Характеристика наножидкостей с использованием мультифрактального анализа следов капель жидкости

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 11111 (2022) Цитировать эту статью

1160 Доступов

Подробности о метриках

В статье представлен инновационный подход к анализу наножидкостей с использованием нелинейного мультифрактального алгоритма. Проведенные исследования касались наножидкостей, приготовленных из наночастиц SiO2 (~0,01 г), суспендированных в 100 мл деминерализованной воды и в 100 мл 99,5%-ного изопропанола. Впоследствии наножидкости были подвергнуты традиционным методам определения характеристик, таким как: определение угла смачивания, определение зета-потенциала, pH и анализ размера частиц. Полученные результаты показывают, что приготовленная наножидкость стабильна с точки зрения агломерации во времени (суспензия наножидкости) и правильно подготовлена ​​с точки зрения растворения и диспергирования частиц порошка. Авторы, анализируя результаты представленных методов характеристики наножидкостей, предложили мультифрактальный анализ, который позволяет подробно локально описывать сложное масштабируемое поведение, используя спектр показателей сингулярности. Нелинейный анализ показывает, что использование мультифрактального алгоритма для наножидкостей может улучшить процесс анализа качества жидкости и ее подготовки на основе мультифрактального спектра.

Механика жидкости играет чрезвычайно важную роль во многих областях промышленности, жизни и науки. Серьезной проблемой, с которой сталкивается современный мир, является улучшение качества жидкостей, в результате чего создаются наножидкости – жидкости со взвешенными наночастицами. Наножидкости, характеризующиеся значительным улучшением свойств жидкости, включая теплопроводность, долговременную стабильность, однородность и т. д., по сравнению с обычными инженерными жидкостями1, находят применение в ряде инженерных приложений, например, в пористых средах2,3. и т. д. Однако процесс приготовления этого типа жидкости может быть сложным (агломерация является основной проблемой в синтезе наножидкостей4), и тем более процесс, позволяющий проверить качество полученной наножидкости. Основными методами получения наножидкостей являются двухстадийный и одностадийный метод. Одностадийный метод — это процесс, сочетающий производство наночастиц с синтезом наножидкостей. Наночастицы производятся прямым методом методом физического осаждения из паровой фазы (PVD) или конденсации наночастиц из паровой фазы в текущую жидкость с низким давлением пара (VEROS), см.5. Работа6 посвящена разработанному методу прямой испарительной конденсации, который обеспечивает превосходный контроль размера наночастиц и позволяет получать стабильную наножидкость без использования каких-либо добавок. Двухстадийный метод является наиболее широко используемым методом получения наножидкостей. Он заключается в более раннем получении наночастиц другими методами, а на втором этапе нанопорошок распределяется в жидкости различными методами, включая магнитно-силовое перемешивание7,8,9, ультразвуковое перемешивание, высокосдвиговое перемешивание, гомогенизацию10 и шариковое перемешивание. фрезерование.

Стабильность наножидкостей очень важна по практическим причинам. Потенциальное экономическое и социальное воздействие связано с ролью наночастиц как специальных модификаторов жидкостей потенциально очень широкого спектра применения (теплопередача: охлаждение двигателя/терморегулирование транспортных средств, снижение температуры дымовых газов котлов, теплообменник, микроэлектроника и т. д.). В приложениях теплопередачи коэффициент диффузии частиц прямо пропорционален температуре жидкости. Высокий коэффициент диффузии означает большее количество столкновений частиц и большую вероятность агрегации частиц. Применения при высоких температурах требуют дополнительной осторожности для подавления нестабильности наножидкости. В системах доставки лекарств нежелательная седиментация или агрегация частиц может повлиять на поток наножидкостей через канал. Стабильность наножидкостей сильно зависит от свойств взвешенных частиц и базовой жидкости, таких как морфология частиц, химическая структура частиц и щелочная жидкость11. Другим ключевым параметром получения стабильных нежидкостей является контроль pH, как упоминалось в12,13.