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

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Viết tắt

Tên đầy đủ
AFM	Atomic Force Microscope (Kính hiển vi lực nguyên tử)
ATC	Active Thermal Control (Quản lý nhiệt chủ động cho vệ tinh)
CNTs	Carbon Nanotubes (Ống nanô cácbon)
CPU	Central Processing Unit (Vi xử lý máy tính)
CVD	Chemical Vapour Deposition (Lắng đọng pha hơi hóa học)
DW	Distilled Water (Nước cất)
EDX	Energy-dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán sắc năng lượng)
EG	Ethylene Glycol
EG/DW	Hỗn hợp ethylene glycol với nước cất
EHD	Electro Hydro Dynamic (Công nghệ bơm dùng điện trường)
FHM	Phân tử không khí chuyển động tự do
HEO	High Earth Orbit (Quỹ đạo cao của vệ tinh)
FTIR	Fourier-transform infrared spectroscopy (Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier)
LCTF	Liquid Crystal Tunable Filter (Bộ lọc đa phổ cho vệ tinh)
LED	Light Emitting Diode (Điốt phát quang)
LEO	Low Earth Orbit (Quỹ đạo thấp của vệ tinh)
MEO	Medium Earth Orbit (Quỹ đạo trung bình của vệ tinh)
MWCNTs	Multi-Walled Carbon Nanotubes (Ống nanô cácbon đa tường)
PFL	Pumped Fluid Loop (Hệ thống tuần hoàn dùng bơm)

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 - 1
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
Hình Ảnh Sem Cho Thấy: (A) Sợi Cnts Căng Tải Giữa Đầu Mút Afm Và Mẫu "giấy" Swcnts, (B) Chế Độ Xem Cận Cảnh Hiển Thị Điểm Cực Hạn Của

Xem toàn bộ 149 trang tài liệu này.

PCM

Phase Change Material (Vật liệu thay đổi

trạng thái)

PTC

Passive Thermal Control (Quản lý nhiệt bị

động cho vệ tinh)

PWR

Pressurize Water Reactor (Lò phản ứng nước

có áp suất)

SANSS

Submerged Arc Nanoparticle Synthesis System (Hệ thống tổng hợp hạt nano hồ

quang chìm)

SAR

Synthetic-aperture radar (Radar khẩu độ tổng

hợp)

SEM

Scanning electron microscope (Kính hiển vi

điện tử quét)

SWCNTs

Single-Walled Carbon Nanotubes (Ống nanô

cácbon đơn tường)

TEM

Transmission electron microscopy (Kính hiển

vi điện tử truyền qua)

DANH MỤC CÁC BẢNG

STT

		Trang
1	Bảng 1.1	Tính chất của các oxit và chất lỏng nanô của chúng	25
2	Bảng 1.2	Một số hạt nanô được dùng trong các dung dịch khoan	27
3 4 5 6	Bảng 1.3 Bảng 1.4 Bảng 3.1 Bảng 3.2	Diện tích bề mặt sưởi ấm giảm khi pha thêm hạt nanô So sánh hệ số dẫn nhiệt của CNTs và một số chất lỏng Sự phụ thuộc của độ ổn định vào thế Zeta Kết quả khảo sát sự phân tán của CNTs trong nền đặc chủng	32 43 71 77
7	Bảng 3.3	Kết quả khảo sát dải nhiệt độ hoạt động của chất lỏng nano	78
8	Bảng 4.1	Kết quả khảo sát trong tình huống giả định thứ nhất	100
9	Bảng 4.2	Kết quả khảo sát trong tình huống giả định thứ hai	101

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

STT

		Trang
1	Hình 1.1	Cấu trúc cơ bản của các Fullerenes a) C60 b) C70 c) C80	6
2	Hình 1.2	Các dạng cấu trúc của CNTs: a) SWCNT b) MWCNTs	7
3	Hình 1.3	Vecto Chỉral có thể dùng để xác định đường kính ống	8
4	Hình 1.4	Sơ đồ thiết bị hồ quang điện	11
5	Hình 1.5	Hệ phóng điện hồ quang bằng plasma quay	12
6	Hình 1.6	Sơ đồ hệ thiết bị bốc bay bằng laser	13
7	Hình 1.7	Sơ đồ khối hệ CVD nhiệt	14
8	Hình 1.8	Tính chất điện phụ thuộc vào sự định hướng của các lục giác	15
9	Hình 1.9	Hình ảnh SEM cho thấy: (a) Sợi ống nano cacbon căng tải giữa đầu mút AFM và mẫu "giấy" SWCNTs, (b) Chế độ xem cận cảnh hiển thị điểm cực hạn của dây ống nano gắn với đầu AFM và (c) Đứt dây để tải cao hơn	17
10 11 12	Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12	Độ dẫn nhiệt của bó CNTs Hệ thống tổng hợp hạt nano hồ quang chìm Đồ thị phụ thuộc của độ dẫn nhiệt của nước cất (DW) và Ethylen Glycol (EG) vào nồng độ % thể tích của CNTs trong chất lỏng	19 22 24
13	Hình 1.13	Ứng dụng của chất lỏng nanô cho các lĩnh vực khác nhau	25
14	Hình 1.14	Hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng dùng bơm trong máy chủ của Google	28
15	Hình 1.15	Chất lỏng nanô trong quản lý nhiệt cho linh kiện điện tử	29
16	Hình 1.16	Tấm sưởi và nhiệt điện trở dùng trong quản lý nhiệt thụ động cho vệ tinh cỡ nhỏ	34
17	Hình 1.17	Công nghệ chụp ảnh SAR và LCTF cho vệ tinh cỡ nhỏ	35
18	Hình 1.18	Những nhân tố chính ảnh hưởng đến nhiệt độ của vệ tinh	36

