(Phys.org) —Una miscela di nanoparticelle di diamante e olio minerale supera facilmente altri tipi di fluidi creati per applicazioni di trasferimento di calore, secondo una nuova ricerca della Rice University.

Gli scienziati del riso hanno mescolato concentrazioni molto basse di particelle di diamante (circa 6 nanometri di diametro) con olio minerale per testare la conduttività termica del nanofluido e come la temperatura avrebbe influenzato la sua viscosità. Hanno scoperto che è molto meglio dei nanofluidi che contengono quantità maggiori di ossido, ceramiche di nitruro o carburo, metalli, semiconduttori, nanotubi di carbonio e altri materiali compositi.

I risultati di Rice sono apparsi questa settimana sulla rivista dell'American Chemical Society Materiali applicati e interfacce .

Il lavoro che potrebbe migliorare le applicazioni in cui il controllo del calore è fondamentale è stato condotto da Pulickel Ajayan, presidente del nuovo dipartimento di scienza dei materiali e nanoingegneria della Rice; Alunno del riso Jaime Taha-Tijerina, ora ricercatore presso il Viakable Technology and Research Center di Monterrey, Messico; e un collaboratore di ricerca presso Carbon Sponge Solutions a Houston.

I fluidi termici sono utilizzati per alleviare l'usura di componenti e utensili e per operazioni di lavorazione come stampaggio e foratura, terapia medica e diagnosi, biofarmaceutici, aria condizionata, celle a combustibile, sistemi di trasmissione di potenza, celle solari, sistemi meccanici micro e nanoelettronici e sistemi di raffreddamento per qualsiasi cosa, dai motori ai reattori nucleari.

I fluidi per ogni applicazione devono bilanciare la capacità di fluire con le proprietà di trasporto termico. I fluidi fluidi come l'acqua e il glicole etilenico scorrono facilmente ma non conducono bene il calore, mentre i tradizionali fluidi termovettori possono risentire della stabilità, viscosità, carica superficiale, stratificazione, agglomerato e altri fattori che limitano il flusso essenziale.

I ricercatori hanno cercato dalla fine degli anni '90 un sistema efficiente, nanofluidi personalizzabili che offrono una via di mezzo. Usano particelle al di sotto dei 100 nanometri in concentrazioni sufficientemente basse da non limitare il flusso, ma fanno comunque un uso efficiente delle loro proprietà di trasferimento di calore e stoccaggio.

I nanodiamanti si stanno rivelando il miglior additivo finora. Portano la maggior parte delle proprietà che rendono il diamante sfuso così eccezionale per le applicazioni di trasferimento di calore su macroscala. I cristalli di diamante singolo possono avere una conduttività termica 100 volte migliore rispetto al rame, pur agendo come un lubrificante efficiente.

"Le grandi proprietà del nanodiamante:lubricità, elevata conducibilità termica e resistività elettrica e stabilità, tra gli altri, sono piuttosto impressionanti, " ha detto Taha-Tijerina. "Abbiamo scoperto che potevamo combinare quantità molto piccole con fluidi convenzionali e ottenere un trasporto termico straordinario senza problemi significativi di viscosità".

Nei test, i ricercatori hanno disperso nanodiamanti in olio minerale e hanno scoperto che una concentrazione molto piccola, un decimo di percento in peso, ha aumentato la conduttività termica dell'olio del 70 percento a 373 kelvin (circa 211 gradi Fahrenheit). La stessa concentrazione di nanodiamante a una temperatura più bassa aumentava ancora la conduttività, ma con un effetto minore (circa il 40 percento a 323 K).

Hanno suggerito che un meccanismo in qualche modo simile alla percolazione, ma forse diverso da qualsiasi altra cosa vista finora, prende piede quando le molecole di olio e diamante si scontrano quando vengono riscaldate.

"Il moto browniano e le interazioni nanoparticelle/fluido giocano un ruolo importante, " Ha detto Taha-Tijerina. "Abbiamo osservato un miglioramento della conduttività termica con variazioni incrementali della temperatura e della quantità di nanodiamanti utilizzati. Le variazioni dipendenti dalla temperatura ci hanno detto che i cambiamenti erano dovuti non solo al meccanismo di percolazione ma anche al moto browniano".