Физико-химические свойства и фототермические характеристики водных дисперсий наноалмазов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат наук Усольцева Лилия Олеговна

• Усольцева Лилия Олеговна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Усольцева Лилия Олеговна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Методы определения коэффициента теплопроводности жидкостей (обзор литературы)

1.1. Стационарные методы определения коэффициента теплопроводности

1.1.1. Метод нагреваемых пластин

1.1.2. Метод коаксиальных цилиндров

1.1.3. Развивающиеся экспериментальные установки

1.2. Нестационарные тепловые методы определения коэффициента теплопроводности

1.2.1. Метод нагреваемой нити

1.2.2. 3ю метод

1.2.3. Метод плоского источника

1.2.4. Метод тепловых колебаний

1.2.5. Метод лазерной вспышки

1.3. Фототермические методы определения тепловых характеристик

1.3.1. Фотопироэлектрический метод

1.3.2. Тепловая интерферометрия

1.3.3. Фотоакустическая спектроскопия

1.3.4. Спектроскопии фототермического отклонения

1.3.5. Фототермическая радиометрия

1.3.6. Термодифракционная спектроскопия

1.3.7. Термолинзовая спектрометрия

Заключение к главе

ГЛАВА 2. Теплопроводящие свойства коллоидных растворов наноалмазов (обзор литературы)

2.1. Предварительная обработка наноалмазов, получение коллоидных растворов и характеризация кластеров

2.2. Увеличение коэффициента теплопроводности дисперсных углеродных систем относительно базовой жидкости

2.3. Теоретические подходы к описанию коэффициента теплопроводности наножидкостей

Заключение к главе

Постановка задачи работы

ГЛАВА 3. Общие материалы и оборудование

3.1. Исследуемые образцы и реактивы

3.1.1. Водные коллоидные растворы

3.1.2. Реагенты и растворители

3.2. Оборудование

3.2.1. Термолинзовый спектрометр

3.2.2. Анализатор теплопроводности FOX50

3.2.3. Фототермический и оптоакустический микроскоп

3.2.4. Установка для оптоакустических измерений оптически плотных растворов

3.2.5. Другое спектральное оборудование

3.2.6. Другое физико-химическое оборудование

3.2.7. Дополнительное оборудование

3.3. Посуда и расходные материалы

3.4. Обработка результатов измерения

3.4.1. Общие сведения

3.4.2. Спектрофотометрия

3.4.3. Оптоакустическая спектроскопия

3.4.4. Дифференциальная сканирующая калориметрия

3.4.5. Вибрационный плотномер

3.4.6. Термолинзовая спектометрия

3.4.7. Фототермическая микроскопия

3.4.8. Анализатор теплопроводности F0X50

3.5. Методики эксперимента

3.5.1. Получение водных дисперсий наноалмазов

3.5.2. Методики фракционирования

3.5.3. Методики характеризации водных дисперсий

3.5.4. Измерения на термолинзовом спектрометре

3.5.5. Измерения на анализаторе F0X50

ГЛАВА 4. Определение размеров частиц, вязкости, плотности и удельной

изобарной теплоёмкости дисперсных систем

4.1. Водные дисперсии нанолмазов

4.1.1. Размеры частиц наноалмазов

4.1.2. Динамическая вязкость

4.1.3. Плотность

4.1.4. Удельная изобарная теплоёмкость

4.2. Коллоидные растворы наночастиц оксида кремния

4.2.1. Элементный состав

4.2.2. Размеры наночастиц оксида кремния

4.2.3. Динамическая вязкость

4.2.4. Плотность

4.2.5. Удельная изобарная теплоёмкость

Заключение к главе

ГЛАВА 5. Оптические спектры поглощения водных дисперсий наноалмазов

5.1. УФ-видимые спектры поглощения водных дисперсий наноалмазов

5.2. Оптоакустические спектры водных дисперсий наноалмазов

5.3. Сравнение данных, полученных методами видимой и оптоакустической спектроскопии

ГЛАВА 6. Фракционирование водных дисперсий наноалмазов. Оптические спектры поглощения фракций

6.1. Микроцентрифугирование

6.2. Ультрацентрифугирование

6.3. Дополнительное центрифугирование раствора нижней фракции после ультрацентрифугирования

6.4. Сравнение данных, полученных методами видимой и оптоакустической спектроскопии для фракционированных образцов ВДНА

Заключение к главам 5 и

ГЛАВА 7. Фототермические характеристики водных дисперсий наноалмазов

7.1. Определение коэффициента температуропроводности методом термолинзовой спектрометрии

7.1.1. Времяразрешенные кривые (участок образования термолинзы)

7.1.2. Времяразрешенные кривые (участок диссипация термолинзы)

7.2. Фототермическая микроскопия водных дисперсий наноалмазов

7.2.1. Сравнение режимов измерения

7.2.2. Нелинейный режим

7.2.3. Сравнение марок наноалмазов

Заключение к главе

ГЛАВА 8. Определение коэффициента теплопроводности методом теплового потока

8.1. Калибровка ячейки для жидкостей

8.2. Правильность определения коэффициента теплопроводности в ячейке для жидкостей

8.2.1. Влияние толщины слоя жидкости

8.2.2. Измерение различных стандартных растворителей

8.2.3. Работа с неводными средами

8.3. Коэффициент теплопроводности водных коллоидных растворов

8.3.1. Водные дисперсии наноалмазов

8.3.2. Коллоидные растворы наночастиц оксида кремния

8.4. Определение коэффициента теплопроводности паст

8.4.1. Измерение коммерческого образца

8.4.2. Измерение паст на основе наноалмазов

8.5. Коэффициент теплопроводности водных дисперсий: сравнение данных, полученных с помощью двух альтернативных методов

Заключение к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

БЛАГОДАРНОСТИ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение 1. Эталонный материал ВНИИМ 04.02.012-14/08

Приложение 2. Вспомогательные параметры коллоидных растворов наночастиц

оксида кремния

Приложение 3. Моделирование теплового поля для дисперсной среды в

термолинзовом эксперименте

Приложение 4. Характеризация наноалмазов детонационного синтеза, используемых в работе

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Потребность в эффективных охладительных жидкостных системах (при эксплуатации солнечных батарей, работе вычислительной техники, в ядерной энергетике и ряде других отраслей) привела к активному исследованию и внедрению наножидкостей (НЖ), состоящих из базовой жидкости и диспергированных в ней наночастиц, улучшающих теплопроводность всей системы. В качестве последних чаще всего используют наночастицы металлов и оксидов (Л120з, СиО, Бе304). В последние 10 лет стали разрабатываться новые материалы для НЖ, и все более востребованы углеродные наножидкости (УНЖ) на основе наночастиц аллотропных форм углерода. Они не склонны к седиментации, химически инертны и в меньшей степени, чем НЖ на основе металлов и оксидов, вызывают коррозию самой охладительной системы. Отдельное направление в этой области связано с гидрофильными материалами, наноалмазами, для которых в полярной жидкости можно достичь высоких концентраций наночастиц, до 10-15 масс.%. Однако наножидкости на основе наноалмазов пока не полностью изучены; для них получены противоречивые значения их рабочих параметров, что ставит под сомнение существующие данные по теплопроводности и, следовательно, эффективность и применимость таких НЖ.

Эта проблема характерна не только для наноалмазов и наножидкостей, но и для многих двухфазных систем сложного состава, поскольку их теплопроводность зависит от целого ряда факторов. Решение этой проблемы требует более глубокого исследования физико-химических свойств материалов для создания НЖ, а также и свойств самих НЖ. Однако в большом числе работ превалируют утилитарные подходы, не всегда исследуется связь теплопроводности наножидкостей с другими их свойствами, часто недостаточно информации о таких параметрах как общий химический состав наножидкостей и предельные концентрации наночастиц, размеры, форма, свойства поверхности наночастиц, а также температурные зависимости физико-химических параметров НЖ. Вследствие этого актуальна разработка методологии измерения теплопроводящих свойств дисперсных систем наножидкостей, при этом в рамках их более общей физико-химической диагностики. Среди задач такой диагностики — определение концентрации наночастиц и исследование свойств дисперсной фазы.

Вследствие этого, развитие методов комплексной диагностики физико-химических свойств наножидкостей является актуальной задачей. Важно, чтобы такие методы обеспечивали достоверные данные для широкого круга дисперсных систем различной природы. Фототермическая спектроскопия (ФТС) перспективна для этой цели, поскольку относится к группе недеструктивных и высокочувствительных методов, которые сочетают

возможности оптической молекулярной спектроскопии (определение светопоглощения и концентраций) и теплофизической диагностики (определение коэффициентов температуропроводности и теплоёмкости, тепловой инерции) и позволяют определять эти характеристики с достаточно высокой точностью. ФТС применяется для неразрушающей характеризации наноматериалов и водных дисперсий на их основе, однако не до конца решенной задачей остается методология исследований фототермических и физико-химических параметров дисперсных систем.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-химические свойства и фототермические характеристики водных дисперсий наноалмазов»

Цель работы

Разработка теоретических и практических подходов к оценке физико-химических свойств и фототермических характеристик водных дисперсий наноалмазов детонационного синтеза (ВДНА) методами фототермической спектроскопии.

В рамках этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать методологию определения коэффициента температуропроводности из данных термолинзовой спектрометрии для водных дисперсий наночастиц различного типа, включая наноалмазы детонационного синтеза.

2. Разработать методологию и условия измерения теплопроводности порошков, водных паст и дисперсий при помощи метода теплового потока как метода сравнения.

3. Исследовать спектральные характеристики ВДНА, оценить коэффициент светопоглощения и вклад светорассеяния в спектры экстинкции.

4. Исследовать концентрационные зависимости плотности, теплоёмкости и вязкости ВДНА.

5. Провести сравнительное определение коэффициента теплопроводности ВДНА методами фототермической спектроскопии и методом теплового потока.

