화로 인해 C60 NF와 해당 BL 사이에 aT의 큰 변화는 관찰되지 않았습니다.

단일층 및 다층 그래핀, 단일벽 및 다중벽 탄소 나노튜브, 흑연, 그래핀 나노판, 그래핀 양자점, 산화 그래핀 등으로 구성된 탄소 기반 나노 물질(CbNF) 계열이 최근 제조에 큰 주목을 받고 있습니다. 기존 액체1,2,3,4,5에 비해 뛰어난 열 특성과 함께 다양하고 우수하고 고유한 특성으로 인해 NF(즉, 기본 액체(BL)에 CbNF 분산)가 가능합니다. CbNF가 BL의 분자에 결합하고 BL의 분자를 통해 결합하는 방식은 유변학, 열 및 전기 전도성 또는 광 흡수/방출과 같은 특성을 제어합니다. 이러한 NF는 다른 고급 열 전달 및 냉각 기술 중에서 태양열 저장, 히트 파이프 및 에너지 저장과 같은 산업 응용 분야에서 큰 잠재력을 보여주었습니다. 이는 해당 BL2,5에 비해 더 큰 열전도도(λ)와 대류 열 전달 계수에 기인합니다. 실제로 λ 개선은 열 작동 유체로 적용할 때 나노유체(NF)를 사용할 때 예상되는 첫 번째 이점입니다. 금속 또는 금속 산화물(Au, Ag, Cu, Fe, CuO, Al2O3, ZnO 등)에 대해 평가할 때 탄소 나노구조의 λ는 높은 고유 λ, 낮은 밀도, 강한 C-C 공유 결합 및 포논 산란6. 예를 들어, 탄소 재료의 λ는 다이아몬드 유사 탄소의 경우 0.2W/m·K에서 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT)의 경우 6000W/m·K까지 다양한 범위를 갖습니다. 이는 그래핀(5300 W/m·K)8, 이중벽 탄소나노튜브(DWNT, 3986 W/m·K), 다중벽 탄소나노튜브(MWNT, 3000 W/m·K)보다 우수하다. 5,7,9. 따라서 탄소 재료는 단열재(예: 다이아몬드형 탄소) 또는 열 초전도체(예: 그래핀)로 적용될 수 있습니다.

다양한 실험적 및 이론적 연구에서 NF의 λ 향상 및 관련 영향 요인이 보고되었다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 결과는 NF의 λ가 일반적으로 입자의 열전도도, NF의 농도, 크기 및 모양뿐만 아니라 기본 유체, pH 값, 계면활성제, 분산제 및 정치와 같은 환경 매개변수의 함수임을 나타냅니다. 시간10. 다양한 조사에 따르면 더 낮은 λ 기본 유체를 고려할 때 NF의 더 높은 λ 향상을 얻을 수 있는 것으로 나타났습니다2. 또한, NF의 λ는 매우 낮은 부피 분율의 나노 첨가제로 인해 비정형적으로 향상되는 것으로 보고되었습니다. 예를 들어, Choi et al.12의 첫 번째 연구에서 합성 폴리(알파-올레핀)(PAO) 오일에 분산된 1.0vol% 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT)에 대한 160% λ 향상이 보고되었습니다. 기능화된 MWCNT 및 다양한 기반 유체(물, 오일, 데센, 에틸렌 글리콜, 글리세롤)를 포함한 다양한 다른 연구에서 탄소 나노튜브 기반 NF의 훨씬 낮은 λ 향상(즉, 7%만큼 작은 크기)이 발견되었습니다. , 냉매 R113 등)14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. 일부 연구에서는 특히 NF 준비 후 처음 10일 동안 λ의 시간 감소가 관찰되었지만 시간이 지남에 따라 감소율도 감소했습니다9.