Bộ điều nhiệt Grant TC120 trong nghiên cứu độ dẫn nhiệt của Nanofluids (chất lỏng nano) spinel magiê-nhôm (MgAl2O4 -DG) dựa trên diethylene glycol
Lời tựa:
“Thiết bị Công nghệ cao – nano technology hay Công nghệ nano đang hiện diện trong nhiều lĩnh vực khoa học – công nghệ và làm thay đổi diện mạo của cuộc sống con người. Công nghệ này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sinh tổng hợp, y-dược, mỹ phẩm, điện tử-điện, quốc phòng, nông nghiệp, thực phẩm,..Công nghệ nano được đánh giá là một trong những thành phần công nghệ điển hình của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Nhờ nhiều triển vọng, nên ngày càng có nhiều doanh nghiệp phát triển các hoạt động liên quan đến công nghệ nano.
“Cụm từ “ Nano” hay Nanotechnology – Công nghệ nano, không là một lĩnh vực độc lập mà nó phát triển cùng với nhiều lĩnh vực khác, tùy theo mục đích sử dụng. Ứng dụng của vật liệu nano kết hợp với những công nghệ hiện có trong nhiều lĩnh vực sẽ là động lực để công nghệ phát triển mạnh mẽ và được kỳ vọng trong vấn đề về kinh tế.
Trong trích dẫn và tổng hợp của team R&D Service Công ty Thiết bị Ngày Nay liên quan tới lĩnh vực Nano, thông qua công trình của nhóm nhà khoa học(…) dưới đây nhằm cung cấp thông tin mở rộng tìm kiếm về nhu cầu nghiên cứu khoa học – công nghệ cho đối tác – khách hàng phòng thí nghiệm, trong đó các quy trình, tài liệu và phương pháp hỗ trợ thực hiện về nhiệm vụ nghiên cứu lĩnh vực Công nghệ Vật liệu Nano là được đề cập.
Đặc biệt, một module – mắt xích quan trọng được quan tâm trong nghiên cứu này là sự điều khiển kiểm soát nhiệt độ ổn định được thực hiện bởi Bộ điều nhiệt Grant TC120, nhằm đảm bảo nhiệm vụ nghiên cứu, cung cấp số liệu chính xác, góp phần cho sự thành công của công trình nghiên cứu vật liệu nano của bạn, cũng như các lĩnh vực khác.

Tóm tắt
Bài báo trình bày kết quả đo độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano MgAl2O4-DG nanofluids. Sự phụ thuộc của độ dẫn nhiệt vào nồng độ hạt nano ở nhiều nhiệt độ khác nhau từ 293,15 đến 338,15 K với bước 15 K đã được kiểm tra.
Dữ liệu thực nghiệm đã được mô hình hóa với các mô hình lý thuyết hiện có, mô tả các tác động của nồng độ hạt lên độ dẫn nhiệt của huyền phù. Các nghiên cứu đã trình bày rằng độ dẫn nhiệt của Nanofluids MgAl2O4-DG tăng tỷ lệ thuận với nồng độ thể tích của các hạt nano.
1 Giới thiệu
Nanofluid (chất lỏng Nano) là hỗn dịch các hạt có kích thước nanomet trong chất lỏng cơ bản. Do tiềm năng to lớn để sử dụng các vật liệu kỹ thuật này [ 1 , 2 , 3 ], đặc biệt là trong lĩnh vực trao đổi nhiệt [ 4 , 5 , 6 , 7 ], nhiều nhóm khoa học trên toàn thế giới đã tiến hành các nghiên cứu về các tính chất vật lý cơ bản. Các thí nghiệm chủ yếu được tiến hành về các tính chất lưu biến và nhiệt, đặc biệt chú trọng đến độ dẫn nhiệt.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ dẫn nhiệt của chất lỏng tăng lên khi các hạt nano được phân tán trong đó [ 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 ]. Sự gia tăng này có thể đặc biệt thú vị đối với cả các kỹ sư đang lập kế hoạch ứng dụng thực tế của chất lỏng nano, cũng như các nhà nghiên cứu đang cố gắng hiểu các cơ chế chịu trách nhiệm cho hiện tượng này. Cụ thể hơn, sự phụ thuộc của độ dẫn nhiệt vào nồng độ đã được Albadr et al. [ 18 ] và Xuan et al. [ 19 ] kiểm tra thử nghiệm.
