Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần ống nanô cácbon trong quản lý nhiệt cho vệ tinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-----------------------------

Tô Anh Đức

Có thể bạn quan tâm!

Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần ống nanô cácbon trong quản lý nhiệt cho vệ tinh - 2
Vecto Chỉral Có Thể Dùng Để Xác Định Đường Kính Ống [6]
Tính Chất Điện Phụ Thuộc Vào Sự Định Hướng Của Các Lục Giác Hai Định Hướng Tiếp Theo Có Thể Có Của Hình Lục Giác Trong Cnts Chia Sẻ Các

Xem toàn bộ 149 trang tài liệu này.

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT CHỨA THÀNH PHẦN ỐNG NANÔ CÁCBON TRONG QUẢN LÝ NHIỆT CHO VỆ TINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

Hà Nội - 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-----------------------------

Tô Anh Đức

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT CHỨA THÀNH PHẦN ỐNG NANÔ CÁCBON TRONG QUẢN LÝ NHIỆT CHO VỆ TINH

Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 9440123

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. GS.TS. Phan Ngọc Minh

2. TS. Bùi Hùng Thắng

MỤC LỤC

MỤC LỤC I

LỜI CAM ĐOAN V

LỜI CẢM ƠN VI

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU VII

DANH MỤC CÁC BẢNG IX

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ X

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 5

1.1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ỐNG NANÔ CÁCBON 5

1.1.1. Lịch sử phát triển 5

1.1.2. Cấu trúc của CNTs 7

1.1.3. Sơ lược các phương pháp chế tạo 10

1.1.4. Tính chất của CNTs 15

1.2. CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT CHỨA CNTS 20

1.2.1. Khái niệm chất lỏng nanô 20

1.2.2. Các phương pháp chế tạo 21

a) Phương pháp 2 bước 21

b) Phương pháp 1 bước 21

1.2.3. Chất lỏng chứa CNTs 23

a) Chế tạo chất lỏng nanô 23

b) Tính chất nhiệt của chất lỏng nanô 24

1.2.4. Ứng dụng chất lỏng nanô 25

a) Chất lỏng nanô trong nhiên liệu 26

b) Khai thác điện địa nhiệt và các nguồn năng lượng khác 26

c) Quản lý nhiệt trong công nghiệp 27

d) Quản lý nhiệt cho linh kiện điện tử 29

e) Làm mát hệ thống hạt nhân 30

f) Chất lỏng thông minh 30

g) Lĩnh vực không gian và quốc phòng 31

h) Sưởi ấm và giảm ô nhiễm 31

1.3. CHẤT LỎNG NANÔ TRONG QUẢN LÝ NHIỆT CHO VỆ TINH 32

1.3.1. Tổng quan về quản lý nhiệt cho vệ tinh 33

a) Nhiệt từ bức xạ mặt trời trực tiếp 35

b) Nhiệt từ bức xạ mặt trời phản xạ lại bề mặt trái đất (Albedo) 35

c) Bức xạ của trái đất phát ra 36

d) Ma sát với các phân tử chuyển động tự do (FHM) 37

e) Các phương pháp quản lý nhiệt cho vệ tinh 37

1.3.2. Chất lỏng nanô trong quản lý nhiệt cho vệ tinh 42

a) Hiệu quả dẫn nhiệt của CNTs so với chất lỏng nền thông thường 42

b) Các nhóm nghiên cứu trên thế giới đang tập trung vào lĩnh vực này 44

1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 49

CHƯƠNG 2. PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT ĐỘ DẪN NHIỆT CỦA CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT ĐA THÀNH PHẦN CHỨA CNTS 51

2.1. ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT ĐÃ CÔNG BỐ

..................................................................................................................................51

2.2. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ DẪN NHIỆT CỦA CHẤT LỎNG NANO CHỨA CNTS 52

2.2.1. Mô hình độ dẫn nhiệt của Hemanth và Patel 52

2.2.2. Mô hình tính toán lý thuyết độ dẫn nhiệt của chất lỏng nền một thành phần 54

2.2.3. So sánh mô hình chất lỏng nền một thành phần với thực nghiệm 55

2.3. PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT CHO CHẤT LỎNG NANO ĐA THÀNH PHẦN 56

2.3.1. Xây dựng mô hình tính toán lý thuyết 56

2.3.2. So sánh mô hình với thực nghiệm 60

2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 61

CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT ĐA THÀNH PHẦN CHỨA CNTS CHO VỆ TINH 63

3.1. MỞ ĐẦU 63

3.2. QUY TRÌNH CHẾ TẠO CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT ĐẶC CHỦNG CHỨA CNTS TRONG QUẢN LÝ NHIỆT CHO VỆ TINH 63

3.2.1. Vật liệu dùng trong chế tạo chất lỏng nano 63

3.2.2. Thiết bị dùng trong chế tạo chất lỏng nanô 64

3.2.3. Quá trình biến tính CNTs 65

3.2.4. Phân tán CNTs trong chất lỏng nền 66

3.2.5. Các phương pháp khảo sát và đo đạc 67

a) Phổ tán xạ Raman 68

b) Phổ hấp thụ hồng ngoại 69

c) Phổ phân tán Zeta-Sizer 70

3.3. KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA CHẤT LỎNG ĐẶC CHỦNG CHẾ TẠO

ĐƯỢC 72

3.3.1. Kết quả biến tính 72

3.3.2. Kết quả phân tán 74

3.3.3. Dải nhiệt độ hoạt động 77

3.3.4. Khảo sát độ dẫn nhiệt 78

3.3.5. Tính toán độ dẫn nhiệt theo nhiệt độ 80

3.3.6. Khảo sát tính chất khác 81

3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 82

CHƯƠNG 4. THỬ NGHIỆM CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT ĐA THÀNH PHẦN CHỨA CNTS TRÊN MÔ HÌNH VỆ TINH TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM 84

4.1. MỞ ĐẦU 84

4.2. THIẾT KẾ MÔ HÌNH BUỒNG CHÂN KHÔNG NGHIÊN CỨU PHỎNG VỆ TINH CHO QUÁ TRÌNH QUẢN LÝ NHIỆT 84

4.2.1. Sơ đồ nguyên lý của buồng chân không 84

4.2.2. Bản vẽ thiết kế mặt cắt của mô hình buồng chân không 86

4.2.3. Bản vẽ thiết kế 3D của mô hình buồng chân không 88

4.3. CHẾ TẠO MÔ HÌNH BUỒNG CHÂN KHÔNG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VỆ TINH CHO QUÁ TRÌNH QUẢN LÝ NHIỆT 91

4.3.1. Chế tạo vỏ buồng chân không 91

4.3.2. Chế tạo bộ phận bức xạ nhiệt 92

4.3.3. Chế tạo bộ phận nhiệt độ thấp 93

4.3.4. Chế tạo hệ thống cảm biến và điều khiển 94

4.3.5. Lắp ráp hoàn thiện buồng chân không nghiên cứu mô phỏng vệ tinh 95

4.4. THỬ NGHIỆM CHẤT LỎNG NANO TRONG QUẢN LÝ NHIỆT CHO MÔ HÌNH VỆ TINH 97

4.4.1. Mô hình vệ tinh 97

4.4.2. Tình huống giả định tản nhiệt cho linh kiện công suất vệ tinh ra vỏ vệ tinh .99

4.4.3. Tình huống giả định lấy nhiệt linh kiện công suất để sưởi ấm linh kiện lạnh

................................................................................................................................100

4.4.4. Tính toán mô phỏng độ dẫn nhiệt của chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs 101

a) Phương pháp mô phỏng 101

b) Kết quả mô phỏng 104

4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 105

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

LỜI CAM ĐOAN‌

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của GS.TS. Phan Ngọc Minh và TS. Bùi Hùng Thắng. Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác.

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

Nghiên cứu sinh

Tô Anh Đức

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới hai người thầy hướng dẫn là GS.TS. Phan Ngọc Minh và TS. Bùi Hùng Thắng, những người thầy đã định hướng cho tôi trong tư duy khoa học, tận tình chỉ bảo và tạo rất nhiều thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS. Vũ Đình Lãm, PGS.TS. Phạm Anh Tuấn, những người đã luôn giúp đỡ, khích lệ, động viên tôi trong suốt thời gian làm luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ tại Viện Khoa học Vật liệu, Trung tâm Phát triển Công nghệ cao, và Trung tâm Vũ trụ Việt Nam đã giúp tôi thực hiện phép đo phân tích trong quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Học viện Khoa học và Công nghệ, Lãnh đạo Viện Khoa học Vật liệu, Trung tâm Vũ trụ Việt Nam và đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi làm luận án nghiên cứu sinh.

Nhân dịp này tôi xin dành những tình cảm sâu sắc nhất tới những người thân trong gia đình: Cha, mẹ và em gái đã chia sẻ những khó khăn, thông cảm và động viên, hỗ trợ tôi.

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

Nghiên cứu sinh

Tô Anh Đức