Kết quả đo cho thấy tỷ lệ cường độ ID/IG của CNTs-OH cao hơn so với CNT- COOH, từ đó chỉ ra rằng sau hai quá trình xử lý hóa học, các khuyết tật mới đã được hình thành trên bề mặt của CNTs-OH nhiều hơn trên bề mặt của CNTs- COOH.
3.3.2. Kết quả phân tán
Để khảo sát sự phân tán của CNTs trong chất lỏng, luận án đã sử dụng thiết bị phân tích Zeta-Sizer tại Viện Khoa học Vật liệu. Sự ổn định của chất lỏng được đánh giá qua thế Zeta trên cùng thiết bị.
a) Thế Zeta nền Hexane (-11,1 mV)
b) Thế Zeta nền Heptane (-12,4 mV)
b) Thế Zeta nền Methanol (-47,5 mV)
d) Thế Zeta nền Ethanol (-38,0 mV)
e) Thế Zeta nền Propanol (-27,6 mV)
f) Thế Zeta nền Coolanol 20 (-48,4 mV)
Hình 3.12. Thế Zeta của CNTs phân tán trong các nền chất lỏng
Kết quả như trên hình 3.12 cho thấy thế Zeta ứng với nền chất lỏng Propanol nằm trong khoảng từ ±10 mV đến ±30 mV nên CNTs có sự thiếu ổn định trong chất lỏng này. Thế Zeta ứng với nền chất lỏng Ethanol có giá trị trong khoảng ±30 mV đến ±40 mV nên CNTs có sự ổn định trong chất lỏng này. Đặc biệt thế Zeta ứng với nền chất lỏng Methanol và Coolanol-20 trong khoảng ±40 mV đến ±60 mV, điều này cho thấy CNTs có sự phân tán bền vững trong nền chất lỏng này.
Kết quả khảo sát sự phân tán cho thấy phổ phân tán theo kích thước của CNTs trong các nền chất lỏng Hexane và Heptane có kích thước lớn (trên 100 nm), do vậy mà CNTs không phân tán tốt trong các nền chất lỏng này. Với các nền chất lỏng Methanol, Ethanol, Propanol và Coolanol-20, kết quả cho thấy phổ phân tán theo kích thước phù hợp với đường kính của CNTs dùng trong thí nghiệm là từ 15 nm đến 80 nm. Kết quả trên đã cho thấy sự phân tán tốt CNTs trong nền chất lỏng Methanol, Ethanol, Propanol và Coolanol-20. Kết quả khảo sát thế Zeta cho thấy giá trị trung bình lần lượt như sau: -47,5 mV; -38,0 mV; -27,6 mV; và -48,4 mV, tương ứng với các nền chất lỏng Methanol, Ethanol, Propanol và Coolanol-20. Bảng
3.2 là tổng hợp kết quả đo sự phân tán và ổn định của các chất lỏng nền khác nhau.
Căn cứ vào kết quả phân tán đạt được, luận án lựa chọn chất lỏng nền Methanol và Coolanol-20 cho những nghiên cứu tiếp theo.
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát sự phân tán của CNTs trong nền đặc chủng
Chất lỏng nền | Sự phân tán (Zeta Sizer) | Sự ổn định (Zeta Potential) | Kết luận | |
1 | Hexane | > 100 nm Không phân tán | -11,1 mV Không ổn định | Không đáp ứng khả năng phân tán |
2 | Heptane | > 100 nm Không phân tán | -12,4 mV Không ổn định | Không đáp ứng khả năng phân tán |
3 | Methanol | 17 nm - 83 nm Phân tán đều | -47,5 mV Phân tán bền vững | Đáp ứng khả năng phân tán đều, bền vững |
4 | Ethanol | 18 nm - 82 nm Phân tán đều | -38,0 mV Phân tán ổn định | Đáp ứng khả năng phân tán đều, ổn định |
5 | Propanol | 20 nm - 84 nm Phân tán đều | -27,6 mV Phân tán ổn định | Khả năng phân tán đều nhưng thiếu ổn định |
6 | Coolanol 20 | 19 nm - 85 nm Phân tán đều | -48,4 mV Phân tán bền vững | Đáp ứng khả năng phân tán đều, bền vững |
Có thể bạn quan tâm!
