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

mô phỏng môi trường không gian cho quá trình quản lý nhiệt; thiết kế và chế tạo vỏ buồng chân không, bộ phận bức xạ nhiệt, bộ phận nhiệt độ thấp, hệ thống cảm biến và điều khiển, lắp ráp hoàn thiện buồng chân không nghiên cứu phỏng vệ tinh. Kết quả thử nghiệm cho thấy việc pha thêm CNTs vào chất lỏng nền mang lại hiệu quả trao đổi nhiệt tốt hơn cho vệ tinh. Chất lỏng đặc chủng chứa thành phần CNTs có khả năng ứng dụng tốt trong mục đích quản lý nhiệt cho vệ tinh, đặc biệt là áp dụng cho các loại vệ tinh khối lượng lớn như vệ tinh địa tĩnh, vệ tinh trong thông tin liên lạc và có thể được dùng cho cả các vệ tinh nhỏ. Những kết quả thực nghiệm này đã được đăng trên tạp chí “Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures”, Volume 17, Number 1, January - March 2022.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1) Kết luận chung của luận án:

Sau quá trình thực hiện, luận án đạt được những kết quả chính sau:

- Luận án đã tìm hiểu tổng quan về tình hình phát triển vệ tinh nhân tạo ở trong nước cũng như quốc tế, từ đó đưa ra được tính cấp thiết của việc sử dụng chất lỏng tản nhiệt đa thành phần trong quản lý nhiệt chủ động cho vệ tinh nhỏ, phù hợp với điều kiện của Việt Nam.

- Luận án đã phát triển thành công mô hình tính toán lý thuyết độ dẫn nhiệt của chất lỏng nền đa thành phần chứa CNTs để ứng dụng tính toán độ dẫn nhiệt cho những chất lỏng tản nhiệt trong thực tế được thương mại hóa, trong đó có chất lỏng tản nhiệt dùng cho vệ tinh nhân tạo. So sánh với thực nghiệm cho thấy mô hình đã dự đoán chính xác sự tăng độ dẫn nhiệt của chất lỏng nền đa thành phần chứa CNTs.

- Luận án đã chế tạo thành công ống nanô cácbon biến tính nhóm chức -COOH và OH. CNTs sau khi biến tính có khả năng phân tán vào dung dịch nền ổn định hơn so với CNTs chưa biến tính.

- Kết quả đo đạc cho thấy sự cải thiện độ dẫn nhiệt của chất lỏng nền đa thành phần chứa CNTs. Cụ thể hơn, với hàm lượng 1,0 % thể tích 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

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 149 trang tài liệu này.

% thể tích và nhiệt độ là 60oC.

- Luận án đã chế tạo thành công mô hình giả vệ tinh với các điều kiện tương tự trên quỹ đạo, và sau đó thử nghiệm thành công chất lỏng tản nhiệt đa thành phần chứa CNTs cho mô hình này. Kết quả thử nghiệm đã cho thấy trong cả hai tình huống, cảc kết quả đo đạc thực nghiệm và kết quả mô phỏng đều cho thấy nhiệt độ bão hòa của linh kiện điện tử và của camera đều thay đổi được lần lượt là 4,2oC và 4,0oC. Do vậy mà chất lỏng tản nhiệt đã có thể giúp cho các linh kiện này hoạt động trong dải hoạt động mong muốn, từ đó phát uy tối đa khả năng của các linh kiện.

2) Kiến nghị cho các công việc tiếp theo trong tương lai:

- Trong giai đoạn tiếp theo, nghiên cứu sinh dự kiến sẽ tiếp tục nghiên cứu ứng dụng các vật liệu nanô khác cho chất lỏng tản nhiệt, đặc biệt là chất lỏng chứa Graphene, CNTs lai hóa với các kim loại để so sánh độ dẫn nhiệt trong các trường hợp khác nhau này.

- Nghiên cứu sinh dự kiến sẽ xây dựng mô hình vệ tinh lớn hơn và thử nghiệm các chất lỏng nanô chế tạo được với mô hình vệ tinh đó, mà đòi hỏi điều kiện quản lý nhiệt phức tạp hơn.