Hình 1.19

Hình 1.20

Hình 1.21

Hình 1.22

Hình 1.23

Hình 1.24

Hình 1.25

Hình 1.26

Hình 2.1

Hình 2.2

Hình 2.3

Hình 2.4

Hình 2.5

Hình 3.1

Hình 3.2

Hình 3.3

Hình 3.4

Hình 3.5

Hình 3.6

Hình 3.7

Mô tả khóa nhiệt dùng trong quản lý nhiệt cho vệ tinh

Cơ chế hoạt động của heatpipe trong điều khiển nhiệt cho vệ tinh

Cửa thông hơi dùng trong quản lý nhiệt cho vệ tinh

Mô tả hệ thống tuần hoàn dùng bơm sử dụng để quản lý nhiệt cho vệ tinh

Sự cải thiện độ dẫn nhiệt của chất lỏng nền

Sự tăng độ dẫn nhiệt của Ethylene Glycol và dầu động cơ

So sánh nhiệt độ của hệ đèn LED khi có và không sử dụng heat pipe

Sự tăng độ dẫn nhiệt của chất lỏng nền khi TiO2, Al2O3, Fe, hay WO3 được pha vào chất lỏng

So sánh kết quả tính toán của H.E. Patel với kết quả thực nghiệm của nhóm nghiên cứu Hwang

CNTs có cấu trúc hình ống chứ không phải hình cầu

So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thực nghiệm của nhóm Hwang

So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thực nghiệm của Lifei Chen

Sự so sánh giữa kết quả của phương pháp được đề xuất và dữ liệu thực nghiệm

a) Ảnh SEM của vật liệu CNTs; b) Coolanol-20

Máy lọc hút chân không và rung siêu âm: XL2000 và Elma Quy trình biến tính gắn nhóm chức–OH lên bề mặt CNTs Quy trình phân tán CNTs trong chất lỏng đặc chủng

Phổ phân bố kích thước của CNTs phân tán trong Coolanol-20 với thời gian rung siêu âm: a) 30 phút; b) 60 phút; c) 90 phút

Thiết bị Raman LABRAM - 1B dùng để đo phổ Raman Thiết bị IMPACT 410 Nicolet dùng để đo phổ FTIR

Hình 3.8

Hình 3.9

Hình 3.10

Hình 3.11

Hình 3.12

Hình 3.13

Hình 3.14

Hình 3.15

Hình 3.16

Hình 4.1

Hình 4.2

Hình 4.3

Hình 4.4

Hình 4.5

Hình 4.6

Hình 4.7

Hình 4.8

Hình 4.9

Hình 4.10

Hình 4.11

Thiết bị Zetasizer Nano ZS dùng để đo kích thước hạt Thiết bị đo độ dẫn nhiệt

Phổ FTIR

Phổ Raman

Thế Zeta của CNTs phân tán trong các nền chất lỏng Thiết bị KIMO TK62

Sự gia tăng hệ số dẫn nhiệt của Coolanol-20 chứa CNT-OH Sự phụ thuộc của độ dẫn nhiệt vào nồng độ CNT

Thiết bị THB-100 và Brookfield DV2THA

Đồ thị sự phụ thuộc độ dẫn nhiệt của không khí theo áp suất Mô hình buồng chân không

Bản vẽ thiết kế mặt cắt ngang của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh

Bản vẽ thiết kế mặt cắt dọc của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh

Bản vẽ 3D mặt trước của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh

Bản vẽ 3D mặt sau của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh

Bản vẽ 3D mặt trên của buồng chân không mô phỏng quá trình quản lý nhiệt cho vệ tinh

