| 1 |
9 апреля 2018 г.-1 апреля 2019 г. |
Конструирование и комплексное физико-химическое исследование эффективных теплопроводящих углеродных наножидкостей на основе наноалмазов детонационного синтеза |
| Результаты этапа: Выполнены следующие исследования:
1) Исследования наножидкостей на основе наноалмазов
1.01) Теплофизические (теплопроводность, теплоемкость) и физико-химические характеристики наноалмазов из данных фототермической, видимой абсорбционной, флуоресцентной и ИК-спектроскопии.
1.02) Набор методов очистки образцов наноалмазов.
• Результаты сравнения эффективности степени очистки в зависимости от марки наноалмазов.
• Количественная оценка площади поверхности порошков наноалмазов.
• Наиболее перспективные марки наноалмазов для создания наножидкостей, исходя из физико-химических параметров и эффективности очистки.
1.03) Водные дисперсии наноалмазов различных типов с максимальной концентрацией.
1.04) Характеристики водных дисперсий наноалмазов.
• Теплофизические (теплопроводность, температуропроводность, термооптический коэффициент, температурный коэффициент показателя преломления, коэффициент температурного расширения),
• Физико-химические (теплоемкость, вязкость, плотность).
• Спектральные характеристики (спектры поглощения, молярные коэффициенты экстинкции, вклад светорассеяния, возможно – квантовые выходы флуоресценции).
1.05) Результаты исследования размеров агрегатов в растворах наноалмазов и потенциала поверхности.
• Закономерности изменения этих параметров при взаимодействии с растворами неорганических катионов и анионов.
1.06) Способы обработки образцов наноалмазов, снижающих агрегацию наноалмазов в растворе,
• Результаты исследования долговременной стабильности водных дисперсий наноалмазов в растворах;
• Температурные зависимости параметров водных дисперсий наноалмазов.
1.07) Результаты сравнительного анализа теплофизических характеристик водных дисперсий наноалмазов и характеристик, полученных другими методами.
2) Разработка методологии фототермических измерений наножидкостей
2.01) Фототермическая (термолинзовая) установка, обеспечивающая чувствительность измерений на уровне 10–6 – 10–5 единиц оптической плотности и точность оценки теплофизических параметров не ниже ±10% за счет выбора характеристик индуцирующих лазеров и оптимизации геометрических параметров оптической схемы.
2.02) Результаты определения теплофизических свойств (температурного градиента показателя преломления, термооптического коэффициента и теплопроводности) на основе анализа фототермических сигналов для водных растворов, органических растворителей и водно-органических смесей как модельных объектов на установке термолинзового спектрометра.
2.03) Теоретическая модель времяразрешенного фототермического сигнала в дисперсных средах.
• Аналитические выражения для интенсивности зондирующего излучения для развития и диссипации термолинзового сигнала.
• Результаты сравнительного анализа кривых образования и диссипации для модельных гомогенных систем растворителей с различными значениями температуропроводности и тепловой активности.
2.04) Подбор модельных систем наножидкостей, дополняющих углеродные.
• Результаты определения теплофизических параметров для водных растворов наночастицах металлов (золото и серебро) и модифицированных наночастицах оксида кремния (зависимость от концентрации, размера, покрытия, температуры)
2.05) Температуропроводность, теплопроводность и тепловая активность водных дисперсий наноалмазов различных типов.
2.06) Результаты сравнительного анализа точности результатов, полученных их фототермических измерений со стандартными методами измерения теплопроводности и температуропроводности и нелазерными методами. |
| 2 |
1 апреля 2019 г.-1 апреля 2020 г. |
Конструирование и комплексное физико-химическое исследование эффективных теплопроводящих углеродных наножидкостей на основе наноалмазов детонационного синтеза |
| Результаты этапа: 1. В данном проекте предложены наиболее перспективные марки наноалмазов для создания наножидкостей, исходя из физико-химических параметров и эффективности очистки. Получены водные дисперсии наноалмазов выбранных типов с максимальной концентрацией. Эти растворы стабильны в течение длительного времени, и со временем появляется очень небольшое количество осадка лишь у высококонцентрированных растворов (выше 50 мг/мл).
2. Определены спектральные характеристики (спектры поглощения, молярные коэффициенты экстинкции, вклад светорассеяния) водных дисперсий наноалмазов, работа опубликована.
3. Применен подход к деконволюции кривых времяразрешенного термолинзового эксперимента и нахождения эффективной температуропроводности среды как функции времени. Работоспособность подхода показана на определении теплофизических свойств (температурного градиента показателя преломления, термооптического коэффициента и теплопроводности) на основе анализа фототермических сигналов для водных растворов, органических растворителей и водно-органических смесей. Доказано, что в светопоглощающих дисперсных системах проявляется резкое и кратковременное повышение температуропроводности.
4. Найдены теплофизические характеристики водных дисперсий наноалмазов (теплопроводность, температуропроводность, температурный коэффициент показателя преломления, коэффициент температурного расширения) и физико-химические (теплоемкость, вязкость, плотность и вязкость) в зависимости от концентрации наночастиц. Результаты анализа теплофизических параметров водных дисперсий наноалмазов, полученных из фототермических измерений, представлены в табл. 3. Наблюдается небольшой прирост (до 7%) коэффициента теплопроводности по сравнению с водой при небольшом увеличении вязкости для стабильных в течение длительного времени дисперсий.
5. Предложены условия измерения теплопроводности жидкостей методом теплового потока. Впервые измерены пасты на основе наноалмазов.
6. При помощи численных методов рассчитаны параметры термолинзового эффекта — рост температуры и величина абсолютного сигнала в дисперсных системах. |
