나노플루이드

Nanofluid
이 기사는 나노입자를 함유한 액체에 관한 것이다. 나노 크기의 구조물에 국한된 유체의 역학 관계에 대해서는 나노유체학을 참조하십시오.

나노플루오르드는 나노미터 크기의 입자를 함유하고 있는 액체로, 나노입자라고 불린다. 이 액체는 나노입자의 콜로이드 성분의 염기성 액체를 제조한 것이다.[1][2] 나노유체에 사용되는 나노입자는 일반적으로 금속, 산화물, 탄화수소 또는 탄소 나노튜브로 만들어진다. 일반적인 염기 액에는 물, 에틸렌 글리콜[3], 오일이 포함된다.

Nanofluids, 및 열 관리, 국내 냉장고, 냉동기, 열 교환기 cooling/vehicle,, 가공 분쇄와 보일러 연도 가스 수채에서 engines,[5]엔진 hybrid-powered는 잠재적으로 열 transfer,[4]에 마이크로 전자 공학, 연료 세포들, 제약 공정을 포함하여 여러 용도에서 유용한 소설 성질을 가지고 있다.r은 ture교육학 이들은 기본 유체에 비해 열전도율과 대류 열전달계수가 향상되었다.[6] 나노유체들의 유전학적 거동에 대한 지식은 대류 열전달 용도에 대한 적합성을 결정하는 데 중요한 것으로 밝혀졌다.[7][8] 나노플루오르드는 또한 특별한 음향 특성을 가지고 있으며 초음파장에서는 입사 압축파의 추가적인 전단파 역전을 보여준다; 그 효과는 농도가 증가할수록 더욱 뚜렷해진다.[9]

계산 유체 역학(CFD)과 같은 분석에서 나노유체는 단상 유체로 가정할 수 있지만,[10] 거의 모든 새로운 학술지는 2상 가정을 사용한다. 나노유체의 물리적 성질을 성분과 농도의 함수로 삼는 단상 유체의 고전적 이론을 적용할 수 있다.[11] 대안적 접근방식은 2-구성 요소 모델을 사용하여 나노유체를 시뮬레이션한다.[12]

나노유체 방울의 확산은 확산에 의해 접촉선 근처에 조립된 나노입자의 고체 같은 주문 구조로 인해 강화되어 접촉선 부근에 구조적 분리 압력이 발생한다.[13] 단, 습윤 시간 척도가 확산 시간 척도보다 훨씬 작기 때문에 나노미터 척도의 작은 물방울에는 그러한 향상이 관찰되지 않는다.[14]

합성

나노유체는 다음과 같은 몇 가지 기법에 의해 생산된다.

  1. 직접 증발(1단계)
  2. 가스 응축/분산(2단계)
  3. 화학적 증기 응결(1단계)
  4. 화학적 강수량(1단계)
  5. 바이오 기반(2단계)

물, 에틸렌 글리콜, 오일을 포함한 여러 액체가 기본 액체로 사용되었다. 안정화가 도전이 될 수 있지만, 현재 진행 중인 연구에 의하면 안정화가 가능하다는 것이다. 지금까지 나노유체 합성에 사용된 나노 물질은 금속 입자, 산화 입자, 탄소 나노튜브, 그래핀 나노 플레이크, 세라믹 입자 등이다.[15][16]

클로브 싹을 이용한 다벽 탄소나노튜브(MWCNT)의 공동 기능화를 위한 바이오 기반 친환경 접근법이 개발됐다.[17][18] 일반적으로 본 합성에 채택된 일반 탄소 나노물질 기능화 절차에 사용되는 독성 및 위험산은 없다. MWCNT는 자유로운 급진적 이식 반응을 이용해 하나의 항아리에서 기능한다. 밀접하게 기능하는 MWCNT는 증류수(DI water)로 분산되어 매우 안정적인 MWCNT 수성정지(MWCNTs Nanofluid)를 생성한다.

