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Oct 15, 2023

Stabilität, optimale Ultraschallbehandlung sowie Schätzung der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit in niedrigen Konzentrationen von Al12Mg17-Nanoflüssigkeit durch dynamische Lichtstreuung und Strahlverschiebungsmethode

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 13659 (2023) Diesen Artikel zitieren 290 Zugriffe 2 Altmetric Metrics-Details Die Wärmeleitfähigkeit und Stabilität von Nanoflüssigkeiten stellen Herausforderungen für deren Verwendung dar

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 13659 (2023) Diesen Artikel zitieren

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2 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Die Wärmeleitfähigkeit und Stabilität von Nanoflüssigkeiten stellen ihre Verwendung als Kühlmittel in thermischen Anwendungen vor Herausforderungen. Die vorliegende Studie untersucht den Wärmeübertragungskoeffizienten (HTC) eines Al12Mg17-Nanofluids mithilfe einer neuartigen Strahlverschiebungsmethode. Die Studie untersucht auch die Stabilität, die Partikelgrößenverteilung (PSD), die TEM-Aufnahme und die elektrische Leitfähigkeit des Nanofluids. Aus drei verschiedenen Kategorien von Tensiden wurde ein bestimmtes Tensid (CTAB) ausgewählt, um Al12Mg17-Nanopartikel in entionisiertem Wasser zu dispergieren, und anschließend wurde ein zweistufiges Verfahren zur Erzeugung des Nanofluids eingesetzt. Die Dispersionsstabilität wird visuell überwacht und mit einem Zetapotentialtest quantifiziert. HTC und PSD werden mit optischen Aufbauten gemessen. Um die Ergebnisse auszuwerten, wird der mit der Strahlverschiebungsmethode erhaltene HTC mit dem des KD2 Pro-Geräts verglichen und die PSD-Ergebnisse anhand von TEM-Aufnahmen analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass ein CTAB von 0,16 Vol.-% die maximale Stabilität für 0,025 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluid darstellt. Die optimale Ultraschalldauer beträgt 2 Stunden, was einen Spitzen-PSD von 154 nm ergibt. Eine Erhöhung der Nanopartikelkonzentration erhöht die HTC um bis zu 40 % im Vergleich zur Basisflüssigkeit mit 0,05 Vol.-%. Die elektrische Leitfähigkeit steigt linear von 155 auf 188 μ\({\rm S}/\mathrm{cm}\) mit der Nanopartikelkonzentration. Optische Methoden zur Messung von HTC in Nanoflüssigkeiten bieten den Vorteil früher Ergebnisse vor der Massenbewegung. Daher erfordert die Anwendung von Nanoflüssigkeiten in thermischen Systemen die Entwicklung optischer Techniken zur Verbesserung der Genauigkeit.

Ein Nanofluid ist eine heterogene Mischung aus einer Basisflüssigkeit und Nanopartikeln, die in einem breiten Spektrum thermischer Anwendungen sowohl in der Industrie1 als auch in der Medizin2 eingesetzt werden kann, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Solarkollektoren3, Fahrzeugkühler4 und elektronische Kühlung5. Aufgrund ihrer wesentlichen Rolle bei der Wärmeübertragung können Nanoflüssigkeiten die Systemleistung effizienter gestalten, was sie zu einem faszinierenden Forschungsgebiet für Ingenieure macht. Die Unterschiede Die Unterschiede in der Wärmeleitfähigkeit zwischen Nanoflüssigkeiten wurden bereits untersucht6. Es ist jedoch zwingend erforderlich, die thermischen und elektrischen Eigenschaften von Nanofluiden sowie deren Stabilität und PSD zu charakterisieren, um sie in der Industrie anwenden zu können.

In Bezug auf die thermische Charakterisierung von Nanoflüssigkeiten verwenden Wissenschaftler verschiedene Methoden zur Bestimmung von HTC, wie z. B. die transienten Methoden, drei Omega7, Temperaturoszillation8, stationäre parallele Platte9, thermischer Komparator10 und optische Methoden, die jeweils unterschiedliche Bestimmungskriterien haben. Beispielsweise sind der transiente Hitzdraht (THW)11 und der transiente Planenquelle (TPS)12 zwei Beispiele für transiente Methoden, die auf der Überwachung der Temperatur der Wärmequelle und der Zeitreaktion nach der Einwirkung eines elektrischen Impulses13 basieren. Außerdem nutzen Steady-State-Methoden Thermoelemente und es ist wichtig, die Abweichungen bei den Temperaturmesswerten auf ein Minimum zu beschränken, wenn die Thermoelemente die gleiche Temperatur haben10. Darüber hinaus ist bei thermischen Komparatoren für die Bewertung der Leitfähigkeit der Probe nur ein Kontaktpunkt erforderlich10. Allerdings basieren optische Methoden, die auch zur Bestimmung von HTC eingesetzt werden, auf der Wechselwirkung zwischen Licht und Flüssigkeit.

Im Allgemeinen werden eine Reihe optischer Methoden, wie beispielsweise die Laser-Flash-Analyse (LFA)-Technik14, zur Messung der HTC von Nanoflüssigkeiten verwendet. Darüber hinaus gibt es andere optische Methoden, darunter Strahlablenkungsmethoden15 und Hitzdraht-Laserstrahlverschiebungstechniken, die auf dem temperaturabhängigen Ablenkungswinkel in Nanoflüssigkeiten beruhen16. Mit der Methode der Hitzdraht-Laserstrahlverschiebung können die HTC und die thermische Diffusionsfähigkeit von Nanoflüssigkeiten beurteilt werden16. Im Allgemeinen basiert die Strahlverschiebungsmethode auf der Änderung des Reflexionsindex durch Temperaturschwankungen, sodass HTC und thermische Diffusionsfähigkeit von Nanoflüssigkeiten mit zunehmendem Volumenanteil zunehmen16,17.

Mehrere Forschungsgruppen haben über die Schwankungen der Wärmeleitfähigkeit verschiedener Nanoflüssigkeiten je nach Art, Größe und Grundflüssigkeit berichtet. Darüber hinaus haben verschiedene Forscher eine Vielzahl von Nanopartikeln eingesetzt, darunter Einzelelement-, Einzelelementoxide, Multielementoxide, Metallcarbide, Metallnitride und Nanopartikel auf Kohlenstoffbasis. Diese Nanopartikel können in verschiedenen Flüssigkeiten wie Wasser, Ethanol, EG, Öl und Kältemitteln gelöst werden18,19,20. Beispielsweise legierten Paul et al.20 Al95ZnO5 mechanisch, bevor sie einen zweistufigen Prozess anwandten, um die Nanopartikel in Ethylenglykol zu dispergieren. Gemäß der Charakterisierung der Wärmeleitfähigkeit führte eine Dispersion von Nanopartikeln von 0,10 Vol.-% zu einem Anstieg der HTC um 16 % im Vergleich zur Basisflüssigkeit. In unserer letzten Arbeit haben wir die thermische und elektrische Leitfähigkeit von Al2O3-ZnO-CNT-Nanopartikeln untersucht, die in entionisiertem Wasser dispergiert sind21. Außerdem untersuchten wir die PSD von Al2O3-ZnO-Nanofluid über der Zeit, um die Stabilität des Nanofluids zu untersuchen. Es wurde der Schluss gezogen, dass durch die Zugabe von Kohlenstoffnanoröhren zu Al2O3-ZnO-Nanoflüssigkeit und die Bildung von 0,05 Gew.-% Hybrid-Nanoflüssigkeit die HTC im Vergleich zu entionisiertem Wasser um 30 % gesteigert wurde. Darüber hinaus führten Farbod et al.22 eine experimentelle Studie zur Wärmeleitfähigkeit von Cu5Zn8-Nanopartikeln durch, die in einer ölbasierten Flüssigkeit dispergiert waren. Ihr Ergebnis zeigte, dass ölbasierte Nanoflüssigkeiten mit unterschiedlichen Konzentrationen an Cu5Zn8-Nanopartikeln im Vergleich zur Basisflüssigkeit eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufwiesen. Es sollte erwähnt werden, dass intermetallische Materialien von Forschern als Nanoflüssigkeiten eingesetzt werden, wie z. B. intermetallische Nanopulver Ti–6Al–4V23, Al95Zn0520, Cu5Zn822 und NiAl24. Darüber hinaus ist Al12Mg17, das wir in unserer Studie verwendet haben, eine weitere intermetallische Substanz, die Gegenstand einiger Studien war25.

Andererseits haben sich viele Forschungsgruppen mit der Modellierung der Wärmeleitfähigkeit beschäftigt. Beispielsweise bezog sich die von Lal Kundan und Soumya Suddha Mallick durchgeführte Studie auf die Modellierung der Wärmeleitfähigkeit in Aluminiumoxid-Wasser-Nanoflüssigkeiten. Zu diesem Zweck wurde die Genauigkeit von sieben bestehenden theoretischen und empirischen Modellen für die Wärmeleitfähigkeit von Nanoflüssigkeiten bewertet, indem vorhergesagte und experimentelle Daten für eine Vielzahl von Testbedingungen verglichen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die aktuellen Modelle Ungenauigkeiten aufweisen, wobei die Über- oder Untervorhersagen zwischen 2,34 und 58 %26 liegen.