-
Phát Triển Mô Hình Tính Toán Lý Thuyết Độ Dẫn Nhiệt Của Chất Lỏng Tản Nhiệt Đa Thành Phần Chứa Cnts -
Sự So Sánh Giữa Kết Quả Của Phương Pháp Được Đề Xuất Và Dữ Liệu Thực Nghiệm Của Kumaresan Và Teng -
Quy Trình Phân Tán Cnts Trong Chất Lỏng Đặc Chủng Các Bước Cụ Thể Của Quy Trình Như Sau: -
Thiết Bị Transient Hot Bridge Thb-100 Và Brookfield Dv2Tha -
Bản Vẽ 3D Mặt Sau Của Buồng Chân Không Mô Phỏng Quá Trình Quản Lý Nhiệt Cho Vệ Tinh -
Thiết Kế Mô Hình Vệ Tinh Nanodragon Tại Trung Tâm Vũ Trụ Việt Nam
Xem toàn bộ 149 trang tài liệu này.
3.3.3. Dải nhiệt độ hoạt động
Dải nhiệt độ hoạt động là tiêu chí quan trọng để lựa chọn chất lỏng trong quản lý nhiệt cho vệ tinh, và luận án này đặt ra tiêu chí về dải nhiệt độ hoạt động của chất lỏng là từ -40oC đến 70oC (Đây là dải nhiệt độ mà các linh kiện của vệ tinh vẫn hoạt động được. Ngoài dải nhiệt độ này, linh kiện đã bắt đầu có những biến đổi, do vậy mà không còn có thể hoạt động theo như các thông số của nhà sản xuất đưa ra). Để xác định dải nhiệt độ hoạt động, luận án sử dụng nhiệt kế điện tử KIMO TK62 với đầu đo trong dải nhiệt độ từ -200°C đến +1.300°C, độ chính xác ±0,4%, độ phân giải 0,1°C. Quá trình làm lạnh được thực hiện trong bình nitơ lỏng.
Hình 3.13. Thiết bị KIMO TK62: đầu đo trong dải nhiệt độ từ -200°C đến
+1.300°C, độ chính xác ±0,4%, độ phân giải 0,1°C
Bảng 3.3 là kết quả khảo sát dải nhiệt độ hoạt động của chất lỏng nanô. Bảng này cho thấy dải nhiệt độ hoạt động của chất lỏng Methanol/CNTs là từ -97oC đến 67oC, trong khi dải nhiệt độ hoạt động của chất lỏng Coolanol/CNTs là từ -101oC đến 150oC. Như vậy chất lỏng Methanol/CNTs không đáp ứng được tiêu chí về dải nhiệt độ hoạt động, và luận án lựa chọn sử dụng chất lỏng Coolanol/CNTs cho những nghiên cứu tiếp theo.
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát dải nhiệt độ hoạt động của chất lỏng nanô
Chất lỏng nền | Dải nhiệt độ hoạt động | Kết luận | |
1 | Methanol/CNTs | -97oC đến 67oC | Không đáp ứng tiêu chí về dải nhiệt độ hoạt động |
2 | Coolanol 20/CNTs | -101oC đến 150oC | Đáp ứng được tiêu chí về dải nhiệt độ hoạt động |
3.3.4. Khảo sát độ dẫn nhiệt
Để khảo sát độ dẫn nhiệt của chất lỏng chứa thành phần CNTs, luận án sử dụng thiết bị Transient Hot Bridge THB-100 tại Trung tâm Phát triển Công nghệ cao (hình 3.9). Sự gia tăng độ dẫn nhiệt của chất lỏng nanô nền Coolanol 20 chứa CNTs-OH được thể hiện như trên hình 3.14. Trong đó sự tăng hệ số dẫn nhiệt được tính theo công thức:
%k= [(k-k0) x100]/k0 (3.1)
Với k0 là độ dẫn nhiệt của Coolanol-20; k là độ dẫn nhiệt của Coolanol-20 khi có thêm thành phần CNTs.
Từ đồ thị hình 3.14, có thể thấy các mẫu đều có độ dẫn nhiệt tăng dần khi hàm lượng CNTs tăng và nhiệt độ tăng. Sự tăng độ dẫn nhiệt của chất lỏng nanô theo nhiệt độ có thể giải thích theo như Li và cs [106]. Li lập luận rằng sự thay đổi độ kết đám của các thành phần nanô và độ nhớt theo nhiệt độ cùng với chuyển động Brown là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ dẫn nhiệt của chất lỏng. Theo Li, khi nhiệt độ tăng lên sẽ dẫn tới những hiệu ứng sau:
(i) giảm sự tụ đám của các thành phần nanô do sự giảm năng lượng bề mặt.