Tính chất nhiệt của nanofluid không chỉ ảnh hưởng đến bản chất của các hạt trong huyền phù. Anoop et al. [ 20 ] và Teng et al. [ 21 ] đã trình bày rằng độ dẫn nhiệt tăng khi kích thước hạt giảm đối với nanofluids, mối quan hệ tương tự đã được Esfe et al.[22] trình bày đối với nanofluids Fe-nước. Một sự phụ thuộc tương tự – giảm độ dẫn nhiệt khi kích thước của các hạt nano tăng – đã được Wang et al. [ 23 ] và Zhou et al. [ 24 ] trình bày đối với các hạt .
Một yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến tính chất nhiệt của nanofluid là hình dạng của các hạt trong huyền phù. Jeong et al. [ 25 ] đã tiến hành một nghiên cứu về nanofluid ZnO dẫn đến kết quả cho thấy độ dẫn nhiệt của huyền phù hạt hình chữ nhật cao hơn hình cầu. Timofeeva et al. [ 26 ] cũng nghiên cứu sự phụ thuộc của độ dẫn nhiệt vào hình dạng của các hạt nano trong chất lỏng nano – nanofluid.
Độ dẫn nhiệt của nanofluid chủ yếu tăng theo nhiệt độ [ 10 , 27 , 28 ]. Nhưng không phải tất cả nanofluid đều có hành vi như vậy. Mariano et al. [ 29 ] đã chỉ ra rằng đối với độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano Co3O4 dựa trên ethylene glycol giảm theo nhiệt độ. Li et al. [ 30 ] đã trình bày những kết quả rất thú vị về sự phụ thuộc của độ dẫn nhiệt vào nhiệt độ đối với chất lỏng nano SiC gốc dầu diathermic. Tác giả trình bày rằng đối với nồng độ thể tích thấp, độ dẫn nhiệt giảm theo nhiệt độ và đối với nồng độ thể tích cao, độ dẫn nhiệt tăng.
Xét đến thực tế là việc bổ sung các hạt nano vào chất lỏng chỉ dựa vào sự gia tăng độ dẫn nhiệt, rõ ràng là loại chất lỏng cơ bản được sử dụng để sản xuất chất lỏng nano là một trong những yếu tố quan trọng nhất đối với giá trị độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano.
Cũng đáng quan tâm là các tính chất lưu biến của nanofluid. Người ta đã chỉ ra rằng tùy thuộc vào loại hạt nano, nanofluid có thể có bản chất Newton [ 17 , 27 , 29 ] hoặc không phải Newton [ 31 , 32 , 33 , 34 , 35 ]. Ngoài ra, một số nanofluid có các tính chất lưu biến điện [ 36 , 37 ] và lưu biến từ [ 38 ] thú vị.
Các nanofluid MgAl2O4-DG trong nghiên cứu này có đặc tính lưu biến phức tạp [ 39 ], các vật liệu này có bản chất làm loãng cắt không theo Newton. Người ta cũng quan sát thấy hiện tượng thú vị, hình thành các khối kết tụ của các hạt nano trong quá trình đo độ nhớt quay, dẫn đến những thay đổi về độ nhớt của các nanofluid [ 40 ].
2 Vật liệu và phương pháp
2.1 Đặc điểm của hạt nano
Các bột nano MgAl2O4 được sử dụng trong các kiểm tra thử nghiệm này là spinel nhôm-magiê có bán trên thị trường do Baikowski (Annecy, Pháp) sản xuất, MÃ SỐ: 101488. Kích thước trung bình của tinh thể được đo bằng phương pháp nhiễu xạ tia X là 40 nm và được xác nhận trên hình ảnh kính hiển vi điện tử quét, có thể tìm thấy trong tài liệu tham khảo [ 39 ].