Die Wärmeleitfähigkeit von Nanoflüssigkeiten wird durch eine Reihe von Parametern beeinflusst, darunter die Absetzgeschwindigkeit von Nanopartikeln, das Wachstum von Nanoclustern, die Morphologie und Stabilität von Clustern, die Brownsche Bewegung der Nanopartikel, die Größenverteilung, die Temperatur und die Flüssigkeitsschichtung27. Das Vorhandensein von Nanoclustern in Nanoflüssigkeiten führt zu einer besseren Wärmeleitfähigkeit. Daher ist es wichtig, die Wirkung von Nanoclustern auf Nanoflüssigkeiten zu untersuchen. Die grundlegenden Aspekte im Zusammenhang mit der Bildung von Clustern während der Aggregation umfassen drei Hauptfaktoren: die Bewegung von Nanopartikeln, die ihren Kontakt erleichtert, die Wahrscheinlichkeit, dass sich Nanopartikel zu Clustern verbinden und ausdehnen, und die Mobilität oder Dynamik der Cluster oder Aggregate28. Die perikinetische Aggregation sowie die Brownsche Bewegung innerhalb der Cluster-Cluster-Aggregation spielen eine Schlüsselrolle beim Wachstum eines Clusters29. Obwohl Nanocluster die Wärmeübertragung verbessern, führt die Aggregation zur Ausfällung, was die Untersuchung der Stabilität von Nanoflüssigkeiten zu einer großen Herausforderung macht.

Der Zusammenhang zwischen der Ultraschallbehandlungszeit und der Größe der Nanopartikel in Nanoflüssigkeiten ist ein wesentliches Thema bei der Bewertung der Leistung von Nanoflüssigkeiten. Ultraschall ist eine physikalische Technik, die zur Verbesserung der Stabilität von Nanoflüssigkeiten eingesetzt werden kann, indem die Anziehungskraft der Nanopartikel aufgebrochen wird, um ihre Größe zu verringern30. Dynamische Lichtstreuung (DLS) ist eine der zugänglichsten und praktischsten Methoden zur Schätzung der PSD31. Beispielsweise untersuchten Poli et al.32 den Zusammenhang zwischen der Partikelgröße von SAz-1- und SWy-1-Montmorillonit und der Ultraschallbehandlungsdauer. Ihren Ergebnissen zufolge zeigte SAz-1 nach 60-minütiger Beschallung eine relativ breite PSD mit einem hydrodynamischen Durchmesser von 283 nm. Außerdem zeigte SWy-1 während derselben Beschallungsdauer eine bimodale Partikelverteilung bei 140 und 454 nm. Mithilfe von DLS untersuchten Afzal et al.33 den Einfluss der Ultraschallbehandlungsdauer auf die durchschnittliche Partikelgröße verschiedener Nanoflüssigkeiten. Ihren Beobachtungen zufolge verringert eine Verlängerung des Beschallungsprozesses die Partikelgröße, verbessert die Dispersion und erhöht die Stabilität. Darüber hinaus wurde die optimale Ultraschalldauer erreicht, was zu höchster Leistung führte. Sie fanden außerdem heraus, dass längere Ultraschallbehandlungsdauern als optimal die Stabilität nicht verbessern.

In dieser Studie untersuchten wir nicht nur die physikalischen Eigenschaften des Al12Mg17-Nanofluids, einschließlich Stabilität, optimale Ultraschallbehandlungsdauer und elektrische Leitfähigkeit, sondern bewerteten auch das HTC mithilfe einer innovativen Strahlverschiebungsmethode. Diese Methode hat die Neuheit, dass sie sich mithilfe einer Bildverarbeitungstechnik auf den komplexen Effekt der thermischen Eigenschaften von Nanoflüssigkeiten auf die Lichtstrahlabweichung konzentriert. Als Teil der Neuheit der vorliegenden Forschung werden CCD-Detektoren anstelle von PSD-Detektoren zur Strahlverschiebungserkennung verwendet, da virtuelle Methoden möglicherweise nicht so zuverlässig sind wie intuitive Methoden. In der aktuellen Studie wird eine zweistufige Methode zur Herstellung von Nanoflüssigkeiten verwendet. Anschließend werden der Zetapotentialtest und die Sedimentbeobachtung eingesetzt, um die Auswirkung von Variationen in Typ und Vol.-% des Tensids auf die Stabilität der Al12Mg17-Nanoflüssigkeiten zu berücksichtigen. Nanoflüssigkeiten zeigen nach der Ultraschallbehandlung ein kompliziertes zeitabhängiges Verhalten, das auf ihre Größe und Morphologie zurückzuführen ist. Es mangelt auch an Forschungsergebnissen, die die Schwankungen der PSD im Vergleich zur Ultraschallbehandlungsdauer bewerten. In diesem Zusammenhang wird die DLS-Methode genutzt, um die PSD des Nanofluids im Vergleich zur Ultraschallbehandlungsdauer zu analysieren. Darüber hinaus wird Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) eingesetzt, um die Größe und Morphologie der Al12Mg17-Nanopartikel zu untersuchen und die DLS-Ergebnisse zu analysieren. Außerdem werden die HTC-Ergebnisse der Strahlverschiebungsmethode mit den HTC-Ergebnissen des Nanofluids verglichen, die mit dem KD2 Pro-Gerät gemessen wurden. Es wird gezeigt, dass die Al12Mg17-Nanopartikel in DI-Wasser als Basisflüssigkeit, stabilisiert durch das Tensid und Ultraschall, die thermischen Eigenschaften der Nanoflüssigkeit erheblich beeinflussen.

In der vorliegenden Studie werden Al12Mg17-Nanopartikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 24 nm verwendet, die durch einen 20-stündigen Mahlprozess gewonnen werden. In diesem Zusammenhang wurde eine Legierung mit der Nennzusammensetzung Al41,4Mg58,6 (γ-Al12Mg17) in einem elektrischen Widerstandsschmelzofen unter Verwendung von handelsüblichem reinem Al (99,7 %) und Mg (99,9 %) in einer Argon-Schutzatmosphäre hergestellt. Der Kern des Gussbarrens wurde in kleine Proben geschnitten, die in Quarzröhrchen vakuumversiegelt wurden. Nach der Durchführung von Homogenisierungswärmebehandlungen in einem Elektroofen, der über unterschiedliche Zeiträume auf 400 °C eingestellt war, wurden die Rohre in Wasser abgeschreckt. Zwei gängige Techniken zur Herstellung komplexer γ-Al12Mg17-Nanopartikel aus Metalllegierungen sind die Planetenkugelmühle und die SPEX-Mühle25,34. Die Herstellung von Al12Mg17-Pulver erfolgte in einer mit Argon gefüllten Planeten-Hochenergie-Kugelmühle (Fritsch – P6). Zerkleinertes und pulverisiertes Material für Mahlexperimente wurde durch ein 140-Mesh-Sieb geleitet. Die Pulver wurden dann in Mahlfläschchen mit 10-mm-Stahlkugeln gefüllt, um ein Kugel-zu-Pulver-Massenverhältnis (BPR) von 10:1 zu erreichen. Die Pulver wurden bis zu 20 Stunden lang bei einer Intensität von 250 U/min gemahlen. Nach 20-stündigem Mahlen in der Kugelmühle wurde festgestellt, dass durch das Verfahren Partikel mit einer durchschnittlichen Größe von 24 nm und Kristalliten von 16 nm entstanden waren35.

Ein zweistufiger Prozess wurde verwendet, um die Nanopartikel in der Basisflüssigkeit zu dispergieren, um Al12Mg17-Nanoflüssigkeiten zu erzeugen. Das zweistufige Verfahren umfasst zunächst die getrennte Herstellung von Nanopartikeln und die anschließende Dispergierung der erzeugten Nanopartikel in der Basisflüssigkeit mithilfe verschiedener physikalischer Behandlungsmethoden, wie z. B. der Verwendung eines Rührers, eines Ultraschallbads und eines Ultraschalldisruptors36.

In dieser Studie wurden die Al12Mg17-Nanoflüssigkeiten mit unterschiedlichen Volumenkonzentrationen durch Verdünnen der konzentrierten Suspensionen erzeugt. Tabelle 1 fasst die Einzelheiten des Vorbereitungsverfahrens zusammen. In der Studie wurden drei diskrete Klassifizierungen von Tensiden (anionisch, nichtionisch und kationisch) verwendet. Diese Tenside wurden verwendet, um die Kompatibilität von Al12Mg17-Nanopartikeloberflächen mit verschiedenen Tensidtypen zu bestimmen. Dabei wurden PVA (Polyvinylalkohol) als nichtionisches Tensid, SDS (Natriumdodecylsulfat) als anionisches Tensid und CTAB (Cetyltrimethylammoniumbromid) als kationische Tenside zur Herstellung der Nanofluide verwendet. Tabelle 2 zeigt die Details des Tensids, das zur Herstellung von Nanoflüssigkeiten verwendet wird. Darüber hinaus wurden fünf verschiedene Konzentrationen des CTAB-Tensids, darunter 0,02, 0,04, 0,06, 0,08 und 0,1 Vol.-%, in 100 ml entionisiertes Wasser gegeben.

