Схемы предлагаемых конфигураций, включая нижнее освещение, верхнее освещение и конфигурации полости. 1 кредит

Было обнаружено, что наножидкости (НФ) обладают улучшенными теплофизическими свойствами по сравнению со свойствами чистых жидкостей, таких как органические растворители или вода. С момента публикации первого исследования в 1951 г. НФ стали перспективными теплоносителями с повышенной теплопроводностью для широкого круга технологических применений, например, электронного охлаждения, солнечных водонагревателей, ядерных реакторов, радиаторов. Таким образом, точные характеристики поверхностных и объемных теплофизических свойств NF необходимы для их калибровки и прогнозирования их возможностей.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Light Science and Applications, исследователи из Чанчуньского института оптики, точной механики и физики (CIOMP) Китайской академии наук предложили универсальный оптический метод, основанный на интерферометрии с возбуждением и зондированием накачки для характеристики теплофизических свойств обоих наножидкости и биологической бесконтактным способом и, таким образом, решить проблемы термокапиллярной деформации, которые ограничивают ее применение.

Различные методы использовались для изучения теплофизических свойств NF и получения характеристик NF. Термокапиллярная деформация, вызванная локальным лазерным нагревом, использовалась для измерения температуропроводности и контроля органических примесей в воде.

Однако из-за прямого взаимодействия лазера с жидкостью термокапиллярная деформация имеет две серьезные проблемы, которые ограничивают ее практическое применение. Во-первых, он работает только для чистых жидкостей, поскольку для наножидкостей и биожидкостей возникает сложное взаимодействие сил излучения, термокапиллярности и рассеяния, что может привести к неточному определению теплофизических свойств. Вторая проблема заключается в том, что термокапиллярная деформация не работает для приложений, в которых лазер накачки может привести к повреждению биожидкости и систем, в которых жидкость ограничена замкнутой поверхностью.

В своем исследовании команда CIOMP проиллюстрировала три очень разные конфигурации. Они прогрели НФ снизу через непрозрачную подложку и обеспечили первые масштабные измерения теплофизических свойств (вязкости, коэффициента поверхностного натяжения и диффузии) комплексного НФ и биожидкости без повреждающих и конкурирующих сил.

Исследователи также освещали жидкость с ее свободной поверхности (облучение сверху для отложенных капель) и продемонстрировали точную характеристику NF путем количественного выделения конкурирующих сил, используя преимущества различных временных масштабов этих сил.

В третьей конфигурации команда исследовала теплофизические свойства NF при заключении в металлическую полость. В этом случае нестационарная термоупругая деформация поверхности металла обеспечивает как свойства ОФ, так и термомеханические свойства металла.

«Учитывая эту универсальность, наша методика работает почти со всеми жидкостями и, таким образом, может быть применена к широкому спектру сценариев применения для точной характеристики теплофизических свойств сложных жидкостей на месте в небольших масштабах», — сказал Гопал Верма, ведущий исследователь CIOMP.