Объекты исследования — водные дисперсии наноалмазов детонационного синтеза различных марок, водные коллоидные растворы наночастиц оксида кремния. Предмет исследования — физико-химические и теплофизические свойства данных водных дисперсий.

Методология диссертационного исследования

Работа представляет собой экспериментально-методическое исследование. Экспериментальная часть работы включает в себя использование методов фототермической и оптоакустической спектроскопии для исследования тепловых (коэффициент температуропроводности), размерных и оптических характеристик водных дисперсий наноалмазов. Кроме того изучались коллоидных растворы наночастиц оксида кремния, эта система содержит малопоглощающие (в отличие от наноалмазов) частицы, которые

обладают повышенной, по сравнению с водой, теплопроводностью. Методическая часть работы заключается в разработке подхода к анализу времяразрешенного термолинзового сигнала в условиях эксперимента с гетерогенной жидкостью. Кроме того, подобраны условия для определения коэффициента теплопроводности неоптическим стационарным методом теплового потока. Сторонние методы использованы для определения плотности и теплоёмкости для возможности пересчёта коэффициентов с целью проведения сравнительного анализа. Наряду с двухфазными жидкостями метод теплового потока применялся для анализа порошков и водных паст на основе наноалмазов. Полученные результаты позволили оценить теплопроводность самих наноалмазов.

Научная новизна работы

1. Для водных дисперсий предложена методология обработки динамических кривых развития фототермического сигнала в термолинзовой спектрометрии, основанная на выборе для измерений временного диапазона, в котором возможен корректный учёт влияния локального сигнала частиц дисперсной фазы на общий сигнал, что позволяет избежать завышения коэффициентов температуропроводности и теплопроводности.

2. Разработан способ определения светопоглощения (до 700 1/см при 532 нм) высококонцентрированных (до 280 мг/мл) водных дисперсий наноалмазов, основанный на оптоакустическом методе для оптически плотных растворов.

3. Оценен относительно малый (10-20%) вклад светорассеяния в спектр поглощения водных дисперсий наноалмазов путём сравнения данных мультиспектрального варианта оптоакустической и видимой спектроскопии пропускания.

4. Установлено влияние состава и размера фракций водной дисперсии наноалмазов на УФ-видимый спектр поглощения. При помощи ультрацентрифугирования (40 000 об/мин) препаративно выделены сильно поглощающие фракции водной дисперсии наноалмазов, отличающиеся спектром поглощения и растворимостью от исходной дисперсии.

5. Получены концентрационные зависимости для плотности, удельной изобарной теплоёмкости и вязкости водных дисперсий различных марок наноалмазов детонационного синтеза и наночастиц оксида кремния.

6. Независимыми и взаимно дополняющими методами получены данные, доказывающие невысокие (единицы и десятки Вт/м/К) значения коэффициента теплопроводности наноалмазов детонационного синтеза, незначимый прирост коэффициента теплопроводности в их водных дисперсиях (до 5 мг/мл) относительно воды, максимальный прирост составляет 13% для 140 мг/мл (4 об.%).

Практическая значимость работы

1. Показана возможность использования термолинзовой спектрометрии для определения коэффициента температуропроводности коллоидных растворов с относительным стандартным отклонением прецизионности в условиях сходимости и повторяемости 2%

-7 2

(абсолютная погрешность 0.01*10 м/с).

2. Предложены условия экспериментального определения коэффициента теплопроводности жидкости методом теплового потока с относительным стандартным отклонением прецизионности в условиях сходимости и повторяемости 1% (абсолютная погрешность 0.005 Вт/м/К).

3. Определены коэффициенты теплопроводности порошков наноалмазов, водных паст и дисперсий различной концентрации на основе наноалмазов детонационного синтеза нескольких марок методом теплового потока. Построены концентрационные зависимости коэффициента теплопроводности коммерческих коллоидных растворов наночастиц оксида кремния различных марок.

Положения, выносимые на защиту

1. Методология обработки кривых развития фототермического сигнала в термолинзовой спектрометрии, основанная на выборе временного диапазона, в котором минимально влияние локального перегрева частиц дисперсной фазы на сигнал, позволяет определять коэффициент

-7 2

температуропроводности дисперсий с прецизионностью ± 0.01*10 м /с.

2. Метод теплового потока применим для измерений коэффициента теплопроводности жидкостей, в том числе и коллоидных растворов, с относительным стандартным отклонением повторяемости 1%.

3. Сравнение данных видимой спектроскопии пропускания и мультиспектрального варианта оптоакустической спектроскопии позволяет оценить вклад (10-20%) светорассеяния и светопоглощения в видимый спектр экстинкции водных дисперсий наноалмазов. Вариант оптоакустических измерений для оптически плотных растворов применим для определения оптической плотности высококонцентрированных (до 280 мг/мл) водных дисперсий наноалмазов.

4. Концентрационные зависимости теплоемкости водных дисперсий на основе наноалмазов детонационного синтеза и наночастиц оксида кремния описываются теоретическими уравнениями аддитивных моделей для двухфазных жидкостей вплоть до 610 об.%.

5. Водные дисперсии наноалмазов не являются эффективными теплопроводящими жидкостями при концентрациях, пригодных для практического применения, вследствие невысоких (единицы и десятки Вт/м/К) значений коэффициента теплопроводности самих

наноалмазов и малого вклада наноалмазов в коэффициент теплопроводности их водных дисперсий.

Степень достоверности

Достоверность определяется использованием независимых и взаимно дополняющих методов исследования, а также сопоставлением экспериментальных данных с имеющимися литературными данными. На момент проведения измерений все серийно выпускаемое оборудование, оборудование для измерений массы и объёма имело свидетельство о периодической поверке.

Соответствие паспорту научной специальности

Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 02.00.04 -Физическая химия по области исследований:

- экспериментальное определение термодинамических свойств веществ, расчет термодинамических функций простых и сложных систем, в том числе на основе методов статистической термодинамики, изучение термодинамики фазовых превращений и фазовых переходов;

- изучение физико-химических свойств систем при воздействии внешних полей, а также в экстремальных условиях высоких температур и давлений;

- неравновесные процессы, потоки массы, энергии и энтропии пространственных и временных структур в неравновесных системах.

Апробация результатов исследования

Материалы диссертационной работы представлены на 12 всероссийских и международных конференциях. 2019 год: XXI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, Санкт-Петербург, Россия, 9-13 сентября; 20th International Conference on Photoacoustic and Photothermal Phenomena (ICPPP20), Москва, Россия, 7-12 июля; 14th International Conference Advanced Carbon NanoStructures - 2019 (ACNS'2019), Санкт-Петербург, Россия, 15 июля; 2018 год: Четвертый междисциплинарный научный форум с международным участием «Новые материалы и перспективные технологии», Москва, Россия, 27-30 ноября; International School of Quantum Electronics. Progress in Photoacoustic and Photothermal Phenomena: Focus on Biomedical, Nanoscale, NDE and Thermophy si cal Phenomena and Technologies, Эриче, Италия, 6-12 сентября; 2017 год: RSC Tokyo International Conference 2017 Analytical Science & Technology for Global Sustainability, Тиба, Япония, 7-8 сентября; 19th International Conference on Photoacoustic and Photothermal Phenomena (ICPPP'19), Бильбао, Испания, 16-20 июля; 13 th International Conference Advanced Carbon NanoStructures - 2017 (ACNS'2017), Санкт-Петербург, Россия, 3-7 июля; 2016 год: Научная конференция грантодержателей РНФ «Фундаментальные химические исследования XXI-века», Москва,

Россия, 21-24 ноября; International school of quantum electronics 57th course: Photoacoustic & Photothermal phenomena focus on biomedical and nanoscale imaging and NDE, Эриче, Италия, 19-26 октября; XXVI Российская молодежная научная конференция «Проблемы теоретической и экспериментальной химии», Екатеринбург, Россия, 27-29 апреля; Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2016», МГУ им. М.В. Ломоносова, Россия, 11-15 апреля; 2016 MRS Spring Meeting & Exhibit, Phoenix, AZ, США, 28 марта-1 апреля. Публикации по теме диссертации

Основное содержание работы в полной мере изложено в 7 публикациях, из них 3 статьи в рецензируемых научных журналах, индексируемых в базах данных Web of Science, Scopus, RSCI и рекомендованных для защиты в диссертационном совете МГУ по специальности 02.00.04. — «Физическая химия» и 4 тезиса докладов на всероссийских и международных конференциях. Статьи

1. L.O. Usoltseva, D.S. Volkov, D.A. Nedosekin, M.V. Korobov, M.A. Proskurnin, V.P. Zharov. Absorption spectra of nanodiamond aqueous dispersions by optical absorption and optoacoustic spectroscopies // Photoacoustics. — 2018. — Vol. 12. — P. 55-66. (Импакт-фактор WoS 2019 5.870).

2. L.O. Usoltseva, M.V. Korobov, M.A. Proskurnin. Photothermal spectroscopy: a prom-ising tool for nanofluids // J. Appl. Phys. — 2020. — Vol. 128, N. 19. — P. 190901-190901-26. (Импакт-фактор WoS 2019 2.286).

3. L.O. Usoltseva, D.S. Volkov, N.V. Avramenko, M.V. Korobov, M.A. Proskurnin. Nanodiamond aqueous dispersions as potential nanofluids: the determination of properties by thermal lensing and other techniques // Nanosystems: physics, chemistry, mathematics. — 2018. — Vol. 9, N. 1. — P. 17-21 (Импакт-фактор РИНЦ 2018 0.616).

