액체 방울 추적의 다중 프랙털 분석을 사용한 나노유체의 특성 분석

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 11111(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이 기사는 비선형 다중 프랙탈 알고리즘을 사용하여 나노유체 분석에 대한 혁신적인 접근 방식을 제시합니다. 수행된 연구는 100ml의 탈염수와 100ml의 99.5% 이소프로판올에 현탁된 SiO2 나노입자(~0.01g)로 제조된 나노유체에 관한 것입니다. 이어서, 나노유체는 접촉각 결정, 제타 전위 결정, pH 및 입자 크기 분석과 같은 전통적인 특성화 방법을 거쳤습니다. 얻은 결과는 제조된 나노유체가 시간에 따른 응집(나노유체 현탁액) 측면에서 안정적이며, 분말 입자의 용해 및 분산 측면에서 적절하게 제조되었음을 보여줍니다. 나노유체를 특성화하기 위해 제시된 방법의 결과를 분석한 저자는 특이점 지수의 스펙트럼을 사용하여 복잡한 스케일링 동작에 대한 자세한 국지적 설명을 허용하는 다중 프랙탈 분석을 제안했습니다. 비선형 분석은 나노유체에 대한 다중프랙탈 알고리즘의 사용이 다중프랙탈 스펙트럼을 기반으로 한 유체 품질 분석 및 준비 프로세스를 개선할 수 있음을 보여줍니다.

유체역학은 산업, 생명, 과학의 여러 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다. 현재 세계가 직면하고 있는 심각한 과제는 유체의 품질을 개선하여 나노유체(부유된 나노입자가 있는 유체)를 만드는 것입니다. 기존의 가공 유체1에 비해 열 전도성, 장기 안정성, 균질성 등을 포함한 유체 특성이 크게 증가한 것을 특징으로 하는 나노유체는 다공성 매체와 같은 다양한 엔지니어링 응용 분야에 사용되는 것으로 밝혀졌습니다2,3 그러나 이러한 유형의 유체를 준비하는 과정은 어려울 수 있으며(응집은 나노유체 합성에서 주요 문제입니다4), 더욱이 이 과정을 통해 얻은 나노유체의 품질을 확인할 수 있습니다. 나노유체를 생산하는 주요 방식은 2단계 방식과 1단계 방식이 있다. 원스텝 방식은 나노입자 생산과 나노유체 합성을 결합한 공정이다. 나노입자는 물리적 기상 증착(PVD) 기술 또는 증기상에서 흐르는 저증기압 액체(VEROS)로 나노입자를 응축하는 직접적인 방법으로 생성됩니다(참조5). 이 연구는 나노입자 크기에 대한 탁월한 제어를 제공하고 첨가제를 사용하지 않고도 안정적인 나노유체를 생성하는 개발된 직접 증발 응축 방법에 전념하고 있습니다. 2단계 방법은 나노유체를 생산하는데 가장 널리 사용되는 방법이다. 다른 방법으로 나노입자를 초기에 획득하는 것으로 구성되며, 두 번째 단계에서는 자기력 교반7,8,9, 초음파 교반, 고전단 혼합, 균질화10 및 볼 등 다양한 방법을 사용하여 나노분말을 액체에 분포시킵니다. 갈기.

나노유체의 안정성은 실용적인 이유로 매우 중요합니다. 잠재적인 경제적, 사회적 영향은 잠재적으로 매우 광범위한 응용 분야(열 전달: 엔진 냉각/차량 열 관리, 보일러 연도 가스 온도 감소, 열교환기, 마이크로 전자공학 등)의 유체에 대한 특수 변형제로서의 나노입자의 역할과 관련됩니다. 열 전달 응용 분야에서 입자의 확산 계수는 유체 온도에 정비례합니다. 확산 계수가 높다는 것은 입자 충돌이 더 많이 발생하고 입자 응집 가능성이 더 크다는 것을 의미합니다. 고온 응용 분야에서는 나노유체 불안정성을 억제하기 위해 추가적인 주의가 필요합니다. 약물 전달 시스템에서 바람직하지 않은 입자 침전 또는 응집은 채널을 통한 나노유체의 흐름에 영향을 미칠 수 있습니다. 나노유체의 안정성은 입자 형태, 입자의 화학적 구조, 알칼리성 유체와 같은 부유 입자와 기본 유체의 특성에 크게 의존합니다11. 안정적인 비유체를 얻는 또 다른 주요 매개변수는 12,13에서 언급한 pH 조절입니다.