Rice University postdoktoral forskare Tharangattu Narayanan, vänster, och doktorand Jaime Taha-Tijerina, huvudförfattare till ett nytt ACS Nano-papper om nanopartikelinfunderade transformatoroljor, visa flaskor med de oljor som de säger är upp till 80 procent effektivare när det gäller att hålla transformatorerna svala. (Kredit Jeff Fitlow/Rice University)
Rice University forskare har skapat en nano-infunderad olja som kraftigt kan förbättra möjligheterna för enheter så stora som elektriska transformatorer och så små som mikroelektroniska komponenter att släppa ut överskottsvärme.
Forskning i labbet av rismaterialforskaren Pulickel Ajayan, som visas i tidskriften American Chemical Society ACS Nano , skulle kunna höja effektiviteten hos sådana transformatoroljor med så mycket som 80 procent på ett sätt som är både kostnadseffektivt och miljövänligt.
Rice-teamet leds av huvudförfattarna Jaime Taha-Tijerina, en doktorand, och postdoktor Tharangattu Narayanan fokuserade sina ansträngningar på transformatorer för energisystem. Transformatorer är fyllda med mineraloljor som kyler och isolerar lindningarna inuti, som måste vara åtskilda från varandra för att spänningen inte ska läcka eller kortslutas.
Forskarna upptäckte att en mycket liten mängd hexagonala bornitrid (h-BN) partiklar, tvådimensionella kusiner till kolbaserad grafen, suspenderade i vanliga transformatoroljor är mycket effektiva för att avlägsna värme från ett system.
"Vi behöver inte en stor mängd h-BN, " Sa Narayanan. "Vi fann att 0,1 viktprocent h-BN i transformatorolja förbättrar det med nästan 80 procent."
"Och vid 0,01 viktprocent, förbättringen var cirka 9 procent, " sa Taha-Tijerina. "Även med en mycket låg mängd material, vi kan förbättra vätskorna utan att kompromissa med de elektriskt isolerande egenskaperna."
Taha-Tijerina, som var anställd av en transformatortillverkare i Mexiko innan han kom till Rice, sa att andra som arbetar med liknande föreningar experimenterar med aluminiumoxidpartiklar, kopparoxid och titanoxid, men ingen av föreningarna har kombinationen av kvaliteter som uppvisas av h-BN.
Narayanan sa att h-BN-partiklarna, cirka 600 nanometer bred och upp till fem atomlager tjocka, fördela väl i olja och till skillnad från högledande grafen, är mycket motståndskraftiga mot elektricitet. Med hjälp av medförfattaren Matteo Pasquali, en risprofessor i kemisk och biomolekylär teknik och kemi, teamet fastställde att oljans viskositet – en annan viktig egenskap – påverkas minimalt av förekomsten av nanopartikelfyllmedel.
"Vår forskning visar att med nya material och innovativa metoder, vi kan tillföra enormt värde till applikationer som finns idag inom industrin, sa Ajayan, Rice's Benjamin M. och Mary Greenwood Anderson professor i maskinteknik och materialvetenskap och i kemi. "Termisk hantering är en stor fråga inom industrin, men rätt materialval är viktigt; för transformatorkylning, man behöver dispergeringsmedel i oljor som tar bort värme, ändå förbli elektriskt isolerande. Dessutom, fyllnadens tvådimensionella karaktär håller dem stabila i oljor utan att lägga sig under långa perioder. "
