Se ha descubierto que los nanofluidos (NF) poseen propiedades termofísicas mejoradas en comparación con los fluidos desnudos como los solventes orgánicos o el agua. Desde que se publicó el primer estudio en 1951, los NF se han convertido en fluidos de transporte de calor prometedores con conductividad térmica mejorada en una amplia gama de aplicaciones tecnológicas, por ejemplo, refrigeración electrónica, dispositivos de calentamiento solar de agua, reactores nucleares, radiadores. Por lo tanto, las caracterizaciones precisas de las propiedades termofísicas de la superficie y del volumen de un NF son indispensables para calibrarlas y predecir sus capacidades.

En un estudio reciente publicado en Light Science and Applications , investigadores del Instituto de Óptica, Mecánica Fina y Física de Changchun (CIOMP) de la Academia de Ciencias de China propusieron una técnica óptica versátil basada en la interferometría de sonda de excitación de bomba para caracterizar las propiedades termofísicas tanto de los nanofluidos como de los fluidos biológicos sin contacto, y abordar así los desafíos de la deformación termocapilar que limitan su aplicación.

Se han utilizado varios métodos para explorar las propiedades termofísicas de NF y proporcionar caracterizaciones de NF. La deformación termocapilar inducida por el calentamiento láser localizado se ha utilizado para medir la difusividad térmica y monitorear las impurezas orgánicas en el agua.

Sin embargo, debido a su interacción directa láser-fluido, la deformación termocapilar tiene dos retos pendientes que limitan su aplicación práctica. La primera es el hecho de que solo funciona para fluidos puros, porque para los nanofluidos y los biofluidos surge una interacción compleja de radiación, termocapilaridad y fuerzas de dispersión, lo que puede llevar a una determinación imprecisa de las propiedades termofísicas. El segundo desafío es que la deformación termocapilar no funciona para aplicaciones en las que la bomba láser puede provocar daños en el biofluido y sistemas donde el fluido está confinado en una superficie cerrada.

En su estudio, el equipo de CIOMP ilustró tres configuraciones muy diferentes. Calentaron el NF desde el fondo a través de un sustrato opaco y proporcionaron las primeras mediciones a escala a escala de las propiedades termofísicas (viscosidad, coeficiente de tensión superficial y difusividad) del NF complejo y el biofluido sin daños ni fuerzas en competencia.

Los investigadores también iluminaron el fluido desde su superficie libre (exposición desde la parte superior para las gotas depositadas) y mostraron una caracterización precisa de NF aislando cuantitativamente las fuerzas en competencia, aprovechando las diferentes escalas de tiempo de estas fuerzas.

En la tercera configuración, el equipo investigó las propiedades termofísicas de los NF cuando están confinados en una cavidad metálica. En este caso, la deformación termoelástica transitoria de la superficie del metal proporciona las propiedades de NF así como las propiedades termomecánicas del metal.

"Teniendo en cuenta esta versatilidad, nuestra técnica funciona para casi todos los líquidos y, por lo tanto, se puede aplicar a una amplia gama de escenarios de aplicación para la caracterización precisa in situ de las propiedades termofísicas de fluidos complejos a pequeña escala", dijo Gopal Verma, investigador principal de el estudio del CIOMP. + Explora más

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