Публикации в сборниках материалов и тезисов конференций

4. M.A. Proskurnin, D.S. Volkov, I.V. Mikheev, L.O. Usoltseva, M.V. Korobov, D.S. Nedosekin, V.P. Zharov. Application of photothermal and photoacoustic spectroscopy for detonation nanodiamond dispersions // 2016 MRS Spring Meeting and Exhibit. Финикс, США. 2016. P. NT5.5.02

5. L. Usoltseva, I. Mikheev, D. Volkov, D. Ivshukov, M. Proskurnin. Photothermal-lens spectrometry for thermophysical characterization of dispersions of pristine fullerenes and nanodiamonds // International School on Quantum Electronics: 4th International Workshop on Photoacoustic & Photothermal Phenomena. Эриче, Италия. 2016. P.62.

6. L.O. Usoltseva, I.V. Mikheev, D.S. Volkov, D.A. Ivshukov, M.A. Proskurnin, C. Glorieux. Photothermal and photoacoustic spectroscopies for complex characterization of nanodi-

amonds // 19th International Conference on Photoacoustic and Photothermal Phenomena (ICPPP19). Бильбао, Испания. 2017. P.206. 7. L.O. Usoltseva, D.S. Volkov, N.V. Avramenko, M.V. Korobov, M.A. Proskurnin. Thermal conductivity of nanodiamond aqueous dispersions by thermal lensing and heat flow techniques // 14th International Conference Advanced Carbon NanoStructures - 2019 (AC-NS'2019). Санкт-Петербург, Россия. 2019. P.30. Личный вклад автора

Личный вклад состоит в сборе и анализе литературы по теме диссертационного исследования, физико-химическом исследовании различных водных дисперсий, анализе и обработке экспериментальных данных, участии в планировании и постановке конкретных задач диссертации на всех этапах ее выполнения, в обсуждении результатов, подготовке публикаций, представлении результатов работы. В экспериментальную часть диссертационный работы входят результаты, полученные непосредственно автором в период с 2015 по 2020 гг. за исключением регистрации фотографий ПЭМ с высоким разрешением (к.х.н. Егоров А.В., химический факультет МГУ). ДСК анализ проведен совместно с к.х.н. Авраменко Н.В. и к.х.н. Беловой Е.В (химический факультет МГУ). Микроскопические фототермические изображения и оптоакустические спектры зарегистрированы к.х.н. Недосекиным Д.А. (UAMS — Арканзасский университет медицинских наук, США).

ГЛАВА 1. Методы определения коэффициента теплопроводности жидкостей (обзор литературы)

Методы определения коэффициента теплопроводности жидкостей разделяют (рисунок 1) на стационарные, требующие длительного времени для установления теплового равновесия, и нестационарные или неравновесные. Отдельно среди последних можно выделить оптические, которые более подробно будут рассмотрены в разделе 1.3. Чаще экспериментально измеряется коэффициент температуропроводности (т. н. нестационарные методы), а теплопроводность вычисляется косвенно. В основном это связано с тем, что коэффициент температуропроводности измеряется быстрее. Вследствие этого методы обычно не разделяют по тому, какой коэффициент определяется, однако это нужно обязательно обозначать. При расчёте коэффициента теплопроводности из температуропроводности необходимо учитывать ошибки определения плотности и теплоёмкости сторонними методами или указывать источник литературных данных для стандартных жидкостей и сильноразбавленных растворов, если считается, что их свойства незначимо отличаются от растворителя. В первую очередь в этой главе рассмотрены тепловые нестационарные методы, затем стационарные и отдельно оптические методы.

метод нагреваемой нити

метод тепловых колебаний

Рисунок 1. Основные методы определения коэффициентов теплопроводности и температуропроводности (в желтом цвете) жидкостей.

метод плоского источник

метод лазерной вспышки

Тепловые методы

определения теплопроводности жидкостей

СТАЦИОНАРНЫЕ

метод нагреваемых пластин

3%, 3%

метод коаксиальных цилиндров

2-4%

метод нагреваемой нити 1-3%, 5%

3ю метод 2%

НЕСТАЦИОНАРНЫЕ

метод плоского источника

1%, 5%

метод тепловых колебаний 5%

метод лазерной вспышки 1-10%, 3%

Рисунок 2. Основные тепловые методы определения коэффициентов теплопроводности и температуропроводности (в желтом цвете) жидкостей и погрешность метода (красным данные от производителя коммерческого оборудования).

На рисунке 2 представлены методы, наиболее часто используемые для измерения теплопроводности, вместе с метрологическими характеристиками. Каждый рассмотренный метод обладает своими достоинствами и недостатками. Несмотря на широкую распространенность и быстроту измерений, нестационарные методы нуждаются в строгом соблюдении условий измерений для получения достоверных результатов особенно для дисперсий в маловязких средах. Расчёт коэффициента теплопроводности не так очевиден, как в стационарных методах, основанных на определении понятия коэффициента теплопроводности. На распространенность метода влияет коммерческая доступность, что касается стационарных методов, в основном представлено оборудование для твёрдых образцов, а среди нестационарных лидирует метод нагреваемой нити.

В таблице 1 представлены основные достоинства и недостатки методов определения коэффициента теплопроводности жидкостей. До сих пор измерение коэффициента теплопроводности жидкости является довольно сложной задачей, требующей специальных решений. Дисперсные системы представляют собой ещё более сложный объект. В этой области литературы имеются существенные пробелы. За исключением межлабораторного исследования НЖ на основе металлов и оксидов металлов [1] практически не проводился сравнительный анализ измерений одного и того же образца различными методами и группами, кроме того в принципе не существует стандартного двухфазного образца для валидации измерений. Отсутствуют стандартные требования по пробоподготовке образца, описанию его свойств и условий измерений (количество повторений, указание ошибок измерений в том числе для дополнительных параметров [2]).

Таблица 1. Достоинства и недостатки тепловых методов определения коэффициента теплопроводности жидкостей

Метод

Достоинства

Недостатки и ограничения

Нагреваемой нити

Тепловых колебаний

3ш

Плоского источника

Лазерной вспышки

Нагреваемых пластин

Коаксиальных цилиндров

1. Быстрота измерений

2. Несложный расчет коэффициента теплопроводности

3. Наличие простого и портативного оборудования

4. Можно строить температурные зависимости

1 Бесконтактный метод

2 Средний (15 мл) объём раствора

3 Небольшие осцилляции (1.5 К) температуры

4 Можно строить температурные зависимости

1. Небольшой нагрев (0.5 К), нет влияния конвекции

2. Маленький (50 мкл) объём пробы

3. Существует возможность проводить нагрев сверху и снизу и изучать влияние седиментации и пр.

1. Быстрота измерений

2. Свободный размер образца

3. Наличие коммерческого решения

4. Можно строить температурные зависимости

1. Быстрота измерений

2. Можно строить температурные зависимости в широком диапазоне

3. Бесконтактный метод

4. Маленький (50 мкл) объём пробы

1. Стационарный абсолютный метод, понятный расчет коэффициента теплопроводности

2. Различные коммерческие решения

3. Можно строить температурные зависимости

1. Стационарный абсолютный метод, понятный расчет коэффициента теплопроводности

2. Можно строить температурные зависимости

1. Сильное влияние конвекции (особенно для маловязких сред), важность термостатирования

2. Необходимость большого (50 мл) объёма жидкости

3. Контактный метод (высокоагрессивные и электропроводящие среды изучать сложно)

1. Метод определения коэффициента температуропроводности

2. Экспериментальная установка, непростая в техническом исполнении

3. Сложная теоретическая модель сигнала

1. Контактный метод

2. Экспериментальная установка, для работы с жидкостью необходимы предварительные измерения для калибровки

3. Теплопроводность определяется методом наименьших квадратов при аппроксимации экспериментальных данных

1. Контактный метод

2. Влияние конвекции

3. Для определения коэффициента теплопроводности используется математический подбор коэффициента температуропроводности путем аппроксимации экспериментальных данных

1. Метод определения коэффициента температуропроводности

2. Существуют различные сложности в работе с жидкими образцами

3. Сильное влияние конвекции ввиду большого импульсного нагрева

4. Дорогостоящее оборудование, квалифицированный персонал

1. Продолжительные измерения

2. Для жидкостей необходима специальная ячейка, на данный момент практически отсутствуют данные по её использованию

1. Продолжительные измерения

2. Отсутствие коммерческого решения и ограниченное применение

1.1. Стационарные методы определения коэффициента

теплопроводности

Стационарные методы измерения коэффициента теплопроводности основаны на измерении разности температур при установившемся (равновесном) тепловом потоке через образец. Расчет коэффициента теплопроводности основан на определении коэффициента как отношение между переносимым теплом в единицу времени (тепловым потоком) и градиентом температуры через площадь, перпендикулярную направлению распространения тепла с постоянной скоростью.

1.1.1. Метод нагреваемых пластин В методе нагреваемых пластин жидкость помещается между двумя медными пластинами и резиновым уплотнительным O-кольцом (cut-bar method [4]) или между круглыми параллельными медными пластинами, разделенными тремя стеклянными прокладками и помещенными в алюминиевую ячейку (рисунок 3). Для измерения температуры на поверхности

Нагреватель 2

Нагреватель I

Алюминиевая ячейка

Нагреватель 3

реватель ~Д ^ О-кольцо --f---^

/ Vvc™

Направление теплового Т потока от нагревателя 1

теклянная прокладка Верхняя медная Исследуемая Нижняя медная пластина

пластина

пластин используются термопары. Крайне важно точно измерять повышение, а не абсолютное значение, температуры на каждой термопаре. Нагреватель 1 создает Шг1№ тепловой поток, направленный

вни^ нагреватель 4 используется и.м1111н„ ЖИДКОСТЬ

для поддержания равномерной Рисунок 3. Схема установки метода параллельных

пластин [3].

температуры на нижней пластине.

