Dispergera grafen i ett lämpligt lösningsmedel och den resulterande nanovätskan kommer att ha mycket bättre termiska egenskaper än den ursprungliga vätskan. Tre ICN2-forskargrupper samarbetade för att beskriva och förklara denna effekt inifrån och ut. Resultaten, publicerad i Royal Society of Chemistry's Nanoskala , tillhandahålla en omfattande analys som växelvis utesluter och ger stöd till olika existerande teorier om de mekanismer som driver den förbättrade värmeledningsförmågan och värmeväxlingen som finns i nanofluider, ger betydande insikt i området termisk transport i dynamiska system.

Värmeöverföringsvätskor används ofta som kylmedel i fordon och industriella processer för att avleda värme och förhindra överhettning. Dock, kylpotentialen för nuvarande vätskor baserade på vatten och oljor är vanligtvis för låg för att möta industrins allt mer krävande behov. Inom mikroelektronik, till exempel, absolut temperaturkontroll är avgörande för adekvat och tillförlitlig prestanda hos elektroniska komponenter. Dessutom, nya lika krävande tillämpningar dyker upp inom energiomvandling och termisk lagringsteknik.

Med konventionella vätskor som inte klarar uppgiften, forskare har riktat sin uppmärksamhet mot vätskor med tillsatta nanopartiklar, känd som nanofluids. Många olika basvätskor och nanopartiklar i olika koncentrationer har testats, med resultat som alla pekar på den övergripande förbättringen av termiska egenskaper. Vad som ännu inte är känt, fastän, är därför detta händer; vilka specifika mekanismer som är ansvariga för de förbättrade värmeväxlingshastigheterna och värmeledningsförmågan som finns i nanovätskor.

I det här pappret, med titeln "Mekanismer bakom förbättringen av termiska egenskaper hos grafen nanofluids, " och publicerad i Royal Society of Chemistry's Nanoskala , forskare från tre ICN2-grupper har gått samman för att belysa saken. Huvudförfattare Ph.D. Student María del Rocío Rodríguez Laguna från ICN2 Novel Energy-Oriented Materials Group rapporterar hur de använder ett bokexempelsystem för att titta på växelverkan mellan nanopartiklar och vätskemolekyler i grafenamid-nanovätskor. Specifikt, de tittade på inverkan av grafenkoncentration på värmeledningsförmåga, värmekapacitet, ljudhastighet och Raman-spektra.

Inte bara bekräftar deras fynd att förekomsten av grafen har en positiv inverkan på alla dessa egenskaper, inklusive förbättring av värmeledningsförmågan med så mycket som 48 procent (0,18 viktprocent grafen), men de ger avsevärd insikt i mekanismerna som förklarar varför. Samtidigt som man utesluter några av de befintliga Brownska rörelsebaserade teorierna, de ger stöd till andra relaterade till det sätt på vilket mycket förekomsten av nanopartiklar kan ändra den molekylära arrangemanget av basvätskan. Till exempel, Raman-spektraanalys visade att blotta närvaron av små mängder grafen modifierar interaktionerna mellan alla vätskemolekyler, vilket påverkar vibrationsenergin hos vätskan som helhet. Förutom denna långtidseffekt, teoretiska simuleringar visade att grafen inducerar en lokal parallell orientering av lösningsmedelsmolekylerna närmast den, gynnar en π-π stapling, samt en lokal ordning av vätskemolekylerna runt grafenet.

Dessa resultat representerar ett utmärkt första steg mot en bättre förståelse av hur nanofluider fungerar och hur de kan förbättras ytterligare för att möta industrins framtida krav. Redan grafenbaserade nanofluider kan hitta ett brett spektrum av applikationer inom t.ex. flexibel elektronik, energiomvandling och värmelagring. Vad mer, de små mängderna nanopartiklar som behövs för att producera dessa överlägsna värmeöverföringsprestanda innebär att kontaminering och totala kostnader kommer att hållas till ett minimum.