Disperdere il grafene in un solvente adatto e il nanofluido risultante avrà proprietà termiche molto migliori rispetto al liquido originale. Tre gruppi di ricerca ICN2 hanno collaborato per descrivere e spiegare questo effetto dall'interno. I risultati, pubblicato nella Royal Society of Chemistry's Nanoscala , fornire un'analisi completa che escluda e supporti alternativamente le diverse teorie esistenti sui meccanismi che guidano l'aumento della conduttività termica e dello scambio di calore riscontrato nei nanofluidi, portando una notevole conoscenza nel campo del trasporto termico nei sistemi dinamici.

I fluidi termovettori sono ampiamente utilizzati come refrigeranti nei veicoli e nei processi industriali per dissipare il calore e prevenire il surriscaldamento. Però, il potenziale di raffreddamento degli attuali fluidi a base di acqua e oli è tipicamente troppo basso per soddisfare le sempre più esigenti esigenze dell'industria. Nella microelettronica, ad esempio, il controllo assoluto della temperatura è fondamentale per le prestazioni adeguate e affidabili dei componenti elettronici. Inoltre, stanno emergendo nuove applicazioni altrettanto impegnative nelle tecnologie di conversione dell'energia e di accumulo termico.

Con i fluidi convenzionali non all'altezza del compito, i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione ai fluidi con l'aggiunta di nanoparticelle, noti come nanofluidi. Sono stati testati molti diversi fluidi di base e nanoparticelle in diverse concentrazioni, con risultati che puntano tutti al miglioramento complessivo delle proprietà termiche. Ciò che non è ancora noto, anche se, ecco perché questo accade; quali meccanismi specifici sono responsabili dei migliori tassi di scambio termico e della conduttività termica riscontrati nei nanofluidi.

In questo documento, intitolato "Meccanismi alla base del miglioramento delle proprietà termiche dei nanofluidi di grafene, " e pubblicato nella Royal Society of Chemistry's Nanoscala , ricercatori di tre gruppi ICN2 hanno unito le forze per fare luce sulla questione. Autore principale Ph.D. la studentessa María del Rocío Rodríguez Laguna dell'ICN2 Novel Energy-Oriented Materials Group riferisce come utilizzano un sistema di esempio per esaminare le interazioni tra le nanoparticelle e le molecole di fluido nei nanofluidi di grafene-ammide. Nello specifico, hanno esaminato l'influenza della concentrazione di grafene sulla conduttività termica, capacità termica, velocità del suono e spettri Raman.

Non solo i loro risultati confermano che la presenza di grafene ha un impatto positivo su tutte queste proprietà, compreso il miglioramento della conduttività termica fino al 48% (0,18% in peso di grafene), ma forniscono una visione considerevole dei meccanismi che spiegano il perché. Pur escludendo alcune delle teorie esistenti basate sul moto browniano, forniscono supporto ad altri relativi al modo in cui la stessa presenza di nanoparticelle può modificare la disposizione molecolare del fluido di base. Ad esempio, L'analisi degli spettri Raman ha indicato che la semplice presenza di piccole quantità di grafene modifica le interazioni che avvengono tra tutte le molecole di fluido, influenzando così l'energia vibrazionale del fluido nel suo insieme. Oltre a questo effetto a lungo raggio, simulazioni teoriche hanno mostrato che il grafene induce un orientamento parallelo locale delle molecole di solvente più vicine ad esso, favorendo un impilamento π-π, così come un ordinamento locale delle molecole di fluido attorno al grafene.

Questi risultati rappresentano un eccellente primo passo verso una comprensione più completa di come funzionano i nanofluidi e di come potrebbero essere ulteriormente migliorati per soddisfare le future esigenze dell'industria. I nanofluidi già a base di grafene possono trovare un'ampia gamma di applicazioni come l'elettronica flessibile, conversione energetica e accumulo termico. Cosa c'è di più, le minuscole quantità di nanoparticelle necessarie per produrre queste prestazioni di trasferimento del calore superiori significano che la contaminazione e i costi complessivi saranno ridotti al minimo.