Нагреватели 2 и 3 используются для нагрева алюминиевой ячейки до температуры верхней пластины, чтобы устранить конвекцию и потери излучения от верхней пластины. Обычно устанавливается разница температур между пластинами в 1-3 °С. Зная мощность нагревателя, геометрию ячейки и разницу температур между пластинами можно найти общий коэффициент теплопроводности, а далее учесть влияние стеклянных прокладок, имея их общую площадь поперечного сечения и коэффициент теплопроводности. Отклонение экспериментальных данных от табличных для воды и этиленгликоля составляло 3% [3].

Метод реализован во множестве коммерчески доступных приборах, отличающихся диапазоном рабочих температур и измеряемых коэффициентов теплопроводности, возможными геометрическими размерами образца и его внешними характеристиками. Используется либо прямое измерение электрической мощности, подаваемой на нагревательную пластину (метод изолированных горячих пластин, Guarded Hot Plate,

коммерчески доступен только для твердых образцов, до 2 Вт/м/К, от -160 до 700°C, правильность 2%, прецизионность до 1%), либо сигнал датчиков теплового потока (измерители теплового потока, Heat Flow Meters). Последние иногда оснащены специальными ячейками для жидкостей (прибор FOX50, TA Instuments, США, 0.1-10 Вт/м/К, от -10 до 110°C, точность 3%). Предварительно откалибровав прибор с помощью двух стекол Pyrex разной толщины в нужном температурном диапазоне, можно измерить коэффициент теплопроводности жидкого образца в ячейке (сделана из стекол Pyrex) напрямую, без стандарта жидкости. В литературе не представлено данных об использовании такой ячейки для изучения жидкостей и тем более наножидкостей, однако с помощью спроектированной и изготовленной авторами установки для измерения теплового потока изучались, например, различные композиты, полученные из детонационных наноалмазов при давлениях 5-7 ГПа и температурах 1100-1900 C. При этом наблюдались довольно низкие (порядка 10-50 Вт/м/К) значения теплопроводности спеченных под давлением детонационных наноалмазов [5].

1.1.2. Метод коаксиальных цилиндров Часто для измерения коэффициента теплопроводности жидкостей используют метод коаксиальных цилиндров. В этом методе исследуемая жидкость находится в зазоре, образованном между двумя коаксиальными цилиндрами с известными диаметрами. Во внутренний цилиндр помещен нагреватель, через тонкий слой жидкости проходит радиальный (минимизация потерь) тепловой поток, разность температур внешней поверхности внутреннего цилиндра и внутренней поверхности внешнего цилиндра измеряется термопарами. Передняя и задняя стороны оборудования покрыты теплоизолятором для предотвращения осевой теплопередачи. Теплопроводность рассчитывается с использованием измеренной разности температур, тока и напряжения [6]. Как и метод горячих пластин является абсолютным и не требует стандарта, в одной из работ, в которой установка была проверена при измерении различных растворителей, определена погрешность метода в 2% [7]. Иногда коэффициент теплопроводности рассчитывают относительно стандарта жидкости, не используя для расчёта измерения тока и напряжения, что должно увеличить точность и упростить оборудование. В этой работе погрешность метода оценена (3.6%) и экспериментально получена для различных растворителей (4%) [8]. Коммерческого решения не существует, поэтому метод применяется ограниченно [9]. Иногда измерения, в том числе наножидкостей, проводят с помощью микрокалориметра, оснащенного специальными сосудами (коаксиальными цилиндрами) [10]. Стоит отметить, что до 80-х годов 20 века этот метод использовался весьма широко [11], как и стационарный метод нагретой проволоки. Последний подобен методу коаксиального цилиндра, только вместо внутреннего цилиндра используется проволока небольшого диаметра, играющая роль

нагревателя и термометра, а наружный цилиндр представляет собой стеклянную или кварцевую трубку, которая поддерживается при постоянной температуре. Сейчас стационарный метод нагретой проволоки практически не применяется.

1.1.3. Развивающиеся экспериментальные установки

Весьма специфическим решением является измерение коэффициента теплопроводности с помощью термокомпаратора, которое основано на использовании зонда, находящегося в точечном контакте с образцом, который может быть, как твердым (в основном), так и жидким [12]. Процедура измерения включает в себя несколько шагов. Зонд нагревается катушкой, намотанной на его внешнюю поверхность, чтобы разница температур между зондом и жидкостью составляла 25°С. Далее жидкость помещается на регулируемую платформу, которая впоследствии поднимается, чтобы создать точечный контакт с наконечником зонда. В ходе эксперимента необходимо строго следить, чтобы не изменялась разница температур (25°) и контакт был действительно точечным. Температура контакта (устанавливается практически мгновенно) зависит от теплопроводности жидкости и материала зонда (медь), она измеряется термопарой. Используя стандартные жидкости с известными характеристиками, строится градуировочная зависимость (полином) коэффициента теплопроводности от напряжения на термопаре, которая впоследствии используется для нахождения теплопроводности образца. Авторы проводили калибровку с помощью 4 растворителей (вода, этиленгликоль, жидкий парафин и тетрахлорид углерода) и определяли коэффициент теплопроводности толуола и бензола, отклонение экспериментальных данных от табличных составляло 3% при 27° [13]. Несмотря на то, что метод относится к стационарным, измерения проводятся быстро. Широкого распространения термокомпаратор не получил, поскольку является экспериментальной установкой, однако используется, например, для изучения различных наножидкостей [14] и алмазных пленок [15].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Усольцева Лилия Олеговна, 2021 год

источника

12 1 3 25 МНН [294]

XFNANO tech., 20 1 3.4 20 МНН [281]

Deke Daojin Sc., 30 1 1 25 KD2 Pro [219]

*Получение коллоидного раствора с помощью ультразвуковой ванны или зонда после добавления порошка к воде, 10 строка — получение с помощью микрофлюидизатора, первые 5 строк — коммерческие дисперсии. **Представлена максимальная объёмная доля из исследованных.

Аномальные приросты выше 20% обычно авторами никак не объясняются, однако было отмечено, что теплопроводность может сильно упасть, особенно при высоких температурах, спустя какое-то время ввиду нестабильности коллоидного раствора [293]. Авторы [290] отмечают, что для корректного сравнения необходимо проводить дополнительные исследования конкретного объекта, поскольку, вероятно, на экспериментальное значение теплопроводности влияет метод получения дисперсии, а также

метод измерения. Поэтому важна работа [288], в которой изучается коллоидный оксид кремния фирмы Ьиёох марки ТМА; работа [289], где показано увеличение теплопроводности при увеличении размера наночастиц оксида кремния этого же производителя, а также работа [1], где несколько научных групп различными методами измеряли, в том числе теплопроводность образца марки ТМ-50. Авторы не наблюдали аномальных приростов, данные согласуются с классической теорией Максвелла (раздел 2.3).

В таблица 23 представлены экспериментальные данные для коллоидных растворов наночастиц оксида кремния всех марок, измерения проводились для исходных образцов, а также разбавленного в 2, 5 и 10 раз. Увеличение теплопроводности по отношению к воде для средних концентраций (3.2-6.2 об.%) составляет (2-5%), что согласуется с работами [30, 221, 288]. Для исходного раствора TMA прирост составил 13%, что ниже данных работы [288], где используется метод нагреваемой нити. Для такого весьма концентрированного коллоидного раствора могут проявляться все оговоренные выше (1.2.1) недостатки контактного метода, данные же для более разбавленных растворов сходятся лучше, однако сравнивать их сложно, поскольку авторы представляют их только на рисунке и в виде приростов относительно воды. Та же ситуация при сравнении данных с работой [289]. Для исходного раствора TM-50 экспериментальное значение коэффициента теплопроводности составляет 0.755 ± 0.005, что неплохо согласуется с данными, полученными несколькими научными группами, 0.728 ± 0.007 [1].

В каждом случае наблюдалась линейная зависимость коэффициента теплопроводности от объёмной доли (рисунок 54), в таблице 23 представлены уравнения этих зависимостей. Теоретический коэффициент теплопроводности наночастиц оксида кремния составляет 1.38 Вт/м/К [291], расчитанные в таком случае значения по уравнению Максвелла (уравнение 5) сильно (до 8%) отличаются от экспериментальных, особенно для высоких концентраций. Наименьшее (до 1.5-4%) отличие между теорией и экспериментом

0.76

0.74

-р 0.72 т

-о 0.70 н о о

х 0.68

Ч о ш

о 0.66

ср

[Ц 0.64

С ф

I- 0.62

0.60

□

♦ п

0 5 10 15 20 25 30

Объёмная доля (%)

Рисунок 54. Экспериментальные значения коэффициента теплопроводности водных дисперсий при 25° от объёмной доли наночастиц оксида кремния: АМ — звёзды, БМ-30 — треугольники, ТМА — ромбы, НБ-40 — круги, СЬ-Х — полые квадраты, ТМ-50 — квадраты; штриховая линия — теоретические значения по уравнению Максвелла (кнаночаст=1.22 Вт/м/К).

наблюдается (рисунок 54), если при расчёте использовать ^наночаст.=1.22 Вт/м/К.

Температурные зависимости коэффициента теплопроводности показаны на примере растворов различной концентрации марки ^-Х (рисунок 55). Значительное увеличение коэффициента теплопроводности (прирост на 8, 16%) наблюдается для концентрированных (13-30%) растворов, обладающих значительной вязкостью (пункт 4.2.3).

Таблица 23. Экспериментальные значения коэффициента теплопроводности ( ± 0.005) коллоидных растворов наночастиц оксида кремния различных марок при 25°С, полученные на анализаторе Б0Х50, в скобках в % прирост относительно воды (к = 0.607 Вт/м/К). Уравнение линейной зависимости теплопроводности от объёмной доли наночастиц.