Vỏ buồng chân không cho hệ mô phỏng vệ tinh đã được chế tạo thành công

Ảnh chụp của cụm 04 bánh bức xạ nhiệt hồng ngoại

Hình 4.12

Hình 4.13

Hình 4.14

Hình 4.15

Hình 4.16

Hình 4.17

Hình 4.18

Hình 4.19

Hình 4.20

Hình 4.21

Hình 4.22

Hình 4.23

Hình 4.24

Ảnh chụp buồng lạnh trong hệ thống mô phỏng

Ảnh chụp buồng đựng nitơ lỏng

Ảnh chụp hệ thống cảm biến và điều khiển cho hệ thống

Ảnh chụp hệ thống mô phỏng vệ tinh

Ảnh chụp mô hình buồng chân không trong quá trình thử nghiệm

Thiết kế mô hình vệ tinh NanoDragon tại Trung tâm Vũ trụ Việt Nam

Mô hình vệ tinh

Sơ đồ hệ truyền nhiệt trong tình huống giả định 1 Sơ đồ hệ truyền nhiệt trong tình huống giả định 2 Sơ đồ mạch hệ thống trong tình huống giả định 1 Sơ đồ mạch hệ thống trong tình huống giả định 2 Kết quả mô phỏng của tình huống giả định 1

Kết quả mô phỏng của tình huống giả định 2

100

102

103

104

105

MỞ ĐẦU

Vật liệu ống nanô cácbon (CNTs) đã được giới khoa học-công nghệ quan tâm đặc biệt kể từ khi được phát hiện vào năm 1991. Sau hơn 20 năm nghiên cứu phát triển, đến nay một số loại sản phẩm công nghệ cao ứng dụng vật liệu CNTs đã ra đời với nhiều tính năng vượt trội. Lý do chính để CNTs trở thành một chủ đề được nhiều nhà khoa học quan tâm là chúng có nhiều tính chất cơ học, vật lý, hoá học đặc biệt và nhiều tiềm năng ứng dụng mang tính đột phá.

Vật liệu ống nanô cácbon có khả năng dẫn nhiệt rất tốt dọc theo trục của ống, độ dẫn nhiệt của CNTs biến đổi trong khoảng từ 1.800 đến 6.000 W/mK. Ngoài khả năng dẫn nhiệt tốt, CNTs còn có tính chất bền vững ở nhiệt độ rất cao trong chân không và trong các môi trường khí trơ (lên đến 2.800oC). CNTs cũng được biết là vật liệu dẫn điện linh hoạt với độ dẫn điện phụ thuộc mạnh vào cấu trúc. CNTs có thể là bán dẫn hay kim loại tùy thuộc vào cặp chỉ số Chiral (n,m). Với nhiều tính chất ưu việt, vật liệu CNTs khi được đưa vào các vật liệu nền khác sẽ giúp tăng cường các tính chất cơ nhiệt điện của vật liệu đó. Chẳng hạn với việc gia cường một lượng nhỏ ống nanô cácbon, tính chất cơ học, độ cứng, độ chống mài mòn, độ chịu hoá của các loại vật liệu nền như thép, cao su, polymer, v.v... được tăng cường đáng kể. Với tính chất dẫn điện tốt, tính dẫn nhiệt cao và diện tích bề mặt lớn, vật liệu ống nanô cácbon có khả năng ứng dụng trong việc chế tạo tụ điện có điện dung cực lớn, chế tạo điện cực tích trữ Hydro cho pin nhiên liệu, chế tạo vật liệu quản lý nhiệt cho các linh kiện điện tử công suất. Với tính chất phát xạ điện tử mạnh ở điện thế thấp, kích thước nhỏ, vật liệu ống nanô cácbon đã và đang được nghiên cứu để chế tạo màn hình phẳng cao cấp, công suất tiêu thụ thấp, chế tạo các nguồn phát xạ điện tử kích thước nhỏ với phân bố năng lượng điện tử hẹp. Ngoài ra vật liệu nanô cácbon cũng là đối tượng quan trọng cho các nghiên cứu về điện tử nanô, các linh kiện cảm biến, v.v…

Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, vệ tinh nhân tạo là thiết bị đòi hỏi sự khắt khe về quản lý nhiệt để đảm bảo các linh kiện, bộ phận quan trọng của vệ tinh hoạt động trong môi trường nhiệt ổn định, bền bỉ, qua đó nâng cao hiệu quả cũng như độ bền tuổi thọ cho vệ tinh. Cụ thể, khi hoạt động trên quỹ đạo, vệ tinh sẽ phải chịu đựng sự chênh lệch nhiệt độ lớn: bề mặt vệ tinh hướng về phía trái đất sẽ có nhiệt thấp, trong khi ở mặt đối diện hướng về phía mặt trời sẽ có nhiệt độ cao. Bên cạnh đó các thiết bị điện tử nói chung và vệ tinh nói riêng sẽ chỉ hoạt động hiệu quả ở một dải nhiệt độ nhất định. Một số linh kiện điện tử trong vệ tinh sẽ tỏa nhiệt trong quá trình hoạt động (như vi xử lý), một số linh kiện điện tử khác cần được sưởi ấm (như camera hướng về phía trái đất). Vì vậy mà việc giữ cho các thiết trên vệ tinh