L'huile minérale associée aux nanodiamants est plus efficace que les autres nanofluides pour les applications de transfert de chaleur, selon des chercheurs de l'Université Rice. Les chercheurs ont testé des nanodiamants dans de l'huile minérale à des concentrations allant jusqu'à 0,1% en poids pour voir dans quelle mesure il transférerait la chaleur tout en restant à une viscosité utilisable. Crédit :Ajayan Group
(Phys.org) —Un mélange de nanoparticules de diamant et d'huile minérale surpasse facilement les autres types de fluides créés pour les applications de transfert de chaleur, selon de nouvelles recherches de l'Université Rice.
Les scientifiques du riz ont mélangé de très faibles concentrations de particules de diamant (environ 6 nanomètres de diamètre) avec de l'huile minérale pour tester la conductivité thermique du nanofluide et comment la température affecterait sa viscosité. Ils l'ont trouvé bien meilleur que les nanofluides qui contiennent des quantités plus élevées d'oxyde, céramiques nitrure ou carbure, métaux, semi-conducteurs, nanotubes de carbone et autres matériaux composites.
Les résultats de Rice sont parus cette semaine dans le journal de l'American Chemical Society Matériaux appliqués et interfaces .
Le travail qui pourrait améliorer les applications où le contrôle de la chaleur est primordial a été mené par Pulickel Ajayan, président du nouveau département de science des matériaux et nano-ingénierie de Rice; Jaime Taha-Tijerina, ancien élève de Rice, maintenant chercheur au Centre de recherche et de technologie Viakable à Monterrey, Mexique; et collaborateur de recherche chez Carbon Sponge Solutions à Houston.
Les fluides thermiques sont utilisés pour atténuer l'usure des composants et des outils et pour les opérations d'usinage comme l'emboutissage et le perçage, traitement médical et diagnostic, biopharmaceutique, climatisation, réservoirs de carburant, systèmes de transmission de puissance, cellules solaires, systèmes mécaniques micro et nanoélectroniques et systèmes de refroidissement pour tout, des moteurs aux réacteurs nucléaires.
Une image au microscope électronique montre des nanoparticules de diamant en suspension dans l'huile. L'encart montre les plans de diffraction des particules. Crédit :Ajayan Group
Les fluides pour chaque application doivent équilibrer une capacité d'écoulement avec des propriétés de transport thermique. Les fluides minces comme l'eau et l'éthylène glycol s'écoulent facilement mais ne conduisent pas bien la chaleur, alors que les fluides caloporteurs traditionnels peuvent être affectés par la stabilité, viscosité, charge surfacique, superposition, l'agglomération et d'autres facteurs qui limitent le flux essentiel.
Depuis la fin des années 90, les chercheurs recherchent des solutions efficaces, nanofluides personnalisables qui offrent un juste milieu. Ils utilisent des particules inférieures à 100 nanomètres à des concentrations suffisamment faibles pour ne pas limiter l'écoulement, tout en utilisant efficacement leurs propriétés de transfert de chaleur et de stockage.
Les nanodiamants s'avèrent être le meilleur additif à ce jour. Ils possèdent la plupart des propriétés qui rendent le diamant en vrac si exceptionnel pour les applications de transfert de chaleur à l'échelle macro. Les cristaux de diamant simples peuvent avoir une conductivité thermique 100 fois supérieure à celle du cuivre tout en agissant comme un lubrifiant efficace.
« Les grandes propriétés du nanodiamant - onctuosité, conductivité thermique élevée et résistivité et stabilité électriques, entre autres, sont assez impressionnants, " a déclaré Taha-Tijerina. "Nous avons découvert que nous pouvions combiner de très petites quantités avec des fluides conventionnels et obtenir un transport thermique extraordinaire sans problèmes importants de viscosité."
Dans les essais, les chercheurs ont dispersé des nanodiamants dans de l'huile minérale et ont découvert qu'une très faible concentration - un dixième de pour cent en poids - augmentait la conductivité thermique de l'huile de 70 pour cent à 373 kelvins (environ 211 degrés Fahrenheit). La même concentration de nanodiamant à une température plus basse a encore augmenté la conductivité, mais avec un effet moindre (environ 40 pour cent à 323 K).
Ils ont suggéré qu'un mécanisme un peu comme la percolation - mais peut-être différent de tout ce qui a déjà été vu - s'installe lorsque les molécules de pétrole et de diamant entrent en collision lorsqu'elles sont chauffées.
"Le mouvement brownien et les interactions nanoparticules/fluides jouent un rôle important, " a déclaré Taha-Tijerina. "Nous avons observé une amélioration de la conductivité thermique avec des changements incrémentiels de température et de la quantité de nanodiamants utilisés. Les variations dépendantes de la température nous ont dit que les changements étaient dus non seulement au mécanisme de percolation mais aussi au mouvement brownien."
