納米金剛石在熱流體技術中的新應用
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人氣：37 發(fā)表時間：2022-04-07
近日，美國萊斯大學研究出了一種摻有金剛石納米粒的礦物油傳熱應用，其性能比一般熱流體更佳。研究成果發(fā)表在美國化學協(xié)會期刊Applied Materials and Interfaces上。
萊斯大學的科研團隊將直徑6納米的金剛石以極低的濃度摻入礦物油中，然后通過實驗來測試這種納米流體的導熱系數(shù)以及溫度—粘度的影響關系。研究結果表明，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、半導體、納米碳管和其他復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用設備中比其他一般的納米流體效果更好，
熱控制對于設備維護和運轉(zhuǎn)至關重要，而熱流體則可以用來減緩零部件間的磨損、加工操作中的沖壓、鉆進磨耗，還可用于動力傳遞系統(tǒng)、太陽能電池、空調(diào)、微電子和納米電子機械系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)等從引擎到核反應堆的一系列應用。
設備用的熱流體一般要求其在流動過程中要保持熱傳遞的一些性能，像水和乙二醇這類流體，流動性雖好但熱導性不強;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、凝固結塊等因素影響。
科學家們自20世紀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性又能保持熱導性。不斷的實驗終于讓科學家們獲得了成功，納米金剛石材料的選用使新型熱流體的導熱性能比銅材料熱流體的導熱性能高出了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，納米金剛石的潤滑性、高熱導率、電阻率和穩(wěn)定性等特性使其能夠很好的與傳統(tǒng)流體媒介相結合并發(fā)揮異常優(yōu)越的性能，同時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。
實驗中，研究者將納米金剛石均勻撒入礦物油，結果發(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效率提高了70%;對比組中，同樣濃度的金剛石熱流體在低溫下的熱傳導效率雖不及前者，但也提升了將近有40%。
Taha-Tijerina補充道，布朗運動和納米?！黧w相互作用在納米金剛石熱流體實驗中有著重要作用，懸浮微粒永不停息地做無規(guī)則運動的現(xiàn)象叫做布朗運動，溫度越高，布朗運動就越明顯。實驗中，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，這就證明納米金剛石礦物油的熱傳導不僅與滲流機理有關，還受布朗運動的影響。(編譯自‘Diamonds are an oil's best friend’)
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