АМ <р, % к, Вт/м/К 1.6 3.2 8.1 16.1 0.615 0.621 0.646 0.682 к = 4.7 • 10-> + 0.607, Я2 = 0.999

8М-30 <Р, % к, Вт/м/К 1.6 3.2 8.1 16.1 0.611 0.619 0.636 0.672 к = 4.1 • 10-> + 0.604, Я2 = 0.998

ТМА <Р, % к, Вт/м/К 1.9 3.8 9.4 18.8 0.621 0.626 0.656 0.688 к = 4.1 • 10-> + 0.613, Я2 = 0.990

И8-40 <Р, % к, Вт/м/К 2.3 4.6 11.5 23 0.619 0.638 0.665 0.714 к = 4.4 • 10-> + 0.613, Я2 = 0.993

СЬ-Х <Р, % к, Вт/м/К 2.7 5.4 13.4 26.9 0.616 0.628 0.657 0.703 к = 3.5 • 10-> + 0.608, Я2 = 0.998

ТМ-50 <Р, % к, Вт/м/К 3.1 6.2 15.4 30.9 0.622 0.636 0.681 0.755 к = 4.8 • 10-> + 0.607, Я2 = 0.999

0.76

- 0.74

0.72

ш

' 0.70

^ 0.68

х

^ 0.66

т

& 064

с

° 0.62

с

Ю 0.60 0.58

10 20 30 40 50 60

Температура (0С)

Рисунок 55. Экспериментальные значения коэффициента теплопроводности (25°С) воды (квадраты) и водных дисперсий СЬ-Х (звезды — исходный раствор, ромбы, круги, треугольники — растворы

разбавленные в 2, 5 и 10 раз соответственно). Метод теплового потока.

8.4. Определение коэффициента теплопроводности паст

8.4.1. Измерение коммерческого образца

Прежде чем приступить к измерению исследовательских образцов, мы хотели проверить правильность измерений паст в специальной ячейке. Сделать это довольно непросто, поскольку как таковых стандартов теплопроводности, представляющих собой пасты, не существует. Как образец сравнения использована коммерческая кремнеорганическая термопаста КПТ-8. Согласно ГОСТ 19783-74 теплопроводность пасты при 20° составляет не менее 0.7 Вт/м/К, согласно данным производителя, значение используемого образца — 0.7-0.8 Вт/м/К. Экспериментальное значение коэффициента теплопроводности пасты при 25° составляет 0.89 ± 0.09 Вт/м/К. Воспроизводимость измерений паст ниже по сравнению с измерениями твёрдых материалов напрямую и жидкостей в специальной ячейке ввиду некоторых практических трудностей. Для измерений при двух толщинах паста дважды помещается в ячейку, сначала с тонким, а затем широким разделительным кольцом, при этом каждый раз система полностью разбирается. Необходимо контролировать отсутствие пузырей и равномерность нанесения пасты, её объём, убирать излишки, выступающие через специальные отверстия, проверять толщину слоя (фактически меньше, если пасты недостаточно и наоборот). В таком случае достигается точность лишь 10-15%, что удовлетворительно для оценки теплопроводности паст.

8.4.2. Измерение паст на основе наноалмазов

Среди работ последних лет, в которых заявлено об увеличении теплопроводности дисперсий наноалмазов относительно базовой жидкости [24-45, 64, 171, 172, 295], наблюдается несогласованность и разрозненность данных. Как следствие, нет чёткого понимания, от чего именно зависит прирост теплопроводности и стоит ли ожидать высоких значений коэффициента для дисперсий наноалмазов [258]. Авторы зачастую ссылаются на высокую теплопроводность алмаза (до 2300 Вт/м/К) [157], которая должна быть намного выше теплопроводности наноалмазов [5, 296, 297]. В принципе переносить тепловые свойства массивных тел на наноструктуры не совсем корректно, поскольку в них первостепенное значение приобретает контактное сопротивление, а режим теплопроводности может меняться с диффузного на квази-баллистический (бесстолкновительный перенос теплоты) [298].

Кроме того наноалмазы представляет собой порошки, а теплопроводящие свойства порошка формируются поверхностными контактами частиц и теплопроводностью газового зазора в окрестности тепловых контактов [299]. Теплопроводность порошков значительно ниже (в 10-100 раз), чем у сплошного материала. Например, для порошка коммерческого образца оксида титана получены значения теплопроводности на порядок ниже, чем для

сплошного материала [283] для практически аналогичному Б0Х50 анализатора теплопроводности. Для относительных плотностей ниже 80% (отношение насыпной плотности порошка к плотности сплошного материала) и малых размеров частиц (< 100 мкм) тепловой поток регулируется межчастичным контактным сопротивлением, которое зачастую настолько велико, что металлические порошки могут обладать такими же теплоизолирующими свойствами, как и керамические порошки [300].

Обратим внимание на те немногие работы, в которых изучалась теплопроводность наноалмазов. Так авторы [5] исследовали композиты, полученные из детонационных наноалмазов при давлениях 5-7 ГПа и температурах 1100-1900°. При этом наблюдались довольно низкие (порядка 10-50 Вт/м/К) значения коэффициента теплопроводности спеченных под давлением детонационных наноалмазов. Использовалась установка измерения теплопроводности методом стационарного теплового потока, сконструированная авторами. В другой работе [296] использован коммерческий анализатор, основанный на модифицированном методе плоского источника и оснащённого специальным комплектом для тестирования порошков и жидкостей. Получены ещё более низкие (десятые доли Вт/м/К для относительной плотности 12%) значения теплопроводности для порошков наноалмазов. При уменьшении пористости (уплотнение прессованием) теплопроводность увеличивалась. Авторы также теоретически рассчитали теплопроводность по модифицированной модели Максвелла, в которой частицы наноалмазов рассматриваются как сферы, диспергированные в непрерывной среде (воздухе). Расчёт хорошо согласовывается с экспериментальными данными, а экстраполяция зависимости на высокие (99.9%) показатели относительной плотности показала, что теплопроводность сильно возрастает, когда порошок наноалмазов становится сплошным материалом. Значения хорошо согласуются с данными [5] упомянутой работы. Другие исследователи [297] рассчитали методом молекулярной динамики теплопроводность наноалмазов. Она уменьшалась с 28 до 10 Вт/м/К при уменьшении доли

3 2 3

Бр углерода до тех пор, пока число $р связей не превысило число sp связей. Далее теплопроводность менее чувствительна к дальнейшему увеличению доли &р2 углерода.

Как видно, сравнивать данные по теплопроводности сложно, поскольку объект представляет собой порошок, который может быть различной дисперсности и пористости, кроме того материал может быть различной чистоты. Только в качестве оценки в ячейке для паст анализатора FOX50 измерены порошки RUDDM и КОБМ (согласно производителю насыпная плотность 0.5 мг/мл, плотность наноалмазов оценена нами, см. таблицу 8, тогда относительная плотность 83-85%). При 25° коэффициент теплопроводности составляет 0.26 ± 0.03 и 0.35 ± 0.04 Вт/м/К, соответственно, что согласуется с работой [296]. Измерить напрямую прессованный образец не удалось, поскольку практически изготовить

прессованием наноалмазного порошка таблетки диаметром 50 мм и толщиной, например, 3 и 7 мм без связующего невозможно.

Чтобы нивелировать влияние воздушного зазора на теплопроводящие свойства порошка, сделаны несколько образцов паст, заполнив тем самым пустоты водой. Для измерений применялась специальная ячейка для паст для всех образцов и ячейка для жидкости одновременно в случае самой разбавленной пасты (рисунок 56).

Для самой концентрированной пасты, полученной смешением порошка RUDDM с водой в массовом соотношении 1:1 (примерно соответствует концентрации наноалмазов 0.6 г/мл или 26 об.%), коэффициент теплопроводности невысок (0.85 ± 0.04 Вт/м/К). Оценка коэффициента теплопроводности наноалмазов в предположении линейной зависимости теплопроводности двухфазной системы от объёмной доли частиц по Максвеллу [284] составляет не более 3 Вт/м/К. Таким образом, не стоит ожидать аномально высоких приростов теплопроводности коллоидных растворов НА.

8.5. Коэффициент теплопроводности водных дисперсий: сравнение данных, полученных с помощью двух альтернативных методов

По имеющимся литературным данным увеличение коэффициента теплопроводности водных коллоидных растворов наноалмазов (до 5 об.%) по отношению к воде составляет 520% (таблица 3), однако данные довольно противоречивы, что мешает провести сравнительный анализ. В этой работе использовали два принципиально различных метода для оценки теплофизических свойств дисперсий. К сожалению, термолинзовая спектрометрия в случае коллоидных систем позволяет работать в узком концентрационном диапазоне в связи с мешающим влиянием светорассеяния. Так, для растворов наноалмазов верхняя граница составляет 4 мг/мл (0.5 мас.%, 0.2 об.%), коллоидные растворы наночастиц оксида кремния приходилось разбавлять в 20 раз (1.8-3.4 мас.%, 0.8-1.6 об.%), получая для таких растворов наночастиц оксида кремния значение коэффициента температуропроводности как у воды (что с учётом пересчёта в коэффициент теплопроводности согласуется с данными стационарного метода).

0.85

5

0.80

0

1

ч:

0.60

50 60 70 80 90

масс. доля воды (%)

100

Рисунок 56. Коэффициент теплопроводности водных паст ЯЦОБМ при 25° (метод теплового потока, квадраты

— измерения в ячейке для паст, круги

— в жидкостной ячейке).

0.75

0.70

с 0.65

Согласно стационарным (метод теплового потока) измерениям, теплопроводность разбавленных растворов наноалмазов незначимо отличается от теплопроводности воды. Расчитанные значения коэффициента теплопроводности из экспериментальных данных по температуропроводности, полученных с помощью термолинзовой спектрометрии, показывают увеличение до 5% относительно воды (таблица 17). Исходя из результатов ТЛС и ФТМ, рассмотренных в главе 7, можно предположить, что наноалмазы имеют высокое термическое сопротивление на границе кластера. Поэтому, когда нагрев разбавленного образца осуществляется электротермически (анализатор FOX50), теплоперенос осуществляется только водой. В термолинзовом же эксперименте осуществляется нагрев наночастиц за счёт поглощения ими лазерного излучения, после чего частицы долго находятся в нагретом состоянии и продолжают отдавать тепло среде, что приводит к столь значимым отличиям кривых от случая гомогенной системы. Можно также предположить, что в этом случае более значим вклад в теплопроводность по механизму, предложенному для наносистем: диффузия перегретых или переохлажденных частиц [301]. Из-за теплового сопротивления границ температура частиц может отличаться от температуры окружающей жидкости, они могут быть перегретыми; вклад в теплоперенос по такому механизму пренебрежимо мал для жидкости, содержащей наночастицы, однако может увеличиваться в в термолинзовом эксперименте.

