SiO2-TiO2 hibrid és kompozit nanofolyadékok előállítása és vizsgálata
A nanofolyadékok az utóbbi években egyre nagyobb szerepet játszanak a hőközvetítő folyadékok termikus tulajdonságainak javításában. Ezek az új típusú folyadékok lehetővé teszik a hőátadás hatékony javítását a hőátadó felület növelése nélkül, ami különösen hasznos lehet mikroelektronikai eszközök hűtésénél.
Kutatómunkámban különböző típusú TiO2-SiO2 nanofolyadékokkal foglalkoztam. Egyrészt különálló SiO2 és TiO2 nanosrészecskékből kiindulva SiO2-TiO2 hibrid nanofolyadékot készítettem. Másrészt azt tanulmányoztam, mi történik, ha a SiO2 szemcsékre TiO2 nanorétegeket viszek fel atomi réteg leválasztással, és ez hogyan befolyásolja mag/héj szemcsékből készített nanofolyadék tulajdonságait.
A használt részecskéket többféle analitikai módszerrel vizsgáltam. FT-IR spektroszkópiával XRD-vel SEM-mel. Ezek alapján a használt SiO2 és SiO2/TiO2 kompozit részecskék amorfak, a P25 TiO2 szemcsék pedig kétféle polimorf módosulatból, rutilból és anatázból állnak. A részecskék erősen aggregáltak.
A nanofolyadékok egyik nagyon fontos tulajdonsága a stabilitás, hiszen iparban használt közegnek szánjuk. A megfelelő stabilitást az alapfolyadék megfelelő összetételével (hibrid nanofolyadék esetén etilén-glikol: víz 1:5 összetételű elegye, kompozit esetén ez az arány 1:1 volt) értem el. Próbáltam növelni a stabilitást felületaktív anyagokkal, de egyik sem volt hatékony. A nanofolyadék stabilitását zetapotenciál méréssel vizsgáltam, ami alapján a legtöbb nanofolyadék stabilnak mondható.
A szilárd részecskék nemcsak a hővezetőképességet hanem a viszkozitást is jelentős mértékben befolyásolják, így mindkettőt mértem. A vizsgált nanofolyadékok csak nagyobb nyírási sebességeknél viselkednek Newtoni folyadékként. A hőmérséklet növelésével csökkent a viszkozitás viszont csak olyan mértékben, mint az alapfolyadék esetén, tehát a relatív viszkozitás nem függ jelentős mértékben a hőmérséklettől. A részecskék mennyiségének növelése nagyobb viszkozitást eredményezett. A hővezetőképesség és a relatív hővezetőképesség is növekedett a részecskék mennyiségének és a nanofolyadék hőmérséklének növekedésével.
A SiO2-TiO2 hibrid nanofolyadék esetén a hővezetőkképesség jelentősen emelkedett a csak SiO2-ot, vagy csak TiO2-t tartalmazó nanofolyadékhoz képest, míg a viszkozitás a két egyszerű nanofolyadék közöttinek adódott. Az ALD-vel előállított SiO2/TiO2 mag/héj kompozit nanofolyadéknál is sikerült a hővezetőképességet növelni a bevonat mentes SiO2-hoz képest. Tehát a hibrid és kompozit nanofolyadék is növelte a hőátadás hatékonyságát.
Mivel a viszkozitás és a hővezetőképesség növekedése ellentétesen hat a hőátadásra, segíthet az eredmények összehasonlításában a Nu-szám, ezért a hibrid nanofolyadékra számítottam természetes áramlás során. Ez csökkent a részecskék hatására, így ezt a nanofolyadékot érdemesebb lenne áramló közegként alkalmazni.
Az elért eredmények egy részéből már egy cikk megjelent a következő címmel: Experimental investigation of rheological properties and thermal conductivity of SiO2–P25 TiO2 hybrid nanofluids.
szerző
-
Várady Zalán István
Vegyészmérnöki mesterképzési szak, nappali MSc
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Szilágyi Imre Miklós
egyetemi docens, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék