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May 23, 2023

Conductivité thermique et diffusivité thermique du fullerène

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 9603 (2022) Citer cet article 866 Accès 1 Citations 14 Détails d'Altmetric Metrics En raison de leurs caractéristiques exceptionnelles, les nanofluides à base de carbone

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 9603 (2022) Citer cet article

866 accès

1 Citation

14 Altmétrique

Détails des métriques

En raison de leurs caractéristiques exceptionnelles, les nanofluides à base de carbone (CbNF) ont été appliqués à diverses technologies avancées de transfert de chaleur et de refroidissement. Il a été affirmé que ces CbNF pouvaient améliorer considérablement les propriétés des fluides de travail de base. Parmi toutes les caractéristiques thermiques, la conductivité thermique (λ) est considérée comme le principal paramètre à prendre en compte pour l'application des nanofluides (NF). Dans la présente étude de recherche, nous avons mesuré pour la première fois à la fois λ et la diffusivité thermique (aT) de NF à base de fullerène (C60) très stables en phase liquide (1,2,3,4-tétrahydronaphtalène et 1,2-dichlorobenzène) par la technique du fil chaud transitoire multi-courants à pression atmosphérique dans une large plage de température (254-323 K). Semblable aux liquides de base (BL), nous avons observé une légère diminution de λ avec une augmentation de la température. De plus, par rapport aux BL, λ a été réduit lors de l'ajout de C60. Les résultats ont été comparés à ceux prédits en utilisant différents modèles théoriques. Peu de variation de aT a été observée entre les NF C60 et les BL correspondants, en partie à cause de la faible variation de λ avec l'ajout de C60.

La famille de nanomatériaux à base de carbone (CbNF), comprenant du graphène monocouche et multicouche, des nanotubes de carbone à paroi unique et multiparois, du graphite, des nanoplaquettes de graphène, des points quantiques de graphène, de l'oxyde de graphène, etc., a récemment fait l'objet d'une attention majeure pour la préparation. des NF (c'est-à-dire la dispersion des CbNF dans des liquides de base, BL) en raison de leurs diverses caractéristiques excellentes et uniques ainsi que de leurs attributs thermiques supérieurs par rapport aux liquides conventionnels1,2,3,4,5. La manière dont les CbNF se lient aux molécules des BL et à travers celles-ci détermine des propriétés telles que la rhéologie, la conductivité thermique et électrique ou l'absorption/émission de lumière. Ces NF ont montré un grand potentiel dans des applications industrielles telles que le stockage solaire thermique, les caloducs et le stockage d'énergie, entre autres technologies avancées de transfert de chaleur et de refroidissement ; ce qui est attribuable à leur plus grande conductivité thermique (λ) et à leurs coefficients de transfert de chaleur par convection par rapport aux BLs2,5 correspondants. En fait, l’amélioration de λ est le premier avantage attendu de l’utilisation d’un nanofluide (NF) lorsqu’il est appliqué comme fluide de travail thermique. Lorsqu'il est évalué par rapport à des métaux ou des oxydes métalliques (Au, Ag, Cu, Fe, CuO, Al2O3, ZnO, etc.), λ dans les nanostructures de carbone est plus grand en raison de leur λ intrinsèque élevé, de leur faible densité, de leurs fortes liaisons covalentes C – C et diffusion de phonons6. Par exemple, λ des matériaux carbonés présente une large plage allant de 0,2 W/mK pour les carbones de type diamant à 6 000 W/mK pour les nanotubes de carbone à paroi unique (SWNT)7 ; qui est supérieure à celle du graphène (5 300 W/m K pour)8, du nanotube de carbone à double paroi (DWNT, 3 986 W/m K) et du nanotube de carbone à parois multiples (MWNT, 3 000 W/m K) 5,7,9. Par conséquent, les matériaux carbonés peuvent être utilisés soit comme isolants thermiques (par exemple, les carbones de type diamant), soit comme supraconducteurs thermiques (par exemple, le graphène).

Il convient de noter que diverses études expérimentales et théoriques ont rapporté une augmentation λ des NF et les facteurs affectant ceux-ci. Les résultats ont indiqué que λ des NF dépend normalement non seulement de la conductivité thermique de la particule, de sa concentration dans un NF, de sa taille et de sa forme, mais également des paramètres environnementaux tels que le fluide de base, la valeur du pH, le tensioactif, l'agent dispersant et la position debout. temps10. Diverses études ont montré qu'une amélioration λ plus élevée des NF pouvait être obtenue lorsque des fluides de base λ plus faibles étaient pris en compte2. De plus, il a été rapporté que λ des NF est amélioré de manière atypique avec une très faible fraction volumique de nano-additifs 11,12,13,14. Par exemple, dans une première étude de Choi et al.12, une amélioration λ de 160 % pour 1,0 % en volume de nanotubes de carbone multiparois (MWCNT) dispersés dans de l'huile synthétique poly (alpha-oléfine) (PAO). Une amélioration λ beaucoup plus faible (c'est-à-dire un ordre de grandeur plus petit, aussi faible que 7 %) des NF à base de nanotubes de carbone a été trouvée dans diverses autres études, notamment des MWCNT fonctionnalisés et différents fluides à base (eau, huile, décène, éthylène glycol, glycérol). , Réfrigérant R113, etc.)14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Dans certaines études, une diminution du temps de λ a été observée, notamment au cours des 10 premiers jours suivant la préparation du NF, mais le taux de réduction a également diminué avec le temps9.