Контактное тепловое сопротивление (interfacial thermal resistance), должно оказывать влияние на теплоперенос в растворе, содержащем наночастицы. Значение сопротивления зависит от того, лиофильная или лиофобная поверхность, и изменяется в пределах 3 • 10-9-10-8м2К/Вт, таким образом с учётом теплопроводности воды, учитывать вклад теплового контактного сопротивления необходимо для масштаба размера частиц 2 • 10-9-6 • 10-9 м [302]. Методами молекулярной динамики показано, что наличие упорядоченных слоёв молекул воды вокруг наночастиц приводит к уменьшению контактного сопротивления [303], поэтому чем эффективнее базовая жидкость «притягивается» к частицам и их смачивает, тем сопротивление меньше. Соответственно, если поверхность наночастиц покрыта гидрофильными группами, сопротивление контакта меньше, чем для гидрофобной системы [304]. Кроме того показано, что локальная теплопроводность водной оболочки, прилегающей к наночастице, примерно на 50% выше, чем у объёмной воды [305]. В основном расчёты выполнены для металлических частиц [304, 305] и систем, содержащих графен (4 • 10-8м2К/Вт) [303, 306] и углеродные нанотрубки [305].

Заключение к главе 8

В данной главе обсуждены результаты определения коэффициента теплопроводности различных коллоидных растворов, паст и порошков наноалмазов методом теплового потока. Предложены условия экспериментального определения коэффициента теплопроводности жидкости в специальной ячейке анализатора FOX50 с относительным стандартным отклонением в условиях прецизионности 1%.

Значительный (от 4%) прирост коэффициента теплопроводности наблюдается только для весьма концентрированных (от 50 мг/мл, 1.7 об.%) водных дисперсий наноалмазов. Пасты, полученные смешением воды и порошка наноалмазов, так же имеют невысокие коэффициенты теплопроводности (0.85 ± 0.04 Вт/м/К для пасты, содержащей 26 об.% RUDDM). Поэтому ожидать аномально высоких значений коэффициента теплопроводности ВДНА, ссылаясь на высокую (до 2300 Вт/м/К [157]) теплопроводность алмаза, не совсем корректно, хотя зачастую практикуется. Важны тепловые характеристики наноалмазов, которые, как показано, намного хуже.

В целом, результаты измерения коэффициента теплопроводности ВДНА методом теплового потока и его расчета из коэффициента температуропроводности (до 4 мг/мл) из фототермических измерений позволяют предположить, что наноалмазы имеют высокое контактное сопротивление на границе кластеров, которое оказывает влияние на теплоперенос в растворе, содержащем наночастицы. Поэтому электротермический нагрев всего разбавленного образца (анализатор FOX50), приводит к теплопереносу растворителем (водой), а гидратированные кластеры наноалмазов незначимо влияют на теплопроводность. В термолинзовом же эксперименте нагрев осуществляется за счёт светопоглощения частицами наноалмазов и безызлучательной релаксации, что приводит к значимым отличиям времяразрешенных кривых от случая гомогенной системы, и росту коэффициента температуропроводности всей среды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, поставленная цель работы достигнута. Получены следующие основные результаты. Предложен способ обработки экспериментальных данных термолинзовой спектрометрии для определения коэффициента температуропроводности водных дисперсий с относительным стандартным отклонением прецизионности в условиях

_7 2

сходимости и повторяемости 2% (абсолютная погрешность 0.01*10 м/с). Решение этой задачи позволило использовать преимущество термолинзовой спектрометрии при характеризации тепловых процессов в коллоидных растворах среди других фототермических методов — временной диапазон (миллисекунды), позволяющий зафиксировать влияние локального неоднородного теплового поля частиц дисперсной фазы на сигнал и учесть это влияние. Исследование спектральных характеристик водных дисперсий наноалмазов с помощью метода оптоакустической спектроскопии позволило продемонстрировать в общем случае доминирующий вклад светопоглощения в спектр пропускания. Это является ключевым моментом при обосновании результатов методов, основанных на поглощении излучения (ТЛС, ФТМ). Вариант оптоакустических измерений для оптически плотных растворов (линейный коэффициент поглощения до 700 1/см при 532 нм) позволил определить оптическую плотность высококонцентрированных (до 280 мг/мл) ВДНА, в то время как широко известные методы не позволяют контролировать стабильность таких растворов. Определение концентрационных зависимостей теплоемкости, плотности и вязкости позволило корректно сравнить теплофизические параметры водных дисперсий, получаемые методами теплового потока и ТЛС. Полученные физико-химические и теплофизические характеристики ВДНА позволили сделать вывод о нецелесообразности их применения в качестве теплопроводящих наножидкостей.

Использование в работе стационарного метода определения коэффициента теплопроводности позволило не только сравнить данные принципиально различных методов, но и расширить концентрационный диапазон определения коэффициента теплопроводности коллоидных растворов. Решение ряда методологических задач позволило добиться воспроизводимого (с относительным стандартным отклонением прецизионности в условиях сходимости и повторяемости 1%, абсолютная погрешность 0.005 Вт/м/К) определения коэффициента теплопроводности дисперсий. На примере коллоидного водного раствора наночастиц оксида кремния различных марок показана линейная зависимость коэффициента теплопроводности от объёмной доли наночастиц. Прирост теплопроводности составляет 25% для растворов с концентрацией 3-6 об.%, соответствующие приросты вязкости (30-50%) не позволяют рассматривать эти системы как потенциальные теплопроводящие жидкости. Простейшая аддитивная модель позволяет оценить прирост теплопроводности для НЖ

относительно чистой жидкости. Тем не менее, значения коэффициента теплопроводности для близких систем (особенно концентрированных) могут отличаться в зависимости от свойств дисперсной фазы. На текущий момент имеется практика проводить экспериментальное определение коэффициента теплопроводности, выражая его в относительном приросте, и приводить лишь некоторые данные о дисперсной фазе (размер наночастиц). Более правильный подход при исследовании таких систем должен состоять из нескольких шагов: (а) проверка правильности измерения коэффициента теплопроводности не только гомогенных растворов, но и двухфазной жидкости (из-за отсутствия стандартного образца в первом приближении необходимо использовать коммерческий образец, изученный несколькими группами); (б) описание условий пробоподготовки и измерения (поскольку общепринятой методологии нет); (в) при получении аномальных приростов коэффициента теплопроводности, которые невозможно предсказать в рамках аддитивных моделей, необходимо не только проверить правильность полученных данных, но и более комплексно подойти к вопросу физико-химической характеризации как материала наночастиц, так и водной дисперсии. Исходя из данных времяразрешенной термолинзовой спектрометрии, термолинзовой микроскопии и метода теплового потока для разбавленных (до 4 мг/мл) ВДНА различие в измеренном коэффициенте теплопроводности (нет изменения по сравнению с водной средой при электротермическом нагреве и прирост до 5% — при фототермическом) можно объяснить тем, что в последнем случае первоначально нагреваются наночастицы за счёт поглощения лазерного излучения и затем передают тепло дисперсионной среде как вторичные источники тепла. Иными словами, ВДНА проявляют себя как фототермически теплоаккумулирующие жидкости. Подобное свойство дисперсий наноалмазов может быть использовано в биомедицине (направленное продолжительное нагревание, термически индуцированная доставка или высвобождение лекарственных средств).

Проведенная работа показала, что использование фототермических методов в исследованиях процессов теплопереноса в двухфазных системах перспективно. Имеется, однако, ряд нерешенных задач. В первую очередь это отсутствие общей модели фототермического отклика гетерогенной системы. Возможности используемого в работе спектрометра ограничены при анализе концентрированных коллоидных растворов. В дальнейшем можно проводить измерения с меньшей длиной оптического пути, однако в этом случае предварительно путём расчёта и эксперимента необходимо убедиться, чтобы геометрические параметры ячейки не влияли на аналитический сигнал. Полезно будет проведение многоволновых фототермических экспериментов, которые дадут дополнительную информацию о влиянии светорассеяния на термолинзовый сигнал.

ВЫВОДЫ

1. Предложенная в работе методология обработки экспериментальных данных ТЛС позволяет выбрать временной диапазон, в котором возможен корректный учёт влияния локального фототермического сигнала частиц дисперсной фазы на динамику развития сигнала всего образца, что позволяет избежать завышения коэффициентов температуропроводности и теплопроводности коллоидных растворов, содержащих светопоглощающие частицы.

2. Метод теплового потока применим для воспроизводимого (абсолютная погрешность 0.005 Вт/м/К) определения коэффициента теплопроводности коллоидных растворов. Показана линейная зависимость коэффициента теплопроводности коллоидного раствора от объёмной доли наночастиц оксида кремния различных марок (до 31%) и наноалмазов RDDM (до 4%).

3. Вариант оптоакустических измерений для оптически плотных растворов применим для определения коэффициентов светопоглощения (до 700 1/см) высококонцентрированных (до 280 мг/мл) водных дисперсий наноалмазов. Использование мультиспектрального варианта оптоакустической спектроскопии в дополнение к спектрам пропускания позволяет оценить вклад (до 10-20% при 532 нм) светорассеяния в видимый спектр экстинкции ВДНА, т.е. он в основном определяется светопоглощением.