(ii) tăng cường chuyển động Brown do sự giảm độ nhớt [107]. Sự tăng cường chuyển động Brown là cơ sở để dẫn đến sự tăng cường độ dẫn nhiệt của chất lỏng khi nhiệt độ tăng.
Cụ thể hơn, ứng với hàm lượng 1,0 %vol của CNTs-OH ở 30oC, ta thấy độ dẫn nhiệt của chất lỏng nanô có sự gia tăng là 59%. Sự gia tăng độ dẫn nhiệt của chất lỏng nanô đạt giá trị lớn nhất là 65%, ứng với hàm lượng của CNTs là 1,0 %vol và nhiệt độ là 60oC.
Hình 3.14. Sự gia tăng hệ số dẫn nhiệt của Coolanol-20 chứa CNT-OH
3.3.5. Tính toán độ dẫn nhiệt theo nhiệt độ
Như đã trình bày ở mục trước, sự tăng độ dẫn nhiệt của chất lỏng nền theo nhiệt độ chủ yếu là do chuyển động Brown của các phân tử nanô. Ở mục này, luận án sẽ đưa ra công thức tính toán sự tăng độ dẫn nhiệt theo nhiệt độ gây ra bởi chuyển động Brown.
Độ dẫn nhiệt của chất lỏng nền là tổng của 2 thành phần: độ dẫn nhiệt gây ra bởi chuyển động Brown của các phân tử nanô và độ dẫn nhiệt tĩnh không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
keff = kstatic + kBrownian (3.2)
Trong đó, kstatic là công thức được luận án đưa ra trong chương 2 cho mô hình chất lỏng nền đa thành phần:
n k
ki i CNT CNT
k i1 ri 3rCNT
(3.3)
n
i
r
i1 i
Theo như Koo và Kleinstreuer [121], độ dẫn nhiệt Brown được tính theo công thức sau:
(3.4)
Trong đó:
• p: tỷ lệ của 1 phân tử di chuyển theo bất cứ phương nào
• β: tỷ lệ thể tích chất lỏng di chuyển cùng với 1 hạt nanô
• l: quãng đường trung bình 1 hạt nanô di chuyển mà không bị đổi hướng bởi chuyển động Brown
• D: đường kính phân tử
• αd: tỷ lệ thể tích của hạt nanô
• ρd: mật độ của hạt nanô
• cd: nhiệt dung riêng của hạt nanô
• κ: hằng số Boltzmann (1,380649×10−23 J/K)
• T: nhiệt độ của chất lỏng (thay đổi từ -75oC đến 100oC)
Thay những thông số của chất lỏng nền đa thành phần được sử dụng trong luận án vào công thức của Koo và Kleinstreuer, ta có được công thức của độ dẫn nhiệt Brown thay đổi theo nhiệt độ. Từ đó, luận án tính toán nhiệt độ dẫn nhiệt
của chất lỏng nền đa thành phần tại một số nhiệt độ đại diện khác nhau như: - 75oC, -30oC, 0oC, 50oC, 100oC.
Có thể thấy rằng ở nồng độ 0,2% CNT, độ dẫn nhiệt ở cùng một nhiệt độ của chất lỏng nền đa thành phần là thấp nhất, do số hạt nanô là ít nhất. Ngược lại, ở nồng độ 1,0% CNT, độ dẫn nhiệt ở cùng một nhiệt độ là cao nhất, do số hạt nano là nhiều nhất, dẫn đến tăng cường khả năng dẫn nhiệt của chất lỏng do chuyển động Brown.
Hình 3.15. Sự phụ thuộc của độ dẫn nhiệt vào nồng độ CNTs
3.3.6. Khảo sát tính chất khác
Luận án cũng đã tiến hành đo đạc khảo sát độ nhớt của chất lỏng theo hàm lượng CNTs bằng thiết bị Brookfield DV2THA tại Trung tâm Phát triển Công nghệ cao. Để đo khối lượng riêng, luận án sử dụng thiết bị Transient Hot Bridge THB-
100. Kết quả khảo sát cho thấy độ nhớt và khối lượng riêng của chất lỏng không phụ thuộc nhiều vào hàm lượng của CNTs, và đạt giá trị khoảng 0,96 cP và 0,88 g/ml tại nhiệt độ 27oC. Đây là một kết quả đã được dự đoán, do sự phân tán CNTs trong chất lỏng nền có một ưu điểm lớn là chỉ làm tăng khả năng dẫn nhiệt, mà không làm hệ quản lý nhiệt bị nặng thêm.