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May 23, 2023

フラーレンの熱伝導率と熱拡散率

Scientific Reports volume 12、記事番号: 9603 (2022) この記事を引用 866 アクセス 1 引用 14 オルトメトリクスの詳細 炭素ベースのナノ流体は、その優れた特性により、

Scientific Reports volume 12、記事番号: 9603 (2022) この記事を引用

866 アクセス

1 引用

14 オルトメトリック

メトリクスの詳細

カーボンベースのナノ流体 (CbNF) は、その優れた特性により、さまざまな高度な熱伝達および冷却技術に応用されています。 これらの CbNF はベース作動流体の特性を大幅に改善できると主張されています。 すべての熱特性の中で、熱伝導率 (λ) は、ナノ流体 (NF) のアプリケーションで考慮すべき主要なパラメーターとみなされます。 本研究では、液相（1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンおよび1,2-ジクロロベンゼン）中の非常に安定なフラーレン（C60）ベースのNFのλと熱拡散率（aT）の両方を初めて測定しました。大気圧、広範囲の温度 (254 ～ 323 K) での過渡多電流熱線技術。 ベース液体 (BL) と同様に、温度の上昇に伴って λ がわずかに減少することが観察されました。 さらに、BL と比較して、C60 の添加により λ が減少しました。 結果は、異なる理論モデルを使用した予測結果と比較されました。 C60 の追加による λ の変化が小さいこともあり、C60 NF と対応する BL の間で aT の大きな変化は観察されませんでした。

単層および多層グラフェン、単層および多層カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェンナノプレートレット、グラフェン量子ドット、酸化グラフェンなどで構成されるカーボンベースのナノマテリアルファミリー（CbNF）は、最近その調製方法として大きな注目を集めています。従来の液体と比較して優れた熱的特性とともに、NF のさまざまな優れたユニークな特性により、NF (つまり、ベース液体、BL への CbNF の分散) の開発に貢献しています 1、2、3、4、5。 CbNF が BL の分子に結合する方法、および BL の分子を介して結合する方法によって、レオロジー、熱伝導率、電気伝導率、または光の吸収/発光などの特性が決まります。 これらの NF は、先進的な熱伝達および冷却技術の中でも、太陽熱貯蔵、ヒートパイプ、エネルギー貯蔵などの産業用途で大きな可能性を示しています。 これは、対応する BL2、5 と比較して、熱伝導率 (λ) と対流熱伝達係数が大きいことに起因します。 実際、熱作動流体としてナノ流体 (NF) を使用する場合に最初に期待される利点は、λ の向上です。 金属または金属酸化物 (Au、Ag、Cu、Fe、CuO、Al2O3、ZnO など) に対して評価すると、カーボン ナノ構造体の λ は、固有の λ が高く、密度が低く、C-C 共有結合が強いため、より大きくなります。フォノン散乱６． たとえば、炭素材料の λ は、ダイヤモンド状カーボンの 0.2 W/m K から単層カーボン ナノチューブ (SWNT) の 6000 W/m K まで幅広い範囲にあります7。 これは、グラフェン (5300 W/m K)8、二層カーボン ナノ チューブ (DWNT、3986 W/m K)、および多層カーボン ナノ チューブ (MWNT、3000 W/m K) よりも優れています。 5、7、9。 したがって、炭素材料は断熱材（ダイヤモンド状カーボンなど）または熱超伝導体（グラフェンなど）として応用できます。

さまざまな実験的および理論的研究が、NF および関連する影響因子の λ 増強を報告していることは注目に値します。 結果は、NF の λ が通常、粒子の熱伝導率、NF 内の濃度、サイズと形状だけでなく、ベース流体、pH 値、界面活性剤、分散剤、静置状態などの環境パラメーターの関数であることを示しました。時間10. さまざまな研究により、より低いλのベース流体を考慮すると、NF のより高い λ 増強が得られることが示されています 2。 さらに、ナノ添加剤の体積分率が非常に低いと、NF の λ が異常に強化されることが報告されています 11、12、13、14。 例えば、Choiらによる最初の研究12では、合成ポリ（アルファオレフィン）（PAO）オイルに分散された1.0体積％の多層カーボンナノチューブ（MWCNT）について160％のλ増強が報告された。 カーボン ナノ チューブ ベースの NF の λ 増強ははるかに低い (つまり、1 桁小さく、7% という低さ) ことが、官能化 MWCNT やさまざまなベースの流体 (水、油、デセン、エチレングリコール、グリセロール) を含む他のさまざまな研究で見つかりました。 、冷媒R113など）14、15、16、17、18、19、20、21、22、23。 いくつかの研究では、特に NF の調製から最初の 10 日間までに λ の時間の減少が観察されましたが、減少率も時間とともに減少しました 9。