4. При увеличении содержания частиц наноалмазов и наночастиц оксида кремния в водных коллоидных растворах свыше 6-10 об.% наблюдаются отклонения от теоретических уравнений аддитивных моделей для двухфазных жидкостей, используемых для оценки теплоёмкости при известных соответствующих параметрах жидкости и наночастиц, а также их объёмной или массовой доли.

5. Водные дисперсии наноалмазов не являются эффективными теплопроводящими жидкостями. Для пригодных на практике невязких (1.04 мПа-с) дисперсий с концентрациями до 20 мг/мл (0.06 об.%) прирост коэффициента теплопроводности составляет до 2%. Максимальный прирост зафиксирован методом теплового потока для концентрированных дисперсий (0.687 ± 0.005 Вт/м/К, прирост 13% для 140 мг/мл или 4 об.% RDDM). Коэффициент теплопроводности порошков наноалмазов составляет 0.26 ± 0.03 и 0.35 ± 0.04 Вт/м/К для марок RUDDM и RDDM, соответственно. Коэффициент теплопроводности водных паст, содержащих 26 об.% RUDDM составляет 0.85 ± 0.04 Вт/м/К.

БЛАГОДАРНОСТИ

к.х.н. Авраменко Наталии Васильевне за помощь в проведении ДСК анализа (каф. физической химии, Химический факультет МГУ)

к.х.н. Беловой Екатерине Васильевне за помощь в проведении ДСК анализа коллоидных растворов наночастиц оксида кремния (каф. физической химии, Химический факультет МГУ)

к.х.н. Недосекину Дмитрию Алексеевичу за регистрацию изображений и спектров на фототермическом и оптоакустическом микроскопе (Арканзасский университет медицинский наук, США)

к.х.н. Егорову Александру Владимировичу за регистрацию изображений ПЭМ (каф. физической химии, Химический факультет МГУ)

аспиранту Хабибуллину Владиславу Рафаэльевичу за помощь в юстировке и определении геометрических параметров термолинзового спектрометра

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Латинские:

Б — коэффициент температуропроводности к — коэффициент теплопроводности Ср — изобарная темплоёмкость Я — тепловое сопротивление с0 — скорость звука I — длина оптического пути А — оптическая плотность д — поток тепла через образец

^р (0 — интенсивность в центре зондирующего луча на детекторе в момент времени t 5(0 — геометрическая константа термолинзового спектрометра

т — соотношение площадей поперечного сечения зондирующего и индуцирующего

Сокращение или обозначение

Расшифровка сокращения (аббревиатуры)

НА

ВДНА

НЖ

УНЖ

ТЛС

ФТМ

наноалмазы

водные дисперсии наноалмазов

наножидкости

углеродные наножидкости

термолинзовая спектрометрия

фототермическая микроспектроскопия

дифференциальная сканирующая калориметрия

динамическое рассеяние света

просвечивающая электронная микроскопия

оптоакустическая спектроскопия

Н-метилпирролидон

этиленгликоль

пропиленгликоль

додецилбензолсульфонат натрия

додецилсульфат натрия

цетилтриметиламмоний бромид

поливинилпирролидон

поливиниловый спирт

одностенные углеродные нанотрубки

двухстенные углеродные нанотрубки

многостенные углеродные нанотрубки

ДСК

ДСР

ПЭМ

ОАС

НМП

ЭГ

ПЭГ

ДДБС

ДДС

ЦТАБ

ПВП

ПВС

ОУНТ

ДУНТ

МУНТ

лучей в образце

V — геометрический параметр, учитывающий расстояние между перетяжкой зондирующего луча и кюветой с образцом

tc — характеристическое время развития термолинзы

a, b, c — геометричсекие коэффициенты, введенные для удобства представления геометрической константы термолинзового спектрометра

X — вспомогательный параметр для расчёта эффективного характеристического времени развития термолинзы в гетерогенной жидкости

E0 — фактор чувствительности для единичной мощности Фу — порог плотности энергии Греческие: р — плотность

^ — объёмная доля наночастиц

^r(t) — длина тепловой диффузии

ej — тепловая инерция

ш — массовая доля наночастиц

ßa — линейный коэффициент поглощения

Mr (t)— длина тепловой диффузии

X — длина волны

$(t) — измеряемый термолинзовый сигнал, относительное изменение интенсивности зондирующеего лазера в плоскости детектора

$лин— линейный сигнал в термолинзовой микроскопии $нелин— нелинейный сигнал в термолинзовой микроскопии в — термолинзовый сигнал, не зависящий от геометрических параметров ш0е — радиус перетяжки индуцирующего луча

ш0р, ш1.р, ш2р — радиусы зондирующего луча в перетяжке, в образце и в плоскости детектора, соответственно

Подстрочные индексы: нж — наножидкость наночаст. — наночастицы жидк. — жидкость (базовая) дисп. — дисперсия изм. — измеренное значение

табл. — табличное (согласно литературному источнику, справочнику)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Buongiorno J., Venerus D.C., Prabhat N., McKrell T., Townsend J., Christianson R., Tolmachev Y.V., Keblinski P., Hu L.-w., Alvarado J.L. A benchmark study on the thermal conductivity of nanofluids // Journal of Applied Physics. 2009. V. 106. № 9. P. 094312.

2. Palacios A., Cong L., Navarro M., Ding Y., Barreneche C. Thermal conductivity measurement techniques for characterizing thermal energy storage materials-A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019. V. 108. P. 32.

3. WangX., Xu X., S. Choi S.U. Thermal conductivity of nanoparticle-fluid mixture // Journal of thermophysics and heat transfer. 1999. V. 13. № 4. P. 474.

4. Li C.H., Williams W., Buongiorno J., Hu L.-W., Peterson G. Transient and steady-state experimental comparison study of effective thermal conductivity of Al2O3/ water nanofluids // Journal of heat Transfer. 2008. V. 130. № 4. P. 042407.

5. Kidalov S., Shakhov F., Vul A.Y. Thermal conductivity of sintered nanodiamonds and microdiamonds // Diamond and Related Materials. 2008. V. 17. № 4-5. P. 844.

6. Kurt H., Kayfeci M. Prediction of thermal conductivity of ethylene glycol-water solutions by using artificial neural networks // Applied energy. 2009. V. 86. № 10. P. 2244.

7. Venart J. A simple radial heat flow apparatus for fluid thermal conductivity measurements // Journal of scientific instruments. 1964. V. 41. № 12. P. 727.

8. Iyengar A.S., Abramson A.R. Comparative radial heat flow method for thermal conductivity measurement of liquids // Journal of Heat Transfer. 2009. V. 131. № 6. P. 064502.

9. Abdulagatov I.M., Akhmedova-Azizova L.A., Azizov N.D. Thermal conductivity of aqueous Sr (NO3) 2 and LiNO3 solutions at high temperatures and high pressures // Journal of Chemical & Engineering Data. 2004. V. 49. № 3. P. 688.

10. Barbés B., Páramo R., Blanco E., Casanova C. Thermal conductivity and specific heat capacity measurements of CuO nanofluids // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2014. V. 115. № 2. P. 1883.

11. Huber M.L., Perkins R.A., Friend D.G., Sengers J. V., Assael M.J., Metaxa I.N., Miyagawa K., Hellmann R., Vogel E. New international formulation for the thermal conductivity of H2O // Journal of Physical and Chemical Reference Data. 2012. V. 41. № 3. P. 033102.

12. Paul G., Chopkar M., Manna I., Das P. Techniques for measuring the thermal conductivity of nanofluids: a review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010. V. 14. № 7. P. 1913.

13. Chopkar M., Das P., Manna I. Thermal characterization of a nanofluid comprising nanocrystalline ZrO2 dispersed in water and ethylene glycol // Philosophical magazine. 2007. V. 87. № 29. P. 4433.

14. Manna I. Synthesis, characterization and application of nanofluid—an overview // Journal of the Indian Institute of Science. 2012. V. 89. № 1. P. 21.

15. Yehoda J., Macken N. Thermal conductivity measurement of cvd diamond films using a modified thermal comparator method // J. Heat Transfer. 2000. V. 122. № 4. P. 808.

16. Pryazhnikov M.I., Guzei D.V., Minakov A.V., Lobasov A.S. Development and Testing of Experimental Methods Definition of Thermal Conductivity of Nanofluids // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2015. V. 8. № 2. P. 153.

17. Xie H., Gu H., Fujii M., Zhang X. Short hot wire technique for measuring thermal conductivity and thermal diffusivity of various materials // Measurement Science and Technology. 2005. V. 17. № 1. P. 208.

18. Zhang X., Gu H., Fujii M. Experimental study on the effective thermal conductivity and thermal diffusivity of nanofluids // International Journal of Thermophysics. 2006. V. 27. № 2. P. 569.

19. Vretenar V., Stofanik V., Bohac V. Hot-ball method for measuring thermal conductivity // International Journal of Thermophysics. 2010. V. 31. № 10. P. 1904.

20. Kouyate M., Flores-Cuautle J., Slenders E., Sermeus J., Verstraeten B., Ramirez B.G., Martinez E.S.M., Kubicar L., Vretenar V., Hudec J. Study of Thermophysical Properties of Silver Nanofluids by ISS-HD, Hot Ball and IPPE Techniques // International Journal of Thermophysics. 2015. V. 36. № 10-11. P. 3211.

21. Sun J., Longtin J., Irvine Jr T. Laser-based thermal pulse measurement of liquid thermophysical properties // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2001. V. 44. № 3. P. 645.

22. Ali F.M., Yunus W.M.M., Moksin M.M., Talib Z.A. The effect of volume fraction concentration on the thermal conductivity and thermal diffusivity of nanofluids: numerical and experimental // Review of Scientific Instruments. 2010. V. 81. № 7. P. 074901.