스마트 냉각 나노유체

Kalpakkam은 인디라 간디 원자력 연구 센터의 연구팀인 기존의 나노플루오르드의 열전도율 향상에 대한 약간의 열전도율 향상에 대해 깨닫고, 열전도율이 최대 300%까지 향상되는 새로운 종류의 자성 편광 나노플루오르드를 개발했다. 이를 위해 크기가 다른(3~10nm) 지방산 산화물 자석 나노입자가 합성됐다. 이러한 자성 나노유체의 열적 특성 및 발열학적 특성 모두 열 흐름 방향에 대한 자기장 강도 및 방향을 변화시켜 튜닝할 수 있는 것으로 나타났다.[19][20][21] 그러한 반응 자극 유체는 되돌릴 수 있고 마이크로 및 나노 전자기계 시스템과 같은 미니어처 기기에 응용할 수 있다.[22][23] 2013년 아지지잔 등은 층류 유체 하에서 실험적으로 수성 자석 나노유체 대류 열전달계수에 대한 외부 자기장의 영향을 고려했다. Re=745에서 획득한 최대 300% 강화 및 자기장 경사 32.5mT/mm. 자기장이 압력 강하에 미치는 영향은 그다지 크지 않았다.[24]

감지를 위한 반응 자극 나노유체

연구자들은 나노플루이드 기반의 극도로 민감한 광학 센서를 개발했다. 이 센서는 극도로 낮은 농도의 독성 양이온에 노출되면 색상이 변한다.[25] 이 센서는 산업용 및 환경용 샘플에서 미세한 양이온 흔적을 검출하는 데 유용하다. 산업용 및 환경용 샘플의 양이온 수준을 모니터링하는 기존 기술은 비용이 많이 들고 복잡하며 시간이 많이 소요된다. 센서는 자기 나노유체로 설계돼 물에 자성 알갱이가 매달린 나노방울로 구성됐다. 고정 자기장에서 광원은 양이온 농도에 따라 나노유체의 색이 변하는 나노유체를 조명한다. 이러한 색상 변화는 양이온에 노출된 후 1초 이내에 발생하며, 기존의 다른 양이온 감지 방법보다 훨씬 빠르다.

이러한 반응 자극 나노유체는 강자성 구성 요소의 결함을 감지하고 이미지화하는 데도 사용된다. 광안경은, 이른바, 자석적으로 편광할 수 있는 나노 에멀젼에 기초하고 있는데, 이것은 샘플의 결함 있는 부위와 접촉할 때 색깔이 변하게 된다. 이 장치는 선로 및 파이프라인과 같은 구조물을 감시하는 데 사용될 수 있다.[26][27]


자기 반응 광결정 나노유체

80~150나노미터 크기의 자기 나노입자 군집이나 자기 나노기드는 수백나노미터의 순서대로 일정한 인터피자 간격을 두고 외부 자기장 방향을 따라 구조물을 주문하여 정지상태에서 가시광선의 강한 회절을 초래했다.[28][29]

나노루브리컨츠

나노입자 기반의 정지를 기술할 때 사용되는 또 다른 단어는 나노입자 입니다.[30] 그것들은 주로 엔진과 기계 윤활에 사용되는 기름을 사용하여 준비된다. 지금까지 금속, 산화물, 탄소배당제를 포함한 여러 가지 재료가 나노입자체를 만드는 데 사용되었다. 나노소재를 첨가하면 주로 염기유의 열전도율과 마모방지 특성이 강화된다. MoS2, 그래핀, Cu 기반 유체는 광범위하게 연구되었지만, 기본적인 메커니즘에 대한 근본적인 이해는 여전히 필요하다.

MoS2(Molybdenum disulfide)와 그래핀은 세 번째 바디 윤활제로 작용하며, 기본적으로 미세한 미세한 볼 베어링이 되어 두 접촉 표면 사이의 마찰을 감소시킨다.[31][32] 이러한 입자의 충분한 공급이 접촉 인터페이스에 존재하는 경우 이 메커니즘은 유익하다. 마찰 메커니즘이 세 번째 바디 윤활유를 밀어내면서 유익한 효과는 감소한다. 윤활유를 바꾸면 기름으로 배출되는 나노입자 효과가 없어진다.