Zunächst wurden 0,1 Vol.-% PVA, SDS und CTAB einzeln in entionisiertem Wasser gelöst. Dann wurden jedem Lösungsmittel während des Rührens 0,05 Vol.-% Al12Mg17-Nanopartikel zugesetzt. Unter den in Tabelle 1 beschriebenen Bedingungen wurden sowohl der Ultraschalldisruptor als auch das Ultraschallbad eingesetzt, um Nanopartikelcluster in den Nanoflüssigkeiten zu dispergieren. Bei der Verwendung des Beobachtungsansatzes zur Beurteilung der Stabilität von Nanoflüssigkeiten, die verschiedene Tenside enthalten, zeigte das Nanoflüssigkeit einschließlich CTAB eine angemessene Stabilität. Daher wurde in allen nachfolgenden Tests CTAB als Tensid verwendet und die optimale Menge durch Vergleich der Zetapotentialwerte bei verschiedenen Konzentrationen ausgewählt. Nach Auswahl der optimalen Tensidkonzentration wurde die optimale Ultraschallbehandlungsdauer mithilfe der DLS-Technik zur Verfolgung der PSD bestimmt. Die DLS-Ergebnisse in der aktuellen Studie wurden mithilfe von TEM-Mikroskopiebildern validiert. Der letzte Schritt des Testprotokolls umfasste die Messung der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit für verschiedene Massenanteile von Al12Mg17-Nanoflüssigkeiten. Abbildung 1 zeigt das Ablaufdiagramm des Verfahrens.

Verschiedene Schritte des Testverfahrens: Vorbereitung und Charakterisierung des Nanofluids.

Um die Stabilität der Nanoflüssigkeiten zu bewerten, haben Forscher verschiedene Techniken eingesetzt, darunter: Beobachtungsmethoden40, Messungen von UV-Lichtabsorptionsspektren41, pH-Werten42 und Zetapotentialanalyse43. In dieser Studie wird die Stabilität des Al12Mg17-Nanofluids mithilfe der Beobachtungsmethode und des Zetapotentialtests bewertet. Eine Beobachtungsmethode basiert auf der Aufnahme von Bildern einer Probe, die im Laufe der Zeit erzeugte Nanoflüssigkeit in einem Glasröhrchen enthält. Es sollte erwähnt werden, dass es möglich ist, die gesammelten Bilder miteinander zu vergleichen und die Sedimentationsrate des Nanofluids zu verfolgen44. Das Testen des Zeta-Potentials ist eine weitere Methode zur Bewertung der Stabilität von Nanoflüssigkeiten, bei der das Zeta-Potenzial jeder Probe des Al12Mg17-Nanofluids mit einem ZETA-Check-Gerät (Particle Metrix, Deutschland) gemessen wird. Das Zetapotential kann mithilfe der Henry-Gleichung berechnet werden, indem die elektrophoretische Mobilität von Partikeln in Suspension verwendet wird45. In dieser Untersuchung handelt es sich bei den gemeldeten Zetapotentialwerten um die Durchschnittswerte, die aus drei Wiederholungen jeder Probe ermittelt wurden.

Die DLS-Methode ist eine nicht bildgebende Methode zur Ermittlung der durchschnittlichen Größe und Größenverteilung von Partikeln in Suspension oder Polymeren in Lösung. Mit dieser Methode lässt sich die Größe von Partikeln zwischen einem Nanometer und mehreren Mikrometern bestimmen. Eine kohärente Lichtquelle, beispielsweise ein Laser, breitet sich in verschiedene Richtungen aus, wenn sie auf ein Lösungsmedium trifft, das Partikel enthält. Diese Art der Streuung für Nanopartikel wird Rayleigh-Streuung genannt, da der Durchmesser der Nanopartikel deutlich kleiner ist als die Wellenlänge des Lasers (d. h. 632,8 nm), während sie bei größeren Partikeln den Mustern der Mie-Streuung bzw. der Fraunhofer-Beugung folgt. Die Intensität des Streulichts schwankt im Laufe der Zeit aufgrund der Brownschen Bewegung der Partikel im Inneren der Lösung. Es ist zu beachten, dass die Häufigkeit der Schwankungen der Intensität des Streulichts bei den größeren Partikeln aufgrund ihrer langsameren Bewegungsgeschwindigkeit in der Lösung geringer ist und umgekehrt. Ein typischer Graph wird durch die Berechnung der Autokorrelationsfunktion (ACF) der Intensität erstellt, wodurch die Abklingkurve von der Partikelgröße abhängt. Darüber hinaus werden die Größe und Morphologie der Al12Mg17-Nanopartikel im Nanofluid untersucht und die Gültigkeit der DLS-Befunde mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM, Zeiss EM-10C) bestimmt.

Streuung ist ein häufiges Phänomen, das zusammen mit Absorption auftritt. Ein Lichtstrahl, der das Medium durchdringt, kann aufgrund von Absorption und Streuung Energie verlieren. Wenn Licht ein völlig homogenes Material durchdringt, kommt es zu keiner Streuung des Lichts. Nur das Vorhandensein von Inhomogenitäten führt zu einer Streuung. In einer Flüssigkeit wird die tatsächliche Streuung durch statistische Variationen in der Anordnung der Moleküle oder Partikel verursacht. Eine Untersuchung der Streuung ist möglich, wenn die betreffenden Partikel ausreichend voneinander entfernt sind46. Tatsächlich verwenden Wissenschaftler eine Berechnung namens Fraunhofer-Beugung, wenn die Partikel im Vergleich zur Wellenlänge des Lichts groß sind. Die Mie-Streuungsberechnung wird verwendet, wenn die Partikelgröße entweder mit der Wellenlänge des Lichts vergleichbar oder kleiner als diese ist47.

Mie-Streuung wird im Allgemeinen angewendet, wenn elektromagnetische Energie aus kugelförmigen Partikeln gestreut wird, deren Größe gleich oder kleiner als die Lichtwellenlänge ist48.

Bei der DLS-Technik wird ein kohärenter Laserstrahl eingesetzt, um eine Probe, einschließlich Brownscher Teilchen in einer Lösung, anzuregen. Partikel im Weg des Laserstrahls streuen das Licht in verschiedene Richtungen. Der Detektor erfasst die zeitlichen Schwankungen der Lichtintensität, die in einem bestimmten Winkel zur Ausbreitungsrichtung des einfallenden Strahls auftreten. Das von sich bewegenden Teilchen gestreute Licht kann Aufschluss über deren Bewegungsmuster geben. Der Diffusionskoeffizient steigt mit zunehmender Fluktuationsfrequenz der Streuintensität und umgekehrt.

Die Beziehung zwischen der Partikelgröße und ihrem thermischen Bewegungsmuster ist die Grundlage des DLS-Ansatzes. Die Stokes-Einstein-Gleichung stellt die Definition dieser Beziehung dar49 als:

Dabei ist \(D\) der Diffusionskoeffizient, \(d\) der hydrodynamische Durchmesser des Partikels, \(\eta\) die Viskosität der Lösung und \({k}_{B}T\) ist thermisch Energie. Diese Gleichung drückt aus, dass eine kleinere Partikelgröße (\(d\)) eine schnellere Bewegung in der Lösung und einen größeren Diffusionskoeffizienten verursacht und umgekehrt.

Darüber hinaus ist die Berechnung des ACF des Detektorsignals erforderlich, um die quantitative Beziehung zwischen Intensität und Diffusionskoeffizient abzuleiten. Dies kann typischerweise mit dem Korrelatorgerät erreicht werden. Die ACF-Anpassungsfunktion zeigt eine exponentiell abnehmende Beziehung als Gl. (2)49:

Dabei ist \(\tau\) die Abklingzeit, \(G\left(\tau \right)\) die ACF-Funktion und \(\Gamma\) die Abklingrate dieser Funktion. Die Zerfallsrate und der Diffusionskoeffizient der Probenpartikel in der Lösung hängen im Folgenden zusammen49:

wobei \(q\) der Streuvektor ist, der definiert ist als49:

Dabei ist \({\lambda }_{0}\) die Wellenlänge des Lasers, \({n}_{0}\) der Brechungsindex der Lösung und \(\theta\) der Beobachtungswinkel der Streuung. Der Diffusionskoeffizient kann durch Ersetzen von \(q\) aus Gleichung erhalten werden. (4) in Gl. (3) und der hydrodynamische Durchmesser der Probenpartikel kann aus Gleichung (3) berechnet werden. (1).

In dieser Arbeit werden Nanopartikel mit einem 632,8 nm He-Ne-Laser angeregt, wie im Schema des Versuchsaufbaus in Abb. 2 dargestellt. Der Laserstrahl durchläuft eine vertikale Polarisation, nachdem er einen linearen Polarisator passiert hat. Nach dem Durchgang durch den zweiten Polarisator zur Intensitätsanpassung wird der Laserstrahl durch die Linse auf die Probenküvette fokussiert, die in Lösung suspendierte Nanopartikel enthält. Eine weitere Linse mit 75 mm Brennweite dient zur Fokussierung des Streulichts in einem Winkel von 90° zur Strahlausbreitungsrichtung. Zur Detektion der Streuung wurde ein PMT-Detektor eingesetzt. Vor der Kollektorlinse ist eine Blende mit einem Durchmesser von 1 mm positioniert, um die Ausbildung eines entsprechenden Kohärenzbereichs auf der Detektoroberfläche zu gewährleisten. Schließlich wird das vom PMT nach der Vorverstärkung empfangene Signal mit Hilfe eines digitalen Oszilloskops bei einer Frequenz von 100 kHz abgerufen und dann an den Computer weitergeleitet, um verschiedene Untersuchungen wie die Berechnung des ACF durchzuführen.