Phân bố kích thước của các hạt dựa trên phép đo đường kính thủy động trong huyền phù khi sử dụng thiết bị của hãng Malvern Instruments Ltd, Worcestershire, Vương quốc Anh. Các phép đo được thực hiện trên huyền phù pha loãng của các hạt trong diethylene glycol (0,2 g/l), đã trải qua quá trình siêu âm, trước các phép đo. Kết quả của phép đo này được trình bày trong Hình 1. Đường kính thủy động trung bình của các hạt được xác định dựa trên phương pháp này là 215 nm.

Để xác định độ dẫn nhiệt của bột nano MgAl2O4, độ khuếch tán nhiệt của nó đã được đo. Độ khuếch tán nhiệt của mẫu đã được đo ở nhiệt độ phòng bằng phương pháp đèn flash laser, sử dụng Thiết bị đèn flash laser của Netzsch Geraotebau GmbH, Selb, Đức. Sau đó, dựa trên phương pháp do Parker et al. [ 41 ] trình bày, độ dẫn nhiệt của vật liệu đã được tính toán. Độ dẫn nhiệt của bột nano MgAl2O4 xác định trong phép đo này là 14,406 W/(m K) ở nhiệt độ phòng.
Tỷ trọng của nanopowder được đo bằng cách sử dụng máy đo nhiệt độ của hãng Quantachrome Instruments, Boynton Beach, Hoa Kỳ. Nhiệt độ bên trong buồng đo được ổn định ở 297,15 K bằng bộ điều nhiệt Grant TC120 (Grant Instruments, Cambridge, GB). Giá trị tỷ trọng được tính là giá trị trung bình từ hai loạt phép đo, trong đó mỗi phép đo bao gồm năm phép đo đơn vị. Trước khi đo tỷ trọng, bột nano – nanopowder được sấy khô ở nhiệt độ 403,15 K trong 2 giờ. Tỷ trọng của bột nano MgAl2O4 là 3,3626 g/(cm 3 ) ở nhiệt độ phòng.
2.2 Chuẩn bị mẫu
Các mẫu được chuẩn bị ở các nồng độ khối lượng khác nhau (5, 15, 25 wt%) bằng cách sử dụng cân phân tích WAS 220/X (Radwag, Radom, Ba Lan) với độ chính xác 0,1 mg. Để phá vỡ các khối kết tụ của các hạt nano, khuấy cơ học trong máy lắc cơ họccủa hãng IKA, trong 30 phút và siêu âm trong thời gian 200 phút trong bể siêu âm hãng EMAG ( Moerfelden-Walldorf, Đức). Tất cả các mẫu được chuẩn bị ở nhiệt độ phòng không quá 298,15 K. Nồng độ thể tích của các chất lỏng nano được tính từ phương trình:

2.3 Đo độ dẫn nhiệt
Để nghiên cứu độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano, thiết bị phân tích tính chất nhiệt của Decagon Devices Inc., đã được sử dụng. Thiết bị này rất phổ biến và trước đây đã được nhiều nhóm nghiên cứu sử dụng để nghiên cứu tính chất nhiệt của chất lỏng nano, ví dụ như trong Tài liệu tham khảo [ 11 , 27 , 42 , 43 , 44 , 45 ].
Mẫu được điều nhiệt (làm ấm) bằng đầu dò trong bể cách thủy hãng AJL Electronic, trong 30 phút trước khi đo. Thể tích của mẫu được kiểm tra là 30 ml. Thời gian giữa các lần đo độ dẫn nhiệt liên tiếp của mẫu là 15 phút. Độ không chắc chắn của phép đo không vượt quá 2% và mô tả chi tiết về quy trình hiệu chuẩn đã được trình bày trong Tài liệu tham khảo [ 46 ]. Độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano đã được thử nghiệm ngay sau khi chuẩn bị mẫu.
