|
مهندسان MIT نشان دادند که نانوسیالات ـ که پیش‌بینی می‌شد به‌عنوان فوق
سردکننده به کار روند، ظرفیت و قابلیت سردکنندگی را ـ که به‌طور تئوری پیش‌بینی
می‌شد ـ ندارند.
نانوسیالات محلول‌های معلقی از ذرات نانومقیاس هستند. با طراحی نانوسیالات
در اوایل ۱۹۹۰، آزمایش‌ها نشان دادند که هدایت گرمایی آنها خیلی بیشتر از
آن چیزی است که انتظار می‌رود. چندین تئوری جدید در سال‌های اخیر برای
توضیح این رفتار غیرعادی پیشنهاد شد که در بین آنها تئوری میکروهمفرت نشان
داد که تنها با افزودن نانوذرات سبک با اندازه کمتر از ده نانومتر افزایش
شگفت‌آوری در هدایت گرمایی سیال اتفاق می‌افتد.
پژوهشگران MIT اخیراً آزمایش‌های خود را به‌سمت سنجش اثر میکروهمرفت سوق
دادند و دریافتند که نانوسیالات از خواص سردکنندگی پیشرفته ـ که برای آنها
پیش‌بینی می‌شد ـ بی‌بهره‌اند. این گروه نتایج این کار را در شماره
اخیرPhysical Review Letters به چاپ رساندند.
Jacob Eapen، یکی از نویسندگان این مقاله، می‌گوید:” ما به این نتیجه
رسیدیم که چیز شگفت‌انگیزی در نانوسیالات وجود ندارد و امید اولیه به‌کارگیری
نانوسیالات به‌عنوان سردکنندههای مهندسی‌شده پیشرفته واقعیت ندارد و چندین
سال زمان می‌برد.”
در سرد کردن صنایع، به‌خصوص در راکتورهای هسته‌ای و نیروگاه‌هایی که از
نیروی زغال سنگ بهره می‌برند، از مایعات استفاده می‌شود. موتور ماشین،
تهویه‌کننده‌های هوا و یخچال‌ها نیز با مایعات سرد می‌شوند. با این حال،
جامدات هدایت گرمایی بالاتری نسبت به مایعات دارند. پژوهشگران آزمایش‌های
زیادی برای بهبود هدایت گرمایی مایعات با پخش کردن ذرات جامد در آنها انجام
دادند. این کار به‌طور نظری سبب بهبود بازدهی ابزارهای خنک‌کننده می‌شود.
در سال ۱۹۶۰ مهندسان برای رسیدن به این دیدگاه تلاشی را شروع کردند، اما
اندازه بزرگ ذرات سبب خوردگی لوله و آسیب پمپ شد. در سال ۱۹۹۰ پژوهشگران
موفق به انجام این کار را با نانوذرات شدند. آزمایش‌های اولیه خیلی قابل
قبول بود. افزایش هدایت گرمایی نانوسیالات از جهاتی از پیش‌بینی‌های تئوری
هدایت گرمایی تحت عنوان تئوری ماکسول بزرگ‌تر بود.
تئوری میکروهمرفت ـ که سعی در توضیح این رفتار دارد ـ بیان می‌کند که حرکت
تصادفی نانوذرات پخش‌شده منبع مناسبی برای همرفت سیال است و می‌تواند ظرفیت
انتقال حرارت اطراف سیال را افزایش دهد. محققانMIT تصمیم گرفتند با آزمایش
یکی از پیش‌بینی‌های تئوری میکروهمرفت که می‌گوید نانوذرات سبک‌تر موجب
افزایش هدایت گرمایی نانوسیال می‌شوند، این تئوری را تأیید کنند. پژوهشگران
برای این منظور از نانوذرات سیلیکا و تفلون استفاده کردند که هر دوی آنها
عموماً سبک‌تر از نانوذرات اکسید مس و آلومینیوم هستند؛ اما هدایت گرمایی
مشاهده‌شده خیلی کمتر از حدی بود که تئوری میکروهمرفت پیش‌بینی کرده بود.
Eapan می‌گوید: “ما با انجام این آزمایش نشان دادیم که هدایت گرمایی در حد
میکروهمرفت وجود ندارد و این نتایج به‌خوبی با تئوری ماکسول همخوانی دارد.
در واقع، هدایت گرمایی نانوسیال بسیار شبیه کامپوزیت‌های جامد و مخلوط
مایعات است و در مرز مواد غیر همگن قرار می‌گیرد. این امر غیر عادی نتیجه
ناخوشایند تمرکز بر روی تئوری ماکسول است که تنها برای نانوذراتی در ست است
که به‌خوبی توزیع شده باشند. در اکثر نانوسیالات ذرات پخش‌شده ترکیب زنجیری
خطی را تشکیل می‌دهند و تئوری کلاسیک، هدایت گرمایی بزرگ‌تری را پیش‌بینی
می‌کند.”
|