Eine schematische Ansicht des DLS-Aufbaus, der für PSD-Messungen verwendet wird.

In dieser Forschung wird die Bestimmung von HTC mithilfe einer neuartigen Strahlverschiebungstechnik durchgeführt. Durch die Anwendung einer Wärmequelle auf ein Nanofluid wirken sich Temperaturänderungen auf die Dichte des Fluids und damit auf seinen Brechungsindex aus. Wenn der Strahl einen Pfad in der Nähe des zylindrischen Heizelements durchläuft, führen diese Schwankungen zu einer Strahlabweichung. Die in der aktuellen Forschung vorgestellte Strahlverschiebungsmethode besteht aus drei Hauptschritten: experimentelle Bewertung der Strahlverschiebung, numerische Analyse der Temperaturschwankungen im Nanofluid und HTC-Berechnung. Im ersten Schritt wird ein optischer Aufbau entwickelt, um die Strahlverschiebung nach der Strahlabweichung aufgrund der Einwirkung eines Thermoschocks auf das Nanofluid aufzuzeichnen. Im zweiten Schritt wird eine numerische Simulation durchgeführt, um die Temperaturschwankungen entlang einer dem Strahlengang entsprechenden Linie zu berechnen. Im dritten Schritt wird eine Versuch-und-Irrtum-Schleife verwendet, um die experimentellen Ergebnisse mit den numerischen Simulationen zu vergleichen und so die HTC von Nanoflüssigkeiten zu ermitteln. Weitere Einzelheiten zu den einzelnen Schritten finden Sie in den folgenden Abschnitten.

Abbildung 3 zeigt den Versuchsaufbau, der für die Strahlverschiebungsmessungen verwendet wurde. In den Experimenten wird ein He-Ne-Laser mit einer Leistung von 2 mW und einer Wellenlänge von 632 nm eingesetzt. Polarisator und Analysator regulieren die Intensität des Laserlichts. Eine Linse mit 50 mm Brennweite konzentriert den Laserstrahl auf die Proben. Zusätzlich werden zwei Lochblenden mit Lochbreiten von 50 bzw. 20 Mikrometern zur Führung des Laserstrahls angebracht. Die Ausrichtung erfolgt über den XYZ-Tisch und die Heizung wird durch eine speziell angefertigte Kappe auf der Küvette gesichert. Ein CCD-Detektor erkennt die Strahlverschiebung und die Ausgänge werden an den PC gesendet. Als Teil der Neuheit der vorliegenden Forschung werden CCD-Detektoren anstelle von PSD-Detektoren verwendet, da virtuelle Methoden möglicherweise nicht so zuverlässig sind wie intuitive Methoden.

Ein Schema des Versuchsaufbaus zur Messung der Strahlverschiebung.

Um die Größen der Wärmeleitfähigkeit zu bewerten, schlugen Ali et al.16 die für die Strahlverschiebungsmethode relevanten Wärmetransportgleichungen wie folgt vor:

In dieser Gleichung ist \({\delta }_{T}\) die Strahlverschiebung, \(w\) die halbe Breite der Küvette, \(W\) die Innengröße der Küvette, in der sich die Sonde befindet Abgelenkter Strahl, \({L}_{Luft}\) ist der Abstand zwischen Küvette und CCD-Detektor, \(n\) ist der Brechungsindex des Nanofluids, der von der Temperatur abhängt, \({n}_{0}\) ist der Normalwert, \(\rho\) ist die Radialkoordinate, \(z\) ist die Raumrichtung parallel zum ursprünglichen Strahlengang, \(D\) ist der Abstand zwischen der Mitte von Heizgerät und Sondenstrahl, \ (Z\) ist die Ankathete eines Dreiecks mit \(\rho\) als Hypotenuse und \(D\) als Gegenkathete, und \(dT/d\rho\) ist die Temperaturverteilung, die durch eine numerische Gleichung erhalten wird Simulation mittels Finite-Elemente-Methode (FEM). Darüber hinaus wird \({\delta }_{T}\) durch eine Bildverarbeitungsmethode extrahiert. Der CCD-Detektor wird für die Bildverarbeitung eingesetzt und die Position des hellsten Flecks wird von der Python-Software ermittelt. Es ist zu beachten, dass die anfängliche Position des hellsten Flecks auf dem Bildschirm vor der Verabreichung des Thermoschocks aufgezeichnet wird. Nach 5 s Einwirkung des Thermoschocks wird die Strahlablenkung durch Messung der Verschiebung des hellsten Punktes aufgezeichnet. Die Flüssigkeit, die die Oberfläche des Heizgeräts umgibt, erfährt größere Temperaturänderungen, daher muss der Strahl nur eine sehr kurze Entfernung vom Heizgerät zurücklegen. Im aktuellen Experiment ist die Oberfläche der Heizung 100 Mikrometer von der Stelle entfernt, an der der Strahl vorbeigegangen ist. Darüber hinaus ist die Steuerung der Lichtintensität ein weiterer entscheidender Faktor. Wenn weniger Strahlen nahe an der Heizung vorbeilaufen, lässt sich die Strahlverschiebung leichter erkennen. Hier erfasst ein CMOS-Sensor die Intensität des Strahlflecks und das Python OpenCV-Paket wird dann zur Analyse der Daten angewendet. Die Abtastrahmen kamen in den Rechenprozess ein, um die Strahlverschiebung während der Experimente zu messen. Darüber hinaus wird das Intensitätsprofil mithilfe einer Gauß-Funktion angepasst, um die Messgenauigkeit mit einer Auflösung von 100 nm zu erhöhen.

Der zweite Schritt der Strahlverschiebungsmethode ist die Auswertung durch Simulation der thermischen Variationen auf der Strahlweglinie. Die rechnerische Untersuchung der Temperaturentwicklung im numerischen Modell erfolgt mithilfe der Finite-Elemente-Methode. Wie in Abb. 4 dargestellt, wurde eine 3D-Geometrie der Küvette mit Flüssigkeit und zylindrischem Heizgerät entsprechend den tatsächlichen Abmessungen des Versuchsaufbaus modelliert. Um die Materialeigenschaften zu definieren, wurde angenommen, dass es sich bei der Küvette und dem zylindrischen Heizgerät um feste Körper mit bestimmten Dichten, Wärmeleitfähigkeiten und Wärmekapazitäten handelt (Tabelle 2). Entsprechende Materialkonstanten für die Flüssigkeit sind in Tabelle 3 aufgeführt und wurden zur Simulation des thermischen Verhaltens der Flüssigkeit in der vorliegenden Studie verwendet. Um die HTC der Flüssigkeit zu ermitteln, mussten Simulationen für verschiedene HTC-Werte durchgeführt werden, um die Ergebnisse mit den Ergebnissen der Strahlverschiebungsexperimente zu vergleichen.

Eine schematische Ansicht der für die numerischen Simulationen verwendeten Geometrie.

In dieser Arbeit wurden die Wärmedämmbedingungen für die Außengrenzen angewendet und der Heizkörper wird als Wärmequelle mit einer Wärmeerzeugungsleistung von 90 \(\mathrm{MW}/{\mathrm{m}}^{3 angenommen }\). Wie in Abb. 4 dargestellt, wurde zur Bestimmung der Temperaturschwankungen eine 150 Mikrometer lange Linie von der Heizoberfläche definiert, die der Flugbahn des Strahls in den Tests entspricht. Es wurde angenommen, dass alle Komponenten eine Ausgangstemperatur von 298 K haben, was der Temperatur der Experimentumgebung entspricht. Darüber hinaus wurde die Wärmeübertragungsgleichung auf das physikalische Problem an der Grenzfläche angewendet. Ein zeitabhängiges Problem wird gelöst, um die Temperaturentwicklungen in allen Regionen für 5 s zu erhalten.

Die Berechnung von HTC in dieser Studie beinhaltet den Vergleich der aus experimentellen Ergebnissen erhaltenen Strahlverschiebungen mit denen aus numerischen Simulationen. Wie bereits erwähnt, ist ein optischer Aufbau zunächst darauf ausgelegt, die Strahlverschiebung zu erfassen, die durch den auf das Nanofluid ausgeübten Thermoschock entsteht. Anschließend werden numerische Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode durchgeführt, um die Temperaturschwankungen entlang des Strahlengangs zu berechnen.

Um den HTC des Nanofluids zu bestimmen, wird eine Versuch-und-Irrtum-Schleife implementiert. Ausgehend von einer anfänglichen Schätzung des HTC, bei dem es sich vermutlich um den HTC der Basisflüssigkeit handelt, werden die thermischen Schwankungen durch die Nanoflüssigkeit simuliert. Ein MATLAB-Code löste die rechte Seite von Gleichung. (5) Verwendung der aus den numerischen Simulationen erhaltenen Temperaturprofile. Die linke Seite von Gl. (5) stellt die experimentelle Strahlverschiebung dar, die verwendet wird, um die Schätzung des HTC innerhalb der Versuch-und-Irrtum-Schleife iterativ zu verfeinern. Der iterative Prozess, der durch den Vergleich zwischen der aus experimentellen Ergebnissen und numerischen Simulationen erhaltenen Strahlverschiebung geleitet wird, erleichtert die Konvergenz hin zu einer genauen Bestimmung des HTC für das Nanofluid. Dieser Ansatz gewährleistet eine präzise Berechnung des HTC, wie im Flussdiagramm in Abb. 5 dargestellt.