3 Kết quả và thảo luận
Độ dẫn nhiệt của nanofluids MgAl2O4-DG được đo trong phạm vi nhiệt độ từ 293,15 đến 338,15 K với bước 15 K cho các nồng độ thể tích khác nhau từ 1,7 đến 10%. Kết quả của các phép đo này được tóm tắt trong Bảng 1. Có thể nhận thấy rằng độ dẫn nhiệt tăng theo nồng độ thể tích của các hạt nano ở mỗi nhiệt độ đo được, như trình bày trong Hình 2 .

Bảng 1 Giá trị thực nghiệm của độ dẫn nhiệt MgAl2O4-DG nanofluids

(Hình 2: Sự phụ thuộc của độ dẫn nhiệt của MgAl2O4-DG nanofluids trên nồng độ thể tích của các hạt nano ở các nhiệt độ khác nhau)
Vào thế kỷ 19, Maxwell [ 47 ] đã đưa ra một mô hình lý thuyết mô tả độ dẫn nhiệt của các hạt hình cầu lơ lửng dưới dạng:
Ở đây knf, kp , Và ko lần lượt là độ dẫn nhiệt của nanofluid, các hạt rắn và chất lỏng cơ bản. Jeffrey [ 48 ] đã giới thiệu mô hình xem xét hệ thống treo của các hạt hình cầu:
Trong đó:
Turian et al. [ 49 ], dựa trên dữ liệu độ dẫn nhiệt của nhiều chất lỏng cơ bản đã đưa ra một mô hình khác:
Turian và cộng sự cho rằng mô hình Maxwell là đúng đối với hệ thống treo, trong đó kp/ko~1 , trong khi mô hình do họ đề xuất phải phù hợp với hệ thống treo, trong đó kp/ko>4
Dữ liệu thực nghiệm về độ dẫn nhiệt của MgAl2O4 -DG nanofluids cho thấy rằng tỷ lệ knf/ko tăng cường là tuyến tính với nồng độ thể tích của các hạt nano. Sử dụng phần mềm gnuplot để phù hợp với một hàm tuyến tính với dữ liệu đã nhận được, đã được tiến hành. Hàm có dạng:
trong khi sai số chuẩn tiệm cận của tham số là ±0,01099 (0,3122%).
Hình 3 trình bày kết quả thực nghiệm, mô hình lý thuyết phù hợp và hàm tuyến tính (5) phù hợp với các phép đo được thực hiện ở 293,15 K.

Hình 3: Tăng cường độ dẫn nhiệt trong MgAl2O4-DG nanofluid với phần thể tích ở 293,15 K. Các chấm biểu thị các điểm đo, các đường phù hợp với mô hình lý thuyết
4. Kết luận
Bài báo trình bày kết quả khảo sát sự phụ thuộc của Độ dẫn nhiệt của nanofluids MgAl2O4– DG trên nồng độ thể tích của các hạt nano ở các nhiệt độ khác nhau. Và đã thấy rằng độ dẫn nhiệt tăng tuyến tính với nồng độ thể tích của các hạt nano trong nanofluids. Và nghiên cứu cũng thấy rằng Chất lỏng nano MgAl2O4 – DG được báo cáo nhiều lần trong các loại chất lỏng nano khác là có độ dẫn nhiệt tăng theo nhiệt độ.
Trên là trích dẫn tổng hợp của bộ phận R&D Service Công ty Thiết bị Ngày Nay, trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển sản phẩm – dịch vụ hiện nay của công ty đang cung cấp về mảng Công nghệ Cao – Công nghệ Vật liệu nano – hay Nanotechnology.
Ngoài ra, với tư cách là đại diện hãng Grant Instrument (UK) tại Việt Nam cũng như một số thị trường khác như Lào, Cambodia., chúng tôi luôn cung cấp sản phẩm và dịch vụ sau bán hàng theo chính sách từ nhà sản xuất, các chương trình xúc tiến bán hàng luôn được hãng hỗ trợ, đặc biệt liên quan tới Bộ điều nhiệt TC120 Grant trong nghiên cứu này, nhằm đáp ứng hiệu quả nhu cầu đầu tư và tiết kiệm chi phi ngân sách cho đối tác khách hàng trong nước.
