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May 23, 2023

Condutividade térmica e difusividade térmica do fulereno

Relatórios Científicos volume 12, Artigo número: 9603 (2022) Citar este artigo 866 Acessos 1 Citações 14 Detalhes das Métricas Altmétricas Devido às suas características marcantes, os nanofluidos à base de carbono

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 9603 (2022) Citar este artigo

866 acessos

1 Citações

14 Altmétrico

Detalhes das métricas

Devido às suas excelentes características, os nanofluidos à base de carbono (CbNFs) têm sido aplicados a várias tecnologias avançadas de transferência de calor e resfriamento. Foi alegado que estes CbNFs podem melhorar consideravelmente as propriedades dos fluidos de trabalho básicos. Dentre todas as características térmicas, a condutividade térmica (λ) é considerada o principal parâmetro a ser considerado para a aplicação de nanofluidos (NFs). No presente estudo de pesquisa, medimos pela primeira vez tanto λ quanto a difusividade térmica (aT) de NFs muito estáveis ​​à base de fulereno (C60) em fase líquida (1,2,3,4-tetrahidronaftaleno e 1,2-diclorobenzeno) por a técnica de fio quente multicorrente transitória à pressão atmosférica em uma ampla faixa de temperatura (254–323 K). Semelhante aos líquidos de base (BLs), observamos uma ligeira diminuição de λ com o aumento da temperatura. Além disso, em comparação com os BLs, o λ foi reduzido com a adição de C60. Os resultados foram comparados com os previstos utilizando diferentes modelos teóricos. Não foi observada muita variação em aT entre os NFs C60 e os BLs correspondentes devido em parte à pequena variação de λ com a adição de C60.

A família de nanomateriais à base de carbono (CbNFs), composta por grafeno de camada única e multicamada, nanotubos de carbono de parede única e múltipla, grafite, nanoplacas de grafeno, pontos quânticos de grafeno, óxido de grafeno e assim por diante, recebeu recentemente grande atenção para a preparação de NFs (ou seja, dispersão de CbNFs em líquidos básicos, BLs) devido às suas diversas características excelentes e únicas, juntamente com seus atributos térmicos superiores em comparação com líquidos convencionais 1,2,3,4,5. A forma como os CbNFs se ligam às moléculas dos BLs e através deles governa propriedades como reologia, condutividade térmica e elétrica ou absorção/emissão de luz. Essas NFs demonstraram grande potencial em aplicações industriais, como armazenamento solar térmico, tubos de calor e armazenamento de energia, entre outras tecnologias avançadas de transferência de calor e resfriamento; o que é atribuível à sua maior condutividade térmica (λ) e coeficientes de transferência de calor por convecção em comparação com os BLs correspondentes2,5. Na verdade, a melhoria de λ é a primeira vantagem esperada do uso de um nanofluido (NF) quando aplicado como fluido de trabalho térmico. Quando avaliado contra metais ou óxidos metálicos (Au, Ag, Cu, Fe, CuO, Al2O3, ZnO, etc.), λ em nanoestruturas de carbono é maior devido ao seu alto λ intrínseco, baixa densidade, fortes ligações covalentes C – C, e espalhamento de fônons6. Por exemplo, λ de materiais de carbono tem uma ampla faixa que varia de 0,2 W/m K para carbonos semelhantes ao diamante a 6.000 W/m K para nanotubos de carbono de parede única (SWNT)7; que é superior ao do grafeno (5300 W/m K para)8, nanotubo de carbono de parede dupla (DWNT, 3986 W/m K) e nanotubo de carbono de parede múltipla (MWNT, 3000 W/m K) 5,7,9. Portanto, os materiais de carbono podem ser aplicados como isolantes térmicos (por exemplo, carbonos semelhantes ao diamante) ou como supercondutores de calor (por exemplo, grafeno).

Vale a pena notar que vários estudos experimentais e teóricos relataram aumento de λ de NFs e dos fatores que afetam relacionados. Os resultados indicaram que λ de NFs são normalmente funções não apenas da condutividade térmica da partícula, sua concentração em um NF, tamanho e forma, mas também dos parâmetros ambientais, como o fluido base, valor de pH, surfactante, agente dispersante e o estado de repouso. horário10. Várias investigações mostraram que maior aumento de λ de NFs poderia ser obtido quando fluidos de base com menor λ foram considerados2. Além disso, foi relatado que λ de NFs é atipicamente aumentado com uma fração volumétrica muito baixa de nanoaditivos . Por exemplo, em um primeiro estudo de Choi et al.12, foi relatado um aumento de 160% λ para nanotubos de carbono multiwall de 1,0% em volume (MWCNT) dispersos em óleo sintético de poli (alfa-olefina) (PAO). Um aumento de λ muito menor (ou seja, uma ordem de magnitude menor, tão baixo quanto 7%) de NFs baseados em nanotubos de carbono foi encontrado em vários outros estudos, incluindo MWCNT funcionalizado e diferentes fluidos de base (água, óleo, deceno, etilenoglicol, glicerol , Refrigerante R113, etc.)14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Em alguns estudos foi observada diminuição no tempo de λ, principalmente nos primeiros 10 dias da preparação da NF, mas a taxa de redução também diminuiu com o tempo9.