Ein schematisches Diagramm, das die Verfahren zur Berechnung des HTC mithilfe von Strahlverschiebungsmessungen und FE-Simulationen skizziert.

Ein KD2 Pro-Gerät wurde bei 25 °C (Decagon Devices Inc., Pullman, WA, USA) verwendet, um die HTC der Nanoflüssigkeiten mit denen zu vergleichen, die durch die Strahlverschiebungsmethode erhalten wurden. Die Methode der transienten Leitungswärmequelle liegt der Funktionsweise des KD2 Pro-Analysators zugrunde. Vor der Verwendung wurde das Gerät mit einer Standardprobe Glykol kalibriert. Die Messungen wurden durchgeführt, nachdem genügend Zeit verstrichen war, um das Temperaturgleichgewicht herzustellen. Durch den KS-1-Sensor wird ein wenig Wärme auf die Nadel ausgeübt, was dazu beiträgt, die freie Konvektion in flüssigen Proben zu verhindern. Darüber hinaus wurde aufgrund der Sedimentation die durchschnittliche HTC drei Stunden nach der Zubereitung durch fünfmalige Wiederholung der Tests gemessen.

Die elektrische Leitfähigkeit wurde mit dem PCT-407-Gerät mit einem Messbereich von 0–200 mS und einer Genauigkeit von 2 % FS geschätzt. Darüber hinaus verfügt das PCT-407-Gerät über eine nominale Zellelektrode. Das Gerät wurde vor der Durchführung der Messungen automatisch mit einer Kalibrierlösung kalibriert. Zu beachten ist, dass aufgrund der Sedimentation die durchschnittliche elektrische Leitfähigkeit sechs Stunden nach der Herstellung durch fünfmalige Wiederholung der Tests ermittelt wurde.

Mit der Beobachtungsmethode wird die Stabilität von Nanoflüssigkeiten durch Zugabe von drei Tensiden, darunter PVA, SDS und CTAB, untersucht. Abbildung 6a,b zeigt die Sedimentationsbeobachtungen von 0,025 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluiden, die nach 30-minütiger Ultraschallbehandlung mit PVA und SDS als Tensiden hergestellt wurden. Wie in Abb. 6 gezeigt, führte die Verwendung von PVA und SDS zu einer Instabilität der Suspension. Tatsächlich verringern sowohl PVA als auch SDS gleichermaßen die Stabilität des 0,025 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluids und führen dazu, dass Nanopartikel erst relativ kurz nach der Herstellung des Nanofluids zunächst agglomerieren und dann sedimentieren.

Al12Mg17-Nanoflüssigkeiten 30 Minuten nach der Herstellung mit (a) PVA und (b) SDS.

Im Gegensatz zu PVA und SDS zeigte CTAB die richtige Stabilität. Daher wurde CTAB als Tensid zur Herstellung von Al12Mg17-Nanofluiden in verschiedenen Konzentrationen verwendet.

Im Allgemeinen befinden sich Tenside bevorzugt an der Grenzfläche zwischen Nanopartikeln und Flüssigkeiten, da sie eine Art Kontinuität zwischen den beiden Phasen herstellen50. Durch die genaue Menge an Tensiden, die dem Nanofluid zugeführt und an der Grenzfläche absorbiert werden, bildet sich um die Nanopartikel herum eine Grenzschicht51. Studien haben gezeigt, dass die Adsorption von den Eigenschaften des festen Substrats, des Lösungsmittels und der Art des verwendeten Tensids beeinflusst wird52. Es sollte erwähnt werden, dass SDS ein anionisches Tensid53, CTAB ein kationisches Tensid54 und PVA eine nichtionische Polymerverbindung55 ist. Die Verträglichkeit des Tensids hängt von der Oberflächenladung der Al12Mg17-Nanopartikel ab.

Wenn sich Al12Mg17-Nanopartikel in einer SDS + DI-Wasserlösung dispergieren, findet keine Adsorption zwischen dem Tensid und den Nanopartikeln statt und stattdessen beginnen die Nanopartikel zu agglomerieren. Dies kann durch das Vorhandensein abstoßender Kräfte zwischen den Molekülen zwischen SDS und Al12Mg17-Nanopartikeln erklärt werden, die aus den negativen Ladungen auf der Oberfläche der Al12Mg17-Nanopartikel resultieren. Die PVA-Ketten bestehen aus einer bestimmten Menge an Acetatgruppen (14 %), die dafür verantwortlich sind, den Polymermolekülen eine negative Ladung zu verleihen. Da Al12Mg17-Nanopartikel an der Oberfläche negativ geladen sind, verhält sich die negative Ladung, die selbst eine kleine Gruppe von Acetaten verleiht, wie ein Hindernis und behindert die Wechselwirkung zwischen Al12Mg17-Nanopartikeln und PVA. Andererseits verhindert die gewünschte Adsorption zwischen CTAB als kationischem Tensid und Al12Mg17-Nanopartikeln die Agglomeration der Al12Mg17-Nanopartikel.

Die Zetapotentiale des 0,025 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluids unter Verwendung von 0,1 Vol.-% PVA, SDS und CTAB als Tenside betragen + 3,8, − 20,3 bzw. 47,1 mV. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde CTAB als das wirksamste Tensid zur Gewährleistung der Stabilität des Al12Mg17-Nanofluids identifiziert.

Das Zetapotential von 0,025 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluid bei verschiedenen CTAB-Konzentrationen ist in Abb. 7 dargestellt. Wie in Abb. 7 dargestellt, liegt das Zetapotential der Nanofluide im Bereich von 26,5–55,5 mV. Bemerkenswert ist, dass das höchste Zetapotential, was auf die maximale Stabilität hinweist, für das Nanofluid mit einer CTAB-Konzentration von 0,16 Vol.-% beobachtet wird. Im Allgemeinen folgt die Messung des Zetapotentials der Überwachung des elektrophoretischen Verhaltens, um die Stabilität von Nanoflüssigkeiten zu beurteilen56. Ein hoher Wert des Zetapotentials entspricht starken Abstoßungskräften, die eine große Stabilität implizieren40. In Nanoflüssigkeiten verursacht eine hohe Oberflächenladungsdichte erhebliche Abstoßungskräfte57. Dies liegt daran, dass eine niedrige Tensidkonzentration Nanopartikel nicht vollständig bedecken kann, wodurch ein Ladungsungleichgewicht entsteht, das zur Aggregation und Ausfällung von Nanopartikeln führt58.

Zetapotentialverteilung von 0,025 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluiden im Vergleich zu verschiedenen CTAB-Konzentrationen.

Es gibt einige Fakten über die Auswirkung der Tensidkonzentration auf Nanoflüssigkeiten, die berücksichtigt werden sollten. Einerseits erhöht die Erhöhung der Tensidkonzentration wünschenswerterweise die Stabilität des Nanofluids. Andererseits schwächen Tenside in unerwünschter Weise die Wärmeleitung zwischen Grundflüssigkeit und Nanopartikeln59. Außerdem verringert sich bei einer starken ladungsstabilisierten Dispersion, die aus einer höheren Tensidkonzentration resultiert, die Streuintensität von DLS-Tests60. Folglich scheint die Konzentration von 0,1 Vol.-% CTAB eine geeignete Wahl für die Untersuchung der Wirkung von 0,025 Vol.-% Al12Mg17-Nanopartikeln in entionisiertem Wasser zu sein, da sie nicht nur einen guten Stabilitätsbereich (Abb. 7) des Zetapotentials bietet, Es ist aber auch eine möglichst geringe Tensidkonzentration wichtig, um eine gute Stabilität zu erreichen.

PSD für 0,025 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluid bei verschiedenen Ultraschallbehandlungsperioden ist in Abb. 8 dargestellt. Die TEM-Ergebnisse zeigten, dass Al12Mg17-Nanopartikel aneinander hafteten und große Cluster bildeten, die mithilfe einer Ultraschallwelle auseinandergebrochen werden sollten. Abbildung 8a stellt die PSD für Al12Mg17-Nanofluid nach 15 Minuten Ultraschallbehandlung mit einem Peak von 295 nm dar. Abbildung 8b–e zeigt die PSD nach 30, 45, 60 bzw. 75 Minuten Ultraschallbehandlung, was darauf hindeutet, dass die Größe der Nanopartikel merklich unverändert blieb. Darüber hinaus zeigt Abb. 8f, dass der PSD-Peak für Al12Mg17-Nanopartikel nach 90 Minuten Ultraschallbehandlung auf 228 nm abnimmt, während Abb. 8g, h zeigt, dass der PSD-Peak abnahm, als die Ultraschallbehandlungsdauer auf 105 Minuten und 120 Minuten verlängert wurde auf 189 nm bzw. 154 nm. Wie in Abb. 8h gezeigt, beträgt die optimale Ultraschallbehandlungsdauer etwa 120 Minuten, in der der PSD-Peak 154 nm erreicht. Es ist zu beachten, dass der PSD-Peak nach zwei Stunden mit zunehmender Ultraschallbehandlungsdauer zunahm und bei einer Ultraschallbehandlungsdauer von 135 Minuten einen Wert von 276 nm erreichte und sich schließlich bei einer Ultraschallbehandlungsdauer von 180 Minuten auf 700 nm verschob (Abb. 8i–l).

