El aceite mineral combinado con nanodiamantes es más eficaz que otros nanofluidos para aplicaciones de transferencia de calor. según investigadores de la Universidad de Rice. Los investigadores probaron nanodiamantes en aceite mineral en concentraciones de hasta 0,1 por ciento en peso para ver qué tan bien transfería el calor sin dejar de tener una viscosidad utilizable. Crédito:Ajayan Group
(Phys.org) —Una mezcla de nanopartículas de diamante y aceite mineral supera fácilmente a otros tipos de fluidos creados para aplicaciones de transferencia de calor, según una nueva investigación de la Universidad de Rice.
Los científicos de Rice mezclaron concentraciones muy bajas de partículas de diamante (alrededor de 6 nanómetros de diámetro) con aceite mineral para probar la conductividad térmica del nanofluido y cómo la temperatura afectaría su viscosidad. Descubrieron que era mucho mejor que los nanofluidos que contienen mayores cantidades de óxido, cerámicas de nitruro o carburo, rieles, semiconductores, nanotubos de carbono y otros materiales compuestos.
Los resultados de Rice aparecieron esta semana en la revista American Chemical Society. Materiales e interfaces aplicados .
El trabajo que podría mejorar las aplicaciones donde el control del calor es primordial fue dirigido por Pulickel Ajayan, presidente del nuevo Departamento de Ciencia de Materiales y Nanoingeniería de Rice; Ex alumno de Rice Jaime Taha-Tijerina, ahora científico investigador en el Centro de Investigación y Tecnología Viakable en Monterrey, México; y colaborador de investigación en Carbon Sponge Solutions en Houston.
Los fluidos térmicos se utilizan para aliviar el desgaste de componentes y herramientas y para operaciones de mecanizado como estampado y taladrado. terapia y diagnóstico médico, biofarmacéuticos, aire acondicionado, celdas de combustible, sistemas de transmisión de energía, células solares, Sistemas mecánicos micro y nanoelectrónicos y sistemas de refrigeración para todo, desde motores hasta reactores nucleares.
Una imagen de microscopio electrónico muestra nanopartículas de diamante suspendidas en aceite. El recuadro muestra los planos de difracción de las partículas. Crédito:Ajayan Group
Los fluidos para cada aplicación deben equilibrar la capacidad de fluir con las propiedades de transporte térmico. Los fluidos finos como el agua y el etilenglicol fluyen fácilmente pero no conducen bien el calor. mientras que los fluidos tradicionales de transferencia de calor pueden verse afectados por la estabilidad, viscosidad, carga superficial, capas, aglomeración y otros factores que limitan el flujo esencial.
Los investigadores han estado buscando desde finales de la década de 1990 nanofluidos personalizables que ofrecen un término medio. Utilizan partículas de menos de 100 nanómetros en concentraciones lo suficientemente bajas como para que no limiten el flujo pero sigan haciendo un uso eficiente de sus propiedades de transferencia de calor y almacenamiento.
Los nanodiamantes están demostrando ser el mejor aditivo hasta ahora. Poseen la mayoría de las propiedades que hacen que el diamante a granel sea tan excepcional para aplicaciones de transferencia de calor a escala macro. Los cristales de un solo diamante pueden tener una conductividad térmica 100 veces mejor que el cobre y, al mismo tiempo, actuar como un lubricante eficaz.
"Las grandes propiedades del nanodiamante:lubricidad, alta conductividad térmica y resistividad y estabilidad eléctricas, entre otros, son bastante impresionantes, ", dijo Taha-Tijerina." Descubrimos que podíamos combinar cantidades muy pequeñas con fluidos convencionales y obtener un transporte térmico extraordinario sin problemas importantes de viscosidad ".
En pruebas, los investigadores dispersaron nanodiamantes en aceite mineral y encontraron que una concentración muy pequeña (una décima parte de un porcentaje en peso) elevaba la conductividad térmica del aceite en un 70 por ciento a 373 kelvins (aproximadamente 211 grados Fahrenheit). La misma concentración de nanodiamante a una temperatura más baja todavía elevó la conductividad, pero con un efecto menor (alrededor del 40 por ciento a 323 K).
Sugirieron un mecanismo parecido a la percolación, pero quizás diferente a todo lo visto hasta ahora, se afianza cuando las moléculas de aceite y diamante chocan cuando se calientan.
"El movimiento browniano y las interacciones entre nanopartículas y fluidos juegan un papel importante, ", Dijo Taha-Tijerina." Observamos una mejora en la conductividad térmica con cambios incrementales en la temperatura y la cantidad de nanodiamantes utilizados. Las variaciones dependientes de la temperatura nos dijeron que los cambios se debían no solo al mecanismo de percolación sino también al movimiento browniano ".
