เพชรเป็นเพื่อนที่ดีที่สุดของน้ำมัน: การวิจัยเพื่อค้นหาของเหลวนาโนที่ดีที่สุดสำหรับการถ่ายเทความร้อน

นักวิทยาศาสตร์ด้านข้าวได้ผสมอนุภาคเพชรที่มีความเข้มข้นต่ำมาก (เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 6 นาโนเมตร) กับน้ำมันแร่เพื่อทดสอบการนำความร้อนของของไหลนาโนและอุณหภูมิจะส่งผลต่อความหนืดของมันอย่างไร พวกเขาพบว่าดีกว่าของไหลนาโนที่ประกอบด้วยเซรามิกออกไซด์ ไนไตรด์หรือคาร์ไบด์ โลหะ เซมิคอนดักเตอร์ ท่อนาโนคาร์บอน และวัสดุคอมโพสิตอื่นๆ ในปริมาณที่สูงกว่า ผลลัพธ์ของข้าวปรากฏในเดือนนี้ในวารสาร American Chemical Society and Applied Materials and Interfaces งานที่สามารถปรับปรุงการใช้งานที่ควบคุมความร้อนเป็นสิ่งสำคัญยิ่งนำโดย Pulickel Ajayan ประธานแผนกวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมนาโนแห่งใหม่ของ Rice และศิษย์เก่าของไรซ์ Jaime Taha-Tijerina ซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิทยาศาสตร์วิจัยที่ Viakable Technology and Research Center ในเมืองมอนเตร์เรย์ ประเทศเม็กซิโก และผู้ร่วมวิจัยที่ Carbon Sponge Solutions ในฮูสตัน ของเหลวระบายความร้อนถูกใช้เพื่อบรรเทาการสึกหรอของส่วนประกอบและเครื่องมือ และสำหรับการตัดเฉือน เช่น การปั๊มและการเจาะ การบำบัดทางการแพทย์และการวินิจฉัย เวชภัณฑ์ชีวภาพ เครื่องปรับอากาศ เซลล์เชื้อเพลิง ระบบส่งกำลัง เซลล์แสงอาทิตย์ ระบบเครื่องกลไมโครและนาโนอิเล็กทรอนิกส์ และระบบทำความเย็นสำหรับ ทุกอย่างตั้งแต่เครื่องยนต์ไปจนถึงเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ของไหลสำหรับแต่ละการใช้งานต้องสร้างความสมดุลระหว่างความสามารถในการไหลกับคุณสมบัติการถ่ายเทความร้อน ของไหลบางๆ เช่น น้ำและเอทิลีนไกลคอลไหลได้ง่ายแต่นำความร้อนได้ไม่ดี ในขณะที่ของไหลถ่ายเทความร้อนแบบดั้งเดิมอาจได้รับผลกระทบจากความเสถียร ความหนืด ประจุที่พื้นผิว การแบ่งชั้น การรวมตัวกัน น้ำมันแร่ และปัจจัยอื่นๆ ที่จำกัดการไหลที่สำคัญ นักวิจัยมองหาตั้งแต่ปลายทศวรรษที่ 1990 สำหรับนาโนฟลูอิดที่มีประสิทธิภาพและปรับแต่งได้ซึ่งให้ประสิทธิภาพระดับกลาง พวกเขาใช้อนุภาคขนาดต่ำกว่า 100 นาโนเมตรในความเข้มข้นต่ำพอที่พวกเขาจะไม่จำกัดการไหล แต่ยังคงใช้คุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนและการจัดเก็บอย่างมีประสิทธิภาพ เพชรนาโนได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นสารเติมแต่งที่ดีที่สุด พวกเขามีคุณสมบัติส่วนใหญ่ที่ทำให้เพชรจำนวนมากมีความโดดเด่นสำหรับการใช้งานการถ่ายเทความร้อนในระดับมหภาค ผลึกเพชรเดี่ยวสามารถนำความร้อนได้ดีกว่าทองแดงถึง 100 เท่า ในขณะที่ยังคงทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่นที่มีประสิทธิภาพ Taha-Tijerina กล่าวว่า "คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของเพชรนาโน ได้แก่ การหล่อลื่น การนำความร้อนสูง ความต้านทานไฟฟ้าและความเสถียร เป็นต้น เป็นสิ่งที่น่าประทับใจมาก "เราพบว่าเราสามารถรวมปริมาณที่น้อยมากเข้ากับของไหลธรรมดาและได้การขนส่งทางความร้อนที่ไม่ธรรมดาโดยไม่มีปัญหาเรื่องความหนืด" ในการทดสอบ นักวิจัยได้กระจายนาโนไดมอนด์ในน้ำมันแร่และพบว่าความเข้มข้นที่น้อยมาก – หนึ่งในสิบของเปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก – เพิ่มค่าการนำความร้อนของน้ำมันขึ้น 70 เปอร์เซ็นต์ที่ 373 เคลวิน (ประมาณ 211 องศาฟาเรนไฮต์) ความเข้มข้นของเพชรนาโนที่เท่ากันที่อุณหภูมิต่ำกว่ายังคงทำให้การนำไฟฟ้าสูงขึ้น แต่ให้ผลน้อยลง (ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ที่ 323 K) พวกเขาแนะนำกลไกที่คล้ายกับการซึมผ่านของน้ำ แต่บางทีอาจไม่เหมือนสิ่งอื่นที่เคยเห็นมา ซึ่งจับตัวกันในขณะที่โมเลกุลของน้ำมันและเพชรชนกันเมื่อถูกความร้อน Taha-Tijerina กล่าวว่า "การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนและอนุภาคนาโน/ของไหลมีบทบาทสำคัญ "เราสังเกตการเพิ่มประสิทธิภาพในการนำความร้อนด้วยการเปลี่ยนแปลงที่เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและปริมาณของเพชรนาโนที่ใช้ การเปลี่ยนแปลงที่ขึ้นกับอุณหภูมิบอกเราว่าการเปลี่ยนแปลงไม่ได้เกิดจากกลไกการซึมผ่านเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนด้วย" ผู้เขียนร่วมคืออดีตนักวิจัยหลังปริญญาเอกของ Rice Tharangattu Narayanan ปัจจุบันอยู่ที่สถาบันวิจัยเคมีไฟฟ้า CSIR-Central, Karaikundi ประเทศอินเดีย Chandra Sekhar Tiwary ผู้ซึ่งมีนัดวิจัยที่ Rice และเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ Indian Institute of Science, Bangalore, India; และศิษย์เก่าของไรซ์ Karen Lozano ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกล และ Mircea Chipara ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และธรณีวิทยา จาก University of Texas Pan American เมืองเอดินเบิร์ก รัฐเท็กซัส Ajayan เป็นศาสตราจารย์เบนจามิน เอ็ม. และแมรี่ กรีนวูด แอนเดอร์สันของไรซ์ สาขาวิศวกรรมเครื่องกลและวัสดุศาสตร์ และสาขาเคมี สภาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติของเม็กซิโกและสำนักงานวิจัยกองทัพผ่านโครงการริเริ่มการวิจัยมหาวิทยาลัยสหสาขาวิชาชีพสนับสนุนการวิจัย