PSD von 0,025 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluid mit 0,1 Vol.-% CTAB nach Ultraschallperioden von (a) 15 Min., (b) 30 Min., (c) 45 Min., (d) 60 Min., (e) 75 Min., (f ) 90 Min., (g) 105 Min., (h) 120 Min., (i) 135 Min., (j) 150 Min., (k) 165 Min. und (l) 180 Min.

Abbildung 9 zeigt den PSD-Peak für verschiedene Konzentrationen von Al12Mg17-Nanofluid (0,0125, 0,025, 0,0375 und 0,05 Vol.-%) in Bezug auf die Ultraschallbehandlungszeit. Die Ergebnisse zeigen, dass nach 120-minütiger Ultraschallbehandlung die PSD-Peaks für 0,0125, 0,025, 0,0375 und 0,05 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluid 182,22, 154,5, 189,21 bzw. 197,82 nm betragen. Darüber hinaus wird beobachtet, dass die PSD-Peaks in den meisten Fällen mit zunehmender Konzentration der Nanopartikel tendenziell zunehmen. Dieses Phänomen kann auf das Vorhandensein attraktiver Wechselwirkungen wie Van-der-Waals- und Depletion-Effekte zurückgeführt werden, die mit höheren Nanopartikelkonzentrationen abnehmen. Darüber hinaus hat der hydrodynamische Radius eine umgekehrte Beziehung zum Diffusionskoeffizienten, sodass mit zunehmender Konzentration der hydrodynamische Radius zunimmt.

PSD-Peaks von Al12Mg17-Nanofluid im Vergleich zur Ultraschallzeit bei verschiedenen Konzentrationen von Nanopartikeln.

Die Durchführung von DLS-Messungen und -Analysen stellt aufgrund der Lichtabsorption durch die Partikelsuspension gewisse Herausforderungen dar. Während eine Verringerung der Partikelkonzentration die Lichtabsorption verringern kann, führen höhere Konzentrationen zu einer besseren Streuintensität. Daher kann es eine Herausforderung sein, ein Gleichgewicht innerhalb des gewünschten Konzentrationsbereichs zu finden60.

Nanocluster mit größerer Größe neigen eher zur Sedimentation oder Ausfällung. Im Gegensatz dazu kann die verbesserte Brownsche Bewegung und Stabilität von Nanoflüssigkeiten Nanoclustern mit kleinerer Größe oder Nanopartikeln zugeschrieben werden, die eine freie Bewegung innerhalb der Basisflüssigkeiten ermöglichen61. Tatsächlich bestimmen die elektrokinetischen Eigenschaften und die hohe Oberflächenladungsdichte der Nanopartikel oder Nanocluster die Qualität der Dispersion im Cluster-Nanofluid. Die Stabilität von Nanoflüssigkeiten wird hauptsächlich durch die Wechselwirkungen zwischen elektrostatischer Abstoßung und Vander-Waals-Anziehungsenergien zwischen den Nanoclustern in Suspension beeinflusst, insbesondere in Gegenwart von Tensiden27.

Ultraschallbeschallung ist eine Art Vibration, die dem Nanopartikel die nötige Energie verleiht, um von der Kraft, die es an Ort und Stelle hält, freigesetzt zu werden. Tatsächlich erleichtert die Energie, die während der Ultraschallbehandlung im Nanofluid angewendet wird, die Bewegung der Nanopartikel. Das Nanopartikel kann der Einschnürungskraft innerhalb der Cluster nicht entkommen, wenn Nanoflüssigkeiten nicht genügend Energie erhalten. Andererseits kollidiert der Cluster häufiger mit anderen Clustern, wenn für seine Bewegung zu viel Energie aufgewendet wird. Daher wäre es wahrscheinlicher, dass sich jeder Cluster mit anderen Clustern verstrickt und mit ihnen interagiert, was zur Bildung größerer Cluster führen würde62. Daher ist es wichtig, die optimale Ultraschallbehandlungsdauer für die Nanoflüssigkeiten zu bestimmen. Diese Menge hängt von der Art des Nanopartikels, der Art der Ultraschallbeschallung, der Leistung des Ultraschalls51 und dem Impuls des Ultraschalls63 ab. Es wurde beispielsweise festgestellt, dass Ultraschall-Horn-/Sondengeräte wesentlich erfolgreicher bei der Auflösung der Cluster sind als Ultraschallbadgeräte64. Kontinuierliche Impulse, ein weiterer entscheidender Faktor, der die Dispersion von Nanopartikeln in der Flüssigkeit beeinflusst, können Cluster in kleinere Stücke aufbrechen und die Größenverteilung der Nanopartikel in der Nanoflüssigkeit wird gleichmäßiger. Diskontinuierliche Impulse sind jedoch nicht in der Lage, die Cluster vollständig aufzulösen, und im Nanofluid können immer noch einige große Aggregate gefunden werden63. Wie oben erwähnt, hängt die Leistung des Ultraschalls von der Energiemenge ab, die benötigt wird, um die Cluster in ihre einzelnen Partikel zu zerlegen. Darüber hinaus sollte bei der Steuerung der Ultraschallleistung berücksichtigt werden, dass die Aufnahme von zu viel Energie dazu führen kann, dass Nanopartikel erneut agglomerieren65.

Ein Tropfen Nanoflüssigkeit wurde nach der Herstellung der Nanoflüssigkeit für die TEM-Untersuchung auf ein Kohlenstoffgitter gelegt. Um eine genaue Analyse sowohl der Clustergröße als auch der Morphologie des Nanofluids durchzuführen und die PSD zu analysieren, nutzten wir eine Hellfeld-TEM-Aufnahme des 0,025 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluids mit 0,1 Vol.-% CTAB bei verschiedenen Ultraschallbehandlungsperioden dargestellt in Abb. 10. Abbildung 10a, b zeigen den Bereich des kreisförmigen Durchmessers von Clustern nach 15 Minuten Ultraschallbehandlung. Es ist zu beachten, dass die Cluster zwar kugelförmig oder nahezu kugelförmig sind, wie in Abb. 10a zu sehen ist, ihre Geometrie jedoch unbekannt ist und ihre Größe schätzungsweise zwischen 42 und 522 nm liegt und der durchschnittliche kreisförmige Durchmesser der Cluster 181,5 nm beträgt . Darüber hinaus weist gemäß Abb. 10b der kreisförmige Durchmesser von Clustern aus Al12Mg17-Nanopartikeln Ungleichmäßigkeiten mit Clustergrößen im Bereich von 43 bis 410 nm auf, und der durchschnittliche kreisförmige Durchmesser der Cluster beträgt 234 nm.

TEM-Ergebnisse für die 0,025 Vol.-% Al12Mg17-Nanopartikel in entionisiertem Wasser mit 0,1 Vol.-% CTAB. Eine Ansicht der Clustergrößenverteilung (a, b) nach 15 Minuten Ultraschall und (c, d) nach 120 Minuten Ultraschall.

Die TEM-Ergebnisse nach 120-minütiger Ultraschallbehandlung sind in Abb. 10c, d dargestellt und zeigen, dass der kreisförmige Durchmesser der Cluster immer noch ungleichmäßig ist. Abbildung 10c zeigt, dass der kreisförmige Durchmesser der Cluster zwischen 78 und 263 nm liegt und der durchschnittliche kreisförmige Durchmesser der Cluster 142 nm beträgt. Außerdem zeigt Abb. 10d, dass der kreisförmige Durchmesser der Cluster zwischen 213 und 440 nm liegt und der durchschnittliche kreisförmige Durchmesser der Cluster 326 nm beträgt.

Darüber hinaus zeigten die PSD-Ergebnisse, dass sie nicht einheitlich sind, wie in Abb. 8 zu sehen ist. Es ist erwähnenswert, dass die PSD-Messungen nach 15 Minuten Ultraschallbehandlung einen Bereich von Clustergrößen zwischen weniger als 50 und mehr als 500 nm zeigten (Abb. 8a). Darüber hinaus zeigt die in Abb. 8g dargestellte PSD nach 120-minütiger Ultraschallbehandlung, dass die Partikelgrößen im Vergleich zu den PSD-Ergebnissen nach 15-minütiger Ultraschallbehandlung abnehmen, während die Partikelgröße nicht einheitlich ist. Um die PSD mit dem TEM-Ergebnis zu analysieren, zeigen beide nach 15- und 120-minütiger Ultraschallbehandlung eine Ungleichmäßigkeit der Clustergröße. Obwohl der kreisförmige Durchmesser von Clustern durch TEM-Mikroskopie gemessen werden kann, zeigt diese Methode nicht die statistische Perspektive und ist daher nicht in der Lage, die optimale Ultraschallbehandlung zu untersuchen. Im Gegensatz dazu zeigen die PSD-Ergebnisse die akzeptable statistische Perspektive zur Untersuchung der optimalen Ultraschallbehandlung.

Wie zuvor beschrieben, wird der Strahlverschiebungsansatz verwendet, um die HTC des Al12Mg17-Nanofluids in drei Schritten zu bestimmen. Die Abweichung des Strahls, die auf den Thermoschock zurückzuführen ist, ist in Abb. 11 dargestellt. Diese Abbildung zeigt die Strahlverschiebungsmessungen für verschiedene Konzentrationen von Al12Mg17-Nanopartikeln im Vergleich zur Anzahl der Probenahmerahmen. Wie in Abb. 11 gezeigt, wurden Strahlverschiebungen von 13,37, 13,53, 13,7 und 13,8 \(\mathrm{\mu m}\) für 0,0125, 0,025, 0,0375 bzw. 0,05 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluide gemessen. Strahlverschiebungen wurden als Differenz zwischen dem Durchschnittswert der Strahlpunktkoordinate im stationären Zustand und dem Verschiebungspeak berechnet.