마그네슘 규산염 수산화물(MSH)과 같은 다른 나노입자 접근법은 나노물질들을 접착제와 윤활기능으로 합성하여 나노입자 코팅에 의존한다. 나노입자 코팅에 대한 연구는 학계와 산업계 양쪽에서 모두 이루어졌다.[33][34] 나노보전 첨가제는 물론 다이아몬드형 탄소(DLC) 코팅 형성에 대한 기계적 모델 설명도 아르곤네 국립 연구소의 알리 에르데미르에 의해 개발됐다.[35] 트리보 같은 회사TEX는 차량 엔진 및 산업 용도에 대한 합성 MSH 나노 물질 코팅의 소비자 형태를 제공한다.[36][31]

석유 정제 공정의 나노플루이드

나노입자를 이용해 원유회수를 강화할 수 있다는 연구결과가 많다.[37] 석유·가스 산업용 나노유체 개발은 실질적인 측면이 크다는 것은 분명하다.

적용들

나노유체는 열교환기, 전자냉각계통(평판 등) 및 방사기와 같은 열전달장치의 냉각제로서 열적 특성을 강화하는 데 주로 사용된다.[38] 평판 위의 열 전달은 많은 연구자들에 의해 분석되었다.[39] 그러나 그것들은 또한 제어되는 광학 특성에도 유용하다.[40][41][42][43] 그래핀 기반 나노유체가 중합효소 연쇄반응[44] 효율을 높인다는 연구결과가 나왔다. 태양열 집열기의 나노플루오르드는 조절 가능한 광학적 특성에 나노플루오르드를 채용하는 또 다른 응용 프로그램이다.[45][46] 나노플루오르드는 열전도도를[47] 바꾸고 햇빛을 흡수함으로써 열 담수화 기술을 향상시키기 위해 연구되었지만 나노플루오르드의 표면 오염은 그러한 접근에 큰 위험을 준다.[48][47]

나노유체의 열물리학적 특성

나노입자이동

염기 유체, 특히 열전달계수에 비해 나노유체 열특성의 비정상적인 증가를 나타내는 초기 연구들은 대부분 신빙성이 떨어졌다. 전 세계[49] 30개 이상의 연구소가 참여한 연구에서 도출된 주요 결론 중 하나는 "이 연습에서 시험한 제한된 나노유체 집합에서 열전도도의 비정상적인 향상이 관찰되지 않았다"는 것이었다. 코스트 자금 연구 프로그램인 나노우프타케(Nanouptake, COST Action CA15119)[1]는 "열교환 및 저장 시스템의 효율성을 높이기 위해 나노유체들을 첨단 열전달/열저장 재료로 개발 및 육성하기 위한 것"을 목적으로 설립되었다. 최종 결과 중 하나는 5개의 서로 다른 실험실에서 실시한 실험 연구와 관련된 것으로, "변칙적이거나 설명할 수 없는 영향은 없다"고 결론지었다.[50]

이러한 명백한 결정적인 실험 조사에도 불구하고 이론 논문은 변칙적인 강화라는 주장을 계속 따르고 있다.[51][52][53][54][55][56][57] 특히 부오니오르노가 제안한 바와 같이 브라운과 열가소성 메커니즘을 통해 더욱 그렇다.[2] 브라운관 확산은 나노입자와 액체분자 사이의 충돌에서 기인하는 기체 내 부유 나노입자의 임의 표류 때문이다. 열포자충은 나노입자가 온열기에서 더 추운 지역으로 이동하도록 유도하는데, 이는 다시 액체 분자와의 충돌 때문이다. 실험 결과와 이론적 결과 사이의 불일치는 마이어스 외 연구진에 설명되어 있다.[58] 특히 브라운 운동과 열포레시스 효과가 너무 작아서 유의미한 효과를 낼 수 없다는 것을 알 수 있다: 그들의 역할은 종종 부정확한 매개변수 값의 사용으로 인해 이론 연구에서 증폭된다. 의 주장에 대한 실험적인 타당성확인은 알카스물 외 에 제공된다.[59] 열전달 강화의 원인으로서 브라운의 확산은 태양열 집열기의 나노유체 사용에 대한 논의에서 배제된다.

참고 항목

[60]

참조

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외부 링크

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