동적 광산란 및 빔 변위 방법을 통한 저농도 Al12Mg17 나노유체의 안정성, 최적의 초음파 처리 및 열 및 전기 전도도 추정

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13659(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

나노유체의 열 전도성과 안정성은 열 응용 분야에서 냉각제로 사용하는 데 문제를 제기합니다. 본 연구에서는 새로운 빔 변위 방법을 활용하여 Al12Mg17 나노유체의 열전달 계수(HTC)를 조사했습니다. 이 연구에서는 또한 나노유체의 안정성, 입자 크기 분포(PSD), TEM 현미경 사진 및 전기 전도도를 조사합니다. 세 가지 범주의 계면활성제 중에서 특정 계면활성제(CTAB)를 선택하여 DI 수에 Al12Mg17 나노입자를 분산시킨 다음, 나노유체를 생성하기 위해 2단계 방법을 사용했습니다. 분산 안정성은 시각적으로 모니터링하고 제타 전위 테스트를 통해 정량화합니다. HTC와 PSD는 광학 설정을 사용하여 측정됩니다. 결과를 평가하기 위해 빔 변위법으로 얻은 HTC를 KD2 Pro 장치와 비교하고 PSD 결과를 TEM 현미경 사진을 통해 분석합니다. 결과는 0.16 vol.% CTAB가 0.025 vol.% Al12Mg17 나노유체에 대한 최대 안정성임을 보여줍니다. 최적의 초음파 처리 기간은 2시간이며, 154nm의 피크 PSD를 생성합니다. 나노입자 농도가 증가하면 기본 유체 0.05vol.%에 비해 HTC가 최대 40% 향상됩니다. 전기 전도성은 나노입자 농도에 따라 155에서 188 μ\({\rm S}/\mathrm{cm}\)까지 선형적으로 증가합니다. 나노유체에서 HTC를 측정하는 광학적 방법은 벌크 모션 이전에 초기 결과를 얻을 수 있다는 장점이 있습니다. 따라서 열 시스템에 나노유체를 적용하려면 정확도를 향상시키기 위한 광학 기술의 개발이 필요합니다.

나노유체는 태양열 집열기3, 자동차 라디에이터4 및 전자 냉각기5를 포함하되 이에 국한되지 않는 산업1 및 의학2의 광범위한 열 응용 분야에 활용될 수 있는 기본 유체와 나노입자의 이종 혼합물입니다. 열을 전달하는 중요한 역할로 인해 나노유체는 시스템 성능에 효율성을 가져올 수 있으며 이는 엔지니어에게 매력적인 연구 분야가 됩니다. 차이점 나노유체 사이의 열전도도 차이는 이미 연구되었습니다6. 그러나 나노유체를 산업에 적용하기 위해서는 나노유체의 열적, 전기적 특성과 안정성, PSD를 특성화하는 것이 필수적입니다.

나노유체의 열 특성화와 관련하여 과학자들은 HTC를 결정하기 위해 과도 방법, 3개의 오메가7, 온도 진동8, 정상 상태 평행판9, 열 비교기10 및 광학적 방법과 같은 다양한 방법을 사용하며 각각 결정 기준이 다릅니다. 예를 들어, 과도 열선(THW)11 및 과도 평면 소스(TPS)12는 전기 펄스에 노출된 후 열원의 온도와 시간 응답을 모니터링하는 것을 기반으로 하는 과도 방법의 두 가지 예입니다. 또한 정상 상태 방법은 열전대를 활용하며 열전대가 동일한 온도에 있을 때 온도 판독 불일치를 최소로 유지하는 것이 중요합니다10. 또한 열 비교기에서 샘플의 전도도 평가에는 단 하나의 접촉 지점만 필요합니다10. 그러나 HTC를 결정하는 데에도 사용되는 광학적 방법은 빛과 유체 사이의 상호 작용을 기반으로 합니다.

일반적으로 나노유체의 HTC를 측정하기 위해 레이저 플래시 분석(LFA) 기술14과 같은 다양한 광학적 방법이 사용됩니다. 더욱이, 나노유체의 온도 의존적 ​​편향 각도에 의존하는 빔 편향 방법15과 열선 레이저 빔 변위 기술을 포함한 다른 광학적 방법이 있습니다16. 열선 레이저 빔 변위 방법은 나노유체16의 HTC 및 열 확산도를 평가할 수 있습니다. 일반적으로 빔 변위 방법은 온도 변화에 따라 반사 지수를 변화시키는 방식을 기반으로 하며, 부피 분율이 증가함에 따라 HTC와 나노유체의 열 확산도가 증가합니다16,17.