Strahlverschiebungsergebnisse für verschiedene Konzentrationen von Al12Mg17-Nanofluid bei (a) 0,0125, (b) 0,025, (c) 0,0375 und (d) 0,05 Vol.-%.

Als Ergebnis des zweiten Schritts wurde eine dem Strahlengang entsprechende Linie verwendet, um Temperaturschwankungen numerisch zu analysieren. Abbildung 12 zeigt die thermischen Variationen durch die Domäne für das HTC von 0,8 \(\mathrm{W}/(\mathrm{m K})\) nach 5 s. Abbildung 12a,b zeigen die isotherme Kontur und die Temperaturschwankung auf einer Schnittebene durch die Mitte des Heizgeräts (bei y = 5 mm). Diese Abbildung zeigt, dass nach 5 s Erhitzen in der Nähe der Heizung ein Temperaturunterschied von ca. 70 °C besteht, der zur Strahlverschiebung führt.

(a) Isotherme Kontur der Domäne und (b) Temperaturverteilung auf einer Schnittebene parallel zur xz-Ebene bei y = 5 mm für die HTC des Nanofluids von 0,8 \(\mathrm{W}/(\mathrm{m}. \mathrm{K})\) nach 5 s.

Im dritten Schritt wurde nach dem Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit den numerischen Simulationen die HTC des Nanofluids ermittelt. Daher zeigten die Ergebnisse der Strahlverschiebungsmethode, dass die HTC des Al12Mg17-Nanofluids 0,61 \(\mathrm{W}/(\mathrm{m K})\) bei einer Konzentration von 0,0125 Vol.-% und bei Konzentrationen von 0,025 beträgt. 0,0375 und 0,05 Vol.-% steigen auf 0,66, 0,73 bzw. 0,8 \(\mathrm{W}/(\mathrm{m K})\).

Die Temperaturschwankungen auf der Strahlweglinie (Abb. 13a) für verschiedene Werte des HTC des Nanofluids sind in Abb. 13b dargestellt. Aus dieser Abbildung lässt sich schließen, dass die Temperatur eines 0,05 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluids mit einem HTC von 0,8 W/(m·K) etwa 364 K beträgt, wenn es nach 5 s Erhitzen 100 Mikrometer von der Heizung entfernt angebracht wird. Die eines Nanofluids mit 0,0125 Vol.-% Al12Mg17 und einem HTC-Wert von 0,61 W/(m K) beträgt jedoch etwa 368 K. Somit wird die Wärmeübertragung durch die Erhöhung der Konzentration der Nanopartikel verbessert. Abbildung 13d zeigt die Temperaturkontur des Nanofluids mit einem HTC von 0,8 \(\mathrm{W}/(\mathrm{m K})\) auf einer Schnittebene parallel zur xy-Ebene, die die Strahlweglinie schneidet (Abb. 13c). Da Flüssigkeiten bei niedrigeren Temperaturen einen größeren Brechungsindex haben, weist das Nanofluid mit der HTC von 0,8 \(\mathrm{W}/(\mathrm{m K})\) die geringsten Temperaturänderungen von allen auf und weist daher die größte Verschiebung auf .

(a) Eine Ansicht der Strahlenganglinie (bei \(x=7,1 {\rm mm}, y=0-10 {\rm mm}, z = 22 {\rm mm}\)) und (b) Temperaturschwankungen auf der Strahlweglinie nach 5 s für verschiedene Werte des HTC des Nanofluids. (c) Eine Ansicht der Schnittebene parallel zur xy-Ebene bei z = 22 mm und (d) Temperaturkontur auf der Schnittebene und der Strahlweglinie für \(k=0,8\mathrm{ W}/(\mathrm {m} \mathrm{K})\) nach 5 s.

Darüber hinaus wurden die HTC-Messungen des KD2 Pro-Geräts mit den Ergebnissen verglichen, die mit dem Strahlverschiebungsansatz erzielt wurden. Abbildung 14 zeigt die HTC der Nanoflüssigkeiten, gemessen mit dem KD2 Pro-Instrument bei 25 °C und der Strahlverdrängungstechnik bei verschiedenen Konzentrationen von Al12Mg17-Nanopartikeln. Den KD2 Pro-Ergebnissen zufolge beträgt der HTC des 0,0125 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluids 0,633 \(\mathrm{W}/(\mathrm{m K})\), was auf 0,71, 0,78 und 0,81 \(\\mathrm{W}/(\mathrm{m K})\) ansteigt. mathrm{W}/(\mathrm{m K})\) durch Erhöhung der Konzentration der Al12Mg17-Nanopartikel auf 0,025, 0,0375 bzw. 0,05 Vol.-%.

(a) Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von Al12Mg17-Nanofluiden von der Konzentration der Nanopartikel mit 0,1 Vol.-% CTAB. (b) HTC-Verstärkung der Al12Mg17-Nanoflüssigkeiten im Vergleich zu DI-Wasser.

Basierend auf den gemessenen HTC-Werten wurden die Verbesserungen der Wärmeleitfähigkeiten relativ zur Grundflüssigkeit abgeschätzt, wie in Abb. 14b dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass im Vergleich zu DI-Wasser mit einem HTC von 0,579 \(\mathrm{W}/(\mathrm{m K})\) die Wärmeleitfähigkeit höher ist, wenn Nanopartikel vorhanden sind. Mit Al12Mg17-Nanopartikeln, die in entionisiertem Wasser in einer Konzentration von 0,05 Vol.-% verteilt waren, wurde mit der KD2 Pro-Messung bzw. der Strahlverschiebungsmethode die höchste Gesamtverbesserung der HTC von fast 40 % bzw. 38 % beobachtet. Andererseits weist das 0,0125 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluid die geringste Stärke der HTC-Verstärkung mit einem Wert von etwa 9 % bzw. 5 % bei Verwendung der KD2 Pro-Messung bzw. der Strahlverschiebungsmethode auf.

Verschiedene Faktoren können zur erhöhten Wärmeübertragung in Nanoflüssigkeiten beitragen, die legierte Nanopartikel enthalten, darunter die Brownsche Bewegung, die Clustergröße, die Aggregation von Nanopartikeln, die Bildung einer Schicht aus Flüssigkeitsmolekülen nahe der Oberfläche der Nanopartikel und die Bildung von Nanopartikelkomplexen , und die Kollisionen zwischen Clustern.66. Es ist zu beachten, dass die Wärmeleitfähigkeit auch von der Kristallgröße, dem Volumenanteil der Nanopartikel und den thermischen Eigenschaften der Feststoffsuspension abhängt67.

Tabelle 4 zeigt einen Vergleich zwischen den HTC-Verbesserungen des wenig untersuchten Nanofluids und den Ergebnissen zweier anderer Studien. In der Studie von Paul et al.20 stellten sie einen Anstieg der HTC um 16 % fest, nachdem 0,1 Vol.-% Al95Zn05-Nanopartikel in Ethylenglykol dispergiert wurden. Sie behaupteten, dass die erhöhte Wärmeübertragungsrate in Nanoflüssigkeiten auf die große spezifische Oberfläche der Nanopartikel, den Partikelformfaktor, die Flüssigkeitsschichtung an der Fest-Flüssigkeit-Grenzfläche, die Clusterbildung/Aggregation und die Brownsche Bewegung zurückzuführen sei. Darüber hinaus ergab die von Karthik et al.24 durchgeführte Untersuchung, dass die Zugabe von 0,1 Vol.-% Ni65Al35-Nanopartikeln die HTC von Nanoflüssigkeiten um 28 % steigerte. Sie zeigten auch, dass die intermetallische Oberflächenzusammensetzung von Ni65Al35 und die Massenstöchiometrie einen geringen Einfluss auf die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit von Nanofluiden hatten, die Ni65Al35-Nanopartikel enthielten. Daher übertreffen in der vorliegenden Studie in DI-Wasser verteilte Al12Mg17-Nanopartikel die in Wasser bzw. Ethylenglykol dispergierten Ni65Al35- und Al95Zn05-Nanopartikel.

Die Ergebnisse der elektrischen Leitfähigkeitsmessungen für das Al12Mg17-Nanofluid bei unterschiedlichen Nanopartikelkonzentrationen sind in Abb. 15 dargestellt. In Abwesenheit von Al12Mg17-Nanopartikeln hat ein Basisfluid mit 0,1 Vol.-% CTAB eine elektrische Leitfähigkeit von 86 \(\mathrm{ \mu S}/\mathrm{cm}\). Wie in Abb. 15 dargestellt, steigt die elektrische Leitfähigkeit des Al12Mg17-Nanofluids linear von 155 auf 188 \(\mathrm{\mu S}/\mathrm{cm}\), indem der Volumenanteil von 0,0125 auf 0,05 Vol.-% erhöht wird. Die Verbesserungen der elektrischen Leitfähigkeit von Nanoflüssigkeiten wurden im Verhältnis zur Basisflüssigkeit mit 0,1 Vol.-% CTAB berechnet. Die maximale Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit von etwa 116 % wurde für 0,05 Vol.-% beobachtet. Al12Mg17-Nanoflüssigkeit. Die elektrische Leitfähigkeit eines Nanofluids hängt mit der Fähigkeit der geladenen Ionen im Nanofluid zusammen, Elektronen zu transportieren. Dies könnte auf die mögliche Bildung einer elektrischen Doppelschicht auf der Oberfläche der dispergierten Nanopartikel zurückzuführen sein68. Die Hauptursache für den Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit ist die Entstehung von Oberflächenladungen, die durch die Polarisation von Nanopartikeln bei der Verteilung im Polarwasser verursacht werden. Die Dispersion der Nanopartikel verändert die Dielektrizitätskonstante und Dichte der Grundflüssigkeit. Daher erscheint es vernünftig, dass ein Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit einem Anstieg der Konzentration von Al12Mg17-Nanopartikeln folgen würde.

