Наножидкости не выдерживают проверки

 


Наножидкости — суспензия нанометровых частиц. Когда наножидкости были получены в начале 1990-ых, эксперименты показали, что их теплопроводность намного выше ожидаемой. В последние годы предлагалось несколько новых теорий, чтобы объяснить это аномальное поведение. Среди них есть и теория «микроконвекции», предсказывающая аномальное увеличение теплопроводности на несколько порядков при добавлении легких наночастиц, радиусом меньше 10 нм.

Исследователи MIT недавно провели эксперименты, чтобы проверить эффект микроконвекции, и нашли, что наножидкости фактически не имеют особенных способностей к охлаждению, приписанными им. Ученые сообщают о полученных результатах в выпуске 31 авг. Physical Review Letters.

«Мы сделали заключение, что нет никакого ‚волшебства‘ в наножидкостях, и обещание, что наножидкости станут ‘наноинжинерным хладагентом’, остается в значительной степени невыполненным и вероятно останется таким в последующие годы,» — сказал Джекоб Ипен (Jacob Eapen), ведущий автор статьи. Жидкости часто используются для индустриального охлаждения, особенно в ядерных и угольных электростанциях. Автомобильные двигатели, кондиционеры и рефрижераторы также охлаждаются жидкостями. Однако, твердые частицы имеют более высокую теплопроводность, чем жидкости. Исследователи долго экспериментировали с улучшением теплопроводности жидкостей, диспергируя в них твердые частицы. В теории это должно улучшить эффективность охлаждающихся устройств.

В 1960-ых инженеры пробовали данный подход с использованием микронных частиц, но большой размер частиц приводил к эрозии труб и повреждению насоса. Только в 1990-ых исследователи стали в состоянии использовать частицы наноразмера. Начальные эксперименты были очень многообещающими, показывая увеличение теплопроводности наножидкостей на несколько порядков по сравнению с предсказаниями теории Максвелла. В теории микроконвекции, которая пробовала объяснить это поведение, выдвигалась гипотеза, что «случайное движение диффундирующих наночастиц — эффективный источник конвекции в жидкости, которое может увеличить теплопередачу окружающей жидкости,» — говорит Ипен.

Исследовательская группа из MIT решила проверить теорию микроконвекции, испытывая одно из ее предсказаний: легкие наночастицы увеличат теплопроводность наножидкости. Исследователи использовали сильно диспергированный кварц и частицы тефлона, оба материала легче, чем обычно используемый глинозем и окись меди. Наблюдаемые теплопроводности были намного ниже, чем предсказывает теория микроконвекции. «Таким образом, мы смогли экспериментально показать, что микроконвекции не существует," — говорит Ипен. Полученные результаты действительно хорошо согласуются с теорией Максвелла. Фактически, теплопроводность наножидкостей подобна таковой для неоднородных материалов. Описание такого поведения как «аномального» было неудачным последствием применения теории Максвелла, которая является верной только для хорошо диспергированных наночастиц. В большинстве наножидкостей диспергированные частицы формируют линейные цепочки, и классическая теория действительно предсказывает большую теплопроводность.

Переводчик: Дмитрий Лещев

Источник: NanoNewsNet