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1) Công bố khoa học liên quan đến luận án:

- To Anh Duc, Nguyen Viet Phuong, Cao Thi Thanh, Bui Hung Thang, Phan Ngoc Minh, “A model for the thermal conductivity of mixed fluids containing carbon nanotubes”, Computational Materials Science 165 (2019), 59-62.

- A.D.TO, N.M. PHAN, H.T. BUI, “Preparation of nanofluid-based Coolanol-20 containing carbon nanotubes and validation of its efficiency in enhancing thermal conductivity”, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, Volume 17, Number 1, January - March 2022.

- To Anh Duc, Bui Hung Thang, Cao Thi Thanh, Phan Ngoc Minh, “Simulation of Heat Dissipation for a Satellite using Carbon Nanotube Nanofluids”, International Journal of Scientific and Research Publications, Volume 10, Issue 3, March 2020, 788-791.

- Tô Anh Đức, Phan Ngọc Minh, Bùi Hùng Thắng, “Chế tạo và khảo sát tính chất dẫn nhiệt của chất lỏng nano nền coolanol 20 chứa ống nano cácbon”, Vietnam Journal of Catalysis and Adsorption, 10 – special issue 1 (2021) 01-07.

- To Anh Duc, Bui Hung Thang, Cao Thi Thanh, Le Xuan Huy, Pham Anh Tuan, Phan Ngoc Minh, “Initial results on nanofluids containing carbon nanotubes for thermal control in spacecraft”, ACCMS 2018.

- To Anh Duc, Bui Hung Thang, Mai Thi Phuong, Cao Thi Thanh, Le Xuan Huy, Pham Anh Tuan, Phan Ngoc Minh, “Significant thermal conductivity enhancement of nanofluids containing carbon nanotubes for thermal control in spacecraft”, FMS

- NANOMATA 2019.

- Đơn đăng ký sáng chế: “Quy trình chế tạo chất lỏng đặc chủng chứa vật liệu ống nano cacbon dung trong quản lý nhiệt vệ tinh”, Bùi Hùng Thắng, Cao Thị Thanh, Tô Anh Đức, Vũ Đình Lãm, Phạm Anh Tuấn, Phan Ngọc Minh (Đã được Cục Sở Hữu Trí Tuệ chấp nhận đơn ngày 25/2/2019 theo Quyết định số 14062/QĐ-SHTT).

- Phạm Văn Trình, Nguyễn Ngọc Anh, Nguyễn Trọng Tâm, Tô Anh Đức, Nguyễn Văn Chúc, Phan Ngọc Hồng, Phan Ngọc Minh, Bùi Hùng Thắng, “Nghiên cứu chế tạo vật liệu lai giữa ống nanô cácbon và các hạt nanô Cu định hướng ứng dụng cho chất lỏng nano”, Tạp chí Khoa học Đại học Huế: Khoa học Tự nhiên, tập 126, số 1A, 2017, Tr.93-101.

- Phạm Văn Trình, Nguyễn Ngọc Anh, Nguyễn Trọng Tâm, Tô Anh Đức, Mai Thị Phượng, Nguyễn Tuấn Hồng, Phan Ngọc Hồng, Phan Ngọc Minh, Bùi Hùng Thắng, “Chế tạo và tính chất dẫn nhiệt của chất lỏng nano etylen glycol chứa vật liệu hybrid CNT-graphen, Tạp chí Hóa học”, 55(3e12) 258-262, tháng 6 năm 2017.

2) Công bố khoa học khác:

- TO ANH DUC, BUI HUNG THANG, BUI ANH TUAN, MAI THI PHUONG,

PHAN NGOC MINH, PHAN HONG KHOI, "A Considerable Increase in Lifetime of LED Bulbs Using The U-shaped Liquid-Cooled Configuration", IOSR Journal of Applied Physics (IOSR-JAP), 13(6), 2021, pp. 10-13.