Die effektive elektrische Leitfähigkeit von Al12Mg17-Nanofluid bei verschiedenen Konzentrationen von Nanopartikeln mit 0,1 Vol.-% CTAB bei \(25\mathrm{^\circ{\rm C} }\).

Die elektrische Leitfähigkeit von Suspensionen wurde erstmals von Maxwell modelliert. Das Modell könnte auch zur Beschreibung von Nanoflüssigkeiten wie folgt angewendet werden:

Dieses Modell befasst sich mit der Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit in Suspensionen kugelförmiger Partikel mit einem geringen Volumenanteil in der Grundflüssigkeit. In Gl. (6), α = (σp)/(σ0), σnf ist die elektrische Leitfähigkeit des Nanofluids, σ0 ist die Leitfähigkeit der Basisflüssigkeit und σp ist die Partikelleitfähigkeit69. Die Anpassung einer linearen Funktion ist die effektivste Methode für die daraus extrahierten experimentellen Daten Al12Mg17-Nanoflüssigkeiten, da alle Ergebnisse linear waren. Abbildung 16 zeigt die Anpassung des Maxwell-Modells und einer linearen Funktion im Zusammenhang mit Al12Mg17-Nanoflüssigkeiten. Das statische Modell von Maxwell sagt eine lineare Beziehung zwischen elektrischer Leitfähigkeit und Konzentration voraus; Allerdings werden die Brownsche Bewegung, die Aggregation und die elektrische Doppelschicht (EDL) ignoriert. Gleichung (7) stellt eine lineare Beziehung zwischen elektrischer Leitfähigkeit und Konzentration dar. im Zusammenhang mit Al12Mg17-Nanofluiden.

Anpassung des Maxwell-Modells und einer linearen Funktion im Zusammenhang mit Al12Mg17-Nanofluid.

In dieser Studie wurden umfassende Experimente durchgeführt, um die Stabilität, die optimale Ultraschalldauer, die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit des Al12Mg17-Nanofluids zu bestimmen. Unsere Studie kann Aufschluss über das Potenzial von Nanoflüssigkeiten als Kühlmittel in Wärmeübertragungsgeräten wie Solarkollektoren, Autokühlern und elektronischen Kühlsystemen geben. Unsere Studie befasst sich mit einem entscheidenden Aspekt, der bisher nur begrenzte Aufmerksamkeit erhalten hat, nämlich der Entwicklung von PSD mit unterschiedlichen Ultraschallperioden zur Bestimmung der optimalen Dauer. Durch den Einsatz der DLS-Methode in Verbindung mit TEM-Mikrofotografie konnte die Studie die PSD erfolgreich charakterisieren und ihre Genauigkeit bestätigen. Die Stabilität der Nanoflüssigkeiten wurde sorgfältig durch visuelle Beobachtung und Zetapotentialmessungen bewertet. Darüber hinaus lieferte die Einführung einer neuartigen Strahlverschiebungsmethode in Kombination mit numerischer Analyse einen innovativen Ansatz zur genauen Messung des HTC. Der Einsatz optischer Methoden ermöglichte eine schnelle Datenerfassung und ermöglichte Bewertungen, bevor durch thermische Schwankungen eine Massenbewegung innerhalb des Nanofluids auftritt. Um die mit der Strahlverschiebungsmethode erhaltenen HTC-Daten zu validieren, wurde ein Vergleich mit Ergebnissen des zuverlässigen KD2 Pro-Geräts durchgeführt. Zusätzlich wurde die elektrische Leitfähigkeit des Nanofluids mit dem Gerät PCT 407 gemessen.

Das Erreichen einer angemessenen Stabilität des Nanofluids wurde durch die Verwendung von CTAB als am besten geeignetes Tensid im Konzentrationsbereich der Nanopartikel von 0,0125 bis 0,05 Vol.-% erreicht. Die Ergebnisse der Untersuchung deuten darauf hin, dass eine Dauer von 2 Stunden Ultraschall eine maximale PSD von 154 nm ergab, die anschließend mittels TEM-Bildgebung untersucht wurde. Die Ergebnisse der Zetapotentialanalyse zeigen, dass die Zugabe von 0,16 Vol.-% CTAB für 0,025 Vol.-% Al12Mg17-Nanofluid zur maximalen Stabilität führt. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse der Beobachtungsmethode darauf hin, dass die Oberfläche von Nanopartikeln eine negative Ladung trägt. Die höchste HTC-Verbesserung von 40 % wurde bei einer Nanopartikelkonzentration von 0,05 Vol.-% erreicht, was das Potenzial für erhebliche Verbesserungen der Wärmeübertragung zeigt. Darüber hinaus zeigte die elektrische Leitfähigkeit einen bemerkenswerten linearen Anstieg, wobei der höchste Wert von 188 \(\mathrm{\mu S}/\mathrm{cm}\) bei der gleichen Konzentration von Al12Mg17-Nanopartikeln erreicht wurde.

Zusammenfassend unterstreichen die Ergebnisse dieser Studie die außergewöhnlichen Eigenschaften des Al12Mg17-Nanofluids und sein erhebliches Potenzial zur Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung. Die in dieser Forschung vorgestellte neuartige Strahlverschiebungsmethode bietet eine hochmoderne Technik zur genauen Bestimmung von HTC. Diese Fortschritte tragen erheblich zur fortlaufenden Erforschung von Nanofluiden bei und ebnen den Weg für deren praktische Umsetzung in verschiedenen Wärmeübertragungsanwendungen, wodurch letztendlich die Effizienz und Nachhaltigkeit thermischer Systeme verbessert wird.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Alle Autoren sind bereit, Professor Ali Shokuhfar, der am 2.3.2023 verstorben ist, ihren Dank auszudrücken. Sein Pass ist ein großer Verlust für unser Team, da er ein engagierter, sachkundiger Professor mit einer großartigen Persönlichkeit war.

Fakultät für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, KN Toosi University of Technology, 15 Pardis St., Teheran, 1991943344, Iran

Soroush Javadipour und Ali Shokuhfar

Fakultät für Maschinenbau, KN Toosi University of Technology, 15 Pardis St., Teheran, 1999143344, Iran

Zeinab Heidary

Laser- und Plasmaforschungsinstitut, Shahid Beheshti Universität, Teheran, Iran

Mohammad Amin Amiri Roshkhar & SM Mahdi Khamoushi

Abteilung für Erdöltechnik, Wissenschafts- und Forschungszweig, Islamische Azad-Universität, Teheran, Iran

Keyvan Homayouni

Fachbereich Physik, KN Toosi University of Technology, Teheran, 15875-4416, Iran

Fatemeh Rezaei

Forschungsabteilung für nichtmetallische Materialien, Niroo Research Institute, Teheran, Iran

Ashkan Zolriasatin

Abteilung für Chemieingenieurwesen, Iranische Universität für Wissenschaft und Technologie, Teheran, Iran

Shahrokh Shahhosseini

Forschungszentrum für Nanotechnologie, Forschungsinstitut für Erdölindustrie IR, Teheran, Iran

Alimorad Rashidi

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SJ entwarf und führte die Experimente durch und erstellte die erste Version des Manuskripts mit Datenanalyse (Signalverarbeitung mit MATLAB und Bildverarbeitung in Python). Professor AS überwachte die Hauptidee und die Ausstattung des vorliegenden Manuskripts und war auch Organisator des Projekts. ZH trug zur numerischen Analyse, zum Schreiben und zur Überprüfung des Manuskripts bei. MAAR arbeitete im Bereich der Signalverarbeitung des DLS-Setups mit. FR überwachte die Laserstudien und trug zur Manuskriptstruktur und Dateninterpretation bei. KH half bei der Konzeption und Durchführung der Experimente und trug zur Datenanalyse (Signalverarbeitung mit MATLAB) bei. AZ half bei der TEM-Aufnahme und der Materialcharakterisierung. SS trug zum CFD-Problem und zur numerischen Analyse bei und überprüfte und verbesserte die endgültige Version des Manuskripts. AR half bei der HTC-Bestimmung und den Ergebnissen des Abschnitts zur thermischen Untersuchung. SMMK trug zu einem experimentellen Abschnitt des Strahlverschiebungsaufbaus und der Bildverarbeitung bei.

Korrespondenz mit Soroush Javadipour oder Fatemeh Rezaei.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Javadipour, S., Shokuhfar, A., Heidary, Z. et al. Stabilität, optimale Ultraschallbehandlung sowie Schätzung der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit in niedrigen Konzentrationen von Al12Mg17-Nanoflüssigkeit durch dynamische Lichtstreuung und Strahlverschiebungsmethode. Sci Rep 13, 13659 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-40844-9

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Eingegangen: 06. März 2023

Angenommen: 17. August 2023

Veröffentlicht: 22. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-40844-9

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