- To Anh Duc, Bui Hung Thang, Bui Anh Tuan, Mai Thi Phuong, Phan Ngoc Minh, Bui Huy, “Investigation of Heat Dissipation Efficiency of the Liquid-Cooled Spring Lamp”, Advances in Research, 23(1):22-26, 2022.

- Đơn đăng ký sáng chế: “Quy trình chế tạo chất lỏng đặc chủng sử dụng sử dụng trong quản lý nhiệt cho vệ tinh chứa thành phần Graphen”, Bùi Hùng Thắng, Cao Thị Thanh, Tô Anh Đức, Vũ Đình Lãm, Phạm Anh Tuấn, Phan Ngọc Minh (Đã được Cục Sở Hữu Trí Tuệ chấp nhận đơn ngày 15/8/2019 theo Quyết định số 69157/QĐ-SHTT).

- Đơn đăng ký sáng chế: “Quy trình chế tạo chất lỏng đặc chủng chứa thành phần graphen và ống nano cacbon dùng cho quản lý nhiệt trong không gian”, Bùi Hùng Thắng, Cao Thị Thanh, Tô Anh Đức, Vũ Đình Lãm, Phạm Anh Tuấn, Phan Ngọc Minh (Đã được Cục Sở Hữu Trí Tuệ chấp nhận đơn ngày 12/2/2020 theo Quyết định số 910w/QĐ-SHTT).

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. H. Yang, M.K. Siddiqui, M. Naeem, N.A. Rehman, “Molecular Properties of Carbon Crystal Cubic Structures”, Open Chem, 18, 339–346, 2020.

2. A.D. Jara, A. Betemariam, G. Woldetinsae, J. YongKim, “Purification, application and current market trend of natural graphite: A review”, International Journal of Mining Science and Technology, Volume 29(5), 671- 689, 2019.

3. P. Bhakta, B. Barthunia, “Fullerene and its applications: A review”. J Indian Acad Oral Med Radiol; 32, 159-63, 2020.

4. B. Yoo, Z. Xu, F. Ding, “How Single-Walled Carbon Nanotubes are Transformed into Multiwalled Carbon Nanotubes during Heat Treatment”, ACS Omega, 6(5), 4074–4079, 2021.

5. T.C. Dinadayalane, J. Leszczynski, "Fundamental Structural, Electronic, and Chemical Properties of Carbon Nanostructures: Graphene, Fullerenes, Carbon Nanotubes, and Their Derivatives", Handbook of Computational Chemistry, 793-867, 2014.

6. C. Qin, Z. Tian, X. Luo, Q. Xie, T. Nie, X. Guo, “First-principles study of electronic structure of double-walled and single-walled carbon nanotubes, Ceramics International”, Volume 47(2), 2665-2671, 2021.

7. F.V. Ferreira, F. Wesley, B.R.C. Menezes, A.F. Biagioni, A.R. Coutinho, L.S. Cividanes, Luciana, “Chapter one: Synthesis, Characterization, and Applications of Carbon Nanotubes”, Elsevier, 1-45, 2019.

8. S. Lee, H.K. Baik, J.E. Yoo, J.H. Han, “Large scale synthesis of carbon nanotubes by plasma rotating arc discharge technique”. Diamond and Related Materials, 11, 914-917, 2002.

9. M.S.S. Saravanan, T. Nagaraj, S. Mohan, S.R.K. Singh, K. Sivaprasad, S.P.K. Babu, J.B. Sajin, “Synthesis of metal catalyst carbon nanotubes by arc- discharge method used for energy efficient applications”, AIP Conference Proceedings 2039, 020072, 2018.

10. T. Guo, P. Nikolaev, A. Thess, D.T. Colbert and R.E. Smalley, “Catalytic growth of single-walled nanotubes by laser vaporization”, Chem. Phys. Lett., 243, 49-54, 1995.

11. L. Sun, G. Yuan, L. Gao, J. Yang, M. Chhowalla, M.H. Gharahcheshmeh,

K.K. Gleason, Y.S. Choi, B.H. Hong, Z.F. Liu, “Chemical vapour deposition”, Nat Rev Methods Primers 1, 5, 2021.

12. N. Anzar, R. Hasan, M. Tyagi, N. Yadav, J. Narang, “Carbon nanotube - A review on Synthesis, Properties and plethora of applications in the field of biomedical science”, Sensors International, Volume 1, 100003, 2020.

13. G.N. Anastasiya, D.A. Darya, F.K. Elena, S. Mika, V.K. Pavel, “Hybrid Materials Based on Carbon Nanotubes and Nanofibers for Environmental Applications”, Frontiers in Chemistry, Volume 8, 546, 2020.

14. W. Huijie, L. Yong, Z. Xiaoliang, W. Fei, R. Xinyuan, T. Feng, L. Tengfei,

W. Guangxin, R. Fengzhang, “Application of Carbon Nanotube-Based Materials as Interlayers in High-Performance Lithium-Sulfur Batteries: A Review”, Frontiers in Energy Research, Volume 8, 221, 2020.

15. M. Sheikhpour, M. Naghinejad, A. Kasaeian, A. Lohrasbi, S.S. Shahraeini,

S. Zomorodbakhsh, “The Applications of Carbon Nanotubes in the Diagnosis and Treatment of Lung Cancer: A Critical Review”, Int J Nanomedicine. 2020; 15:7063-7078, 2020.

16. W. Huijie, L. Yong, Z. Xiaoliang, W.R. Ren Xinyuan, T.L. Li Tengfei, W. Guangxin, R. Fengzhang, “Application of Carbon Nanotube-Based Materials as Interlayers in High-Performance Lithium-Sulfur Batteries: A Review”, Frontiers in Energy Research, Volume 8, 221, 2020.

17. A. Corletto, J.G. Shapter, “Nanoscale Patterning of Carbon Nanotubes: Techniques, Applications, and Future”, Adv. Sci. 2021, 8, 2001778, 2021.

113

18. A. Venkataraman, E.V. Amadi, Y. Chen, C. Papadopoulous., “Carbon Nanotube Assembly and Integration for Applications”, Nanoscale Res Lett 14, 220, 2019.

19. J. Pang, A. Bachmatiuk, F. Yang, H. Liu, W. Zhou, M.H. Rummeli, G. Cuniberti, “Applications of Carbon Nanotubes in the Internet of Things Era”, Nano-Micro Lett. 13, 191, 2021.

20. J. Ouyang, “Applications of carbon nanotubes and graphene for third- generation solar cells and fuel cells”, Nano Materials Science, Volume 1(2), 77-90, 2019.

21. C. Wagner, T. Blaudeck, P. Meszmer, S. Böttger, F. Fuchs, S. Hermann, J. Schuster, B. Wunderle, S.E. Schulz, “Carbon Nanotubes for Mechanical Sensor Applications”, Phys. Status Solidi A, 216: 1900584, 2019.

22. A. Nag, M.E.E. Alahi, S.C. Mukhopadhyay, Z. Liu, “Multi-Walled Carbon Nanotubes-Based Sensors for Strain Sensing Applications”, Sensors 2021, 21, 1261, 2021.

23. M.D. Bishop, G. Hills, T. Srimani, C. Lau, D. Murphy, S. Fuller, J. Humes,

A. Ratkovich, M. Nelson, M.M. Shulaker, “Fabrication of carbon nanotube field-effect transistors in commercial silicon manufacturing facilities”. Nat Electron 3, 492–501, 2020.

24. K. Matsuda, “Fundamental optical properties of carbon nanotubes and graphene, Carbon Nanotubes and Graphene for Photonic Applications”, Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials, 3-25, 2013.

25. M.F. Yu, O. Lourie, M.J. Dyer, K. Moloni, T.F Kelly, R.S. Ruoff, “Strength and breaking mechanism of multiwalled carbon nanotubes under tensile load”. Science. 2000 Jan 28;287(5453):637-40, 2000.

26. N.N. Zulkifli, S.M. Mahmood, S. Akbari, A.A.A. Manap, N.I. Kechut, K.A. Elrais, “Evaluation of new surfactants for enhanced oil recovery applications in high-temperature reservoirs”, J Petrol Explor Prod Technol 10, 283–296, 2020.