23. Putnam S.A., Cahill D.G., Braun P.V., Ge Z., Shimmin R.G. Thermal conductivity of nanoparticle suspensions // Journal of Applied Physics. 2006. V. 99. № 8. P. 084308.

24. Yeganeh M., Shahtahmasebi N., Kompany A., Goharshadi E., Youssefi A., Siller L. Volume fraction and temperature variations of the effective thermal conductivity of nanodiamond fluids in deionized water // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2010. V. 53. № 15. P. 3186.

25. Torii S., Yang W.-J. Heat transfer augmentation of aqueous suspensions of nanodiamonds in turbulent pipe flow // Journal of Heat Transfer. 2009. V. 131. № 4. P. 043203.

26. TORII S. Experimental study on thermal transport phenomenon of nanofluids as working fluid in heat exchanger // International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration. 2014. V. 22. № 01. P. 1450005.

27. PryazhnikovM., Minakov A., Rudyak V.Y., Guzei D. Thermal conductivity measurements of nanofluids // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. V. 104. P. 1275.

28. Ding Y., Chen H., He Y., Lapkin A., Yeganeh M., Siller L., Butenko Y.V. Forced convective heat transfer of nanofluids // Advanced Powder Technology. 2007. V. 18. № 6. P. 813.

29. Yu W., Xie H., Li Y., Chen L., Wang Q. Experimental investigation on the thermal transport properties of ethylene glycol based nanofluids containing low volume concentration diamond nanoparticles // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2011. V. 380. № 1. P. 1.

30. Kang H.U., Kim S.H., Oh J.M. Estimation of thermal conductivity of nanofluid using experimental effective particle volume // Experimental Heat Transfer. 2006. V. 19. № 3. P. 181.

31. Xie H., Yu W., Li Y., Chen L. Discussion on the thermal conductivity enhancement of nanofluids // Nanoscale research letters. 2011. V. 6. № 1. P. 124.

32. Ghazvini M., Akhavan-Behabadi M., Rasouli E., Raisee M. Heat transfer properties of nanodiamond-engine oil nanofluid in laminar flow // Heat Transfer Engineering. 2012. V. 33. № 6. P. 525.

33. Yu Q., Kim Y.J., Ma H. Nanofluids with plasma treated diamond nanoparticles // Applied Physics Letters. 2008. V. 92. № 10. P. 103111.

34. Mashali F., Languri E., Mirshekari G., Davidson J., Kerns D. Nanodiamond nanofluid microstructural and thermo-electrical characterization // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2019. V. 101. P. 82.

35. Sundar L.S., Singh M.K., Sousa A.C. Enhanced thermal properties of nanodiamond nanofluids // Chemical Physics Letters. 2016. V. 644. P. 99.

36. Branson B.T., Beauchamp P.S., Beam J.C., Lukehart C.M., Davidson J.L. Nanodiamond Nanofluids for Enhanced Thermal Conductivity // ACS Nano. 2013. V. 7. № 4. P. 3183.

37. Taha-Tijerina J.J., Narayanan T.N., Tiwary C.S., Lozano K., Chipara M., Ajayan P.M. Nanodiamond-based thermal fluids // ACS applied materials & interfaces. 2014. V. 6. № 7. P. 4778.

38. Sundar L.S., Hortiguela M.J., Singh M.K., Sousa A.C. Thermal conductivity and viscosity of water based nanodiamond (ND) nanofluids: An experimental study // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2016. V. 76. P. 245.

39. Zyta G., Fal J., Estellé P. The influence of ash content on thermophysical properties of ethylene glycol based graphite/diamonds mixture nanofluids // Diamond and Related Materials. 2017. V. 74. P. 81.

40. Sundar L.S., Singh M.K., Sousa A.C. Experimental thermal conductivity and viscosity of nanodiamond-based propylene glycol and water mixtures // Diamond and Related Materials. 2016. V. 69. P. 49.

41. Zyta G., Vallejo J.P., Fal J., Lugo L. Nanodiamonds-ethylene glycol nanofluids: experimental investigation of fundamental physical properties // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. V. 121. P. 1201.

42. Xie H., Yu W., Li Y. Thermal performance enhancement in nanofluids containing diamond nanoparticles // Journal of Physics D: Applied Physics. 2009. V. 42. № 9. P. 095413.

43. Mashali F., Languri E.M., Davidson J., Kerns D., Branson B., Johnson W., Costa L., Lansford K. 18th IEEE Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems (ITherm). 2019. P. 553.

44. Shukla G., Aiyer H. Thermal conductivity enhancement of transformer oil using functionalized nanodiamonds // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2015. V. 22. № 4. P. 2185.

45. Guzei D., Minakov A., Rudyak V.Y. On efficiency of convective heat transfer of nanofluids in laminar flow regime // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. V. 139. P. 180.

46. CahillD.G. Thermal conductivity measurement from 30 to 750 K: the 3ю method // Review of scientific instruments. 1990. V. 61. № 2. P. 802.

47. Karthik R., Nagarajan RH., Raja B., Damodharan P. Thermal conductivity of CuO-DI water nanofluids using 3-ю measurement technique in a suspended micro-wire // Experimental Thermal and Fluid Science. 2012. V. 40. P. 1.

48. Wang Z., Tang D., Liu S., Zheng X., Araki N. Thermal-conductivity and thermal-diffusivity measurements of nanofluids by 3ю method and mechanism analysis of heat transport // International Journal of Thermophysics. 2007. V. 28. № 4. P. 1255.

49. Oh D.-W., Jain A., Eaton J.K., Goodson K.E., Lee J.S. Thermal conductivity measurement and sedimentation detection of aluminum oxide nanofluids by using the 3ю method // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2008. V. 29. № 5. P. 1456.

50. Turgut A., Tavman I., Chirtoc M., Schuchmann H., Sauter C., Tavman S. Thermal conductivity and viscosity measurements of water-based TiO 2 nanofluids // International Journal of Thermophysics. 2009. V. 30. № 4. P. 1213.

51. Han Z.H., YangB., Kim S.H., Zachariah M.R Application of hybrid sphere/carbon nanotube particles in nanofluids // Nanotechnology. 2007. V. 18. № 10. P. 105701.

52. Yang B., Han Z. Temperature-dependent thermal conductivity of nanorod-based nanofluids // Applied Physics Letters. 2006. V. 89. № 8. P. 083111.

53. Choi T.Y., Maneshian M.H., Kang B., Chang W.S., Han C.S., Poulikakos D. Measurement of the thermal conductivity of a water-based single-wall carbon nanotube colloidal suspension with a modified 3-ю method // Nanotechnology. 2009. V. 20. № 31. P. 315706.

54. Zhu D., Li X., Wang N., Wang X., Gao J., Li H. Dispersion behavior and thermal conductivity characteristics of A12O3-H2O nanofluids // Current Applied Physics. 2009. V. 9. № 1. P. 131.

55. He Y. Rapid thermal conductivity measurement with a hot disk sensor: Part 1. Theoretical considerations // Thermochimica Acta. 2005. V. 436. № 1-2. P. 122.

56. Jiang W., Ding G., Peng H. Measurement and model on thermal conductivities of carbon nanotube nanorefrigerants // International Journal of Thermal Sciences. 2009. V. 48. № 6. P. 1108.

57. Li X., Zhu D., Wang X., Wang N., Gao J., Li H. Thermal conductivity enhancement dependent pH and chemical surfactant for Cu-H2O nanofluids // Thermochimica Acta. 2008. V. 469. № 1-2. P. 98.

58. Harris A., Kazachenko S., Bateman R., Nickerson J., Emanuel M. Measuring the thermal conductivity of heat transfer fluids via the modified transient plane source (MTPS) // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2014. V. 116. № 3. P. 1309.

59. Czarnetzki W. R.W. Temperature Oscillation Techniques for Simultaneous Measurement of Thermal Diffusivity and Conductivity // International Journal of Thermophysics. 1995. V. 16. № 2. P. 413.

60. Putra N., Thiesen P., Roetzel W. Temperature dependence of thermal conductivity enhancement for nanofluids // J Heat Transf. 2003. V. 125. P. 567.

61. Patel H.E., Sundararajan T., Das S.K. An experimental investigation into the thermal conductivity enhancement in oxide and metallic nanofluids // Journal of Nanoparticle Research. 2010. V. 12. № 3. P. 1015.

62. Blumm J., Lindemann A., Min S. Thermal characterization of liquids and pastes using the flash technique // Thermochimica Acta. 2007. V. 455. № 1-2. P. 26.

63. Kleinstreuer C., Feng Y. Experimental and theoretical studies of nanofluid thermal conductivity enhancement: a review // Nanoscale research letters. 2011. V. 6. № 1. P. 1.

64. Yang Y., Oztekin A., Neti S., Mohapatra S. Particle agglomeration and properties of nanofluids // Journal of Nanoparticle Research. 2012. V. 14. № 5. P. 1.

65. Buonomo B., Colla L., Fedele L., Manca O., Marinelli L.. Journal of Physics: Conference Series. 2014. P. 12046.

66. Aparna Z., MichaelM.M., Pabi S.K., Ghosh S. Diversity in thermal conductivity of aqueous Al2O3- and Ag-nanofluids measured by transient hot-wire and laser flash methods // Experimental Thermal and Fluid Science. 2018. V. 94. P. 231.

67. Leena M., Srinivasan S. A comparative study on thermal conductivity of TiO 2/ethylene glycol-water and TiO 2/propylene glycol-water nanofluids // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2018. V. 131. № 2. P. 1987.

6s. Shaikh S., Lafdi K., Ponnappan R. Thermal conductivity improvement in carbon nanoparticle doped PAO oil: An experimental study // Journal of Applied Physics. 2007. V. 101. № 6. P. 064302.

69. Zagabathuni A., Ghosh S., Pabi S.K. The difference in the thermal conductivity of nanofluids measured by different methods and its rationalization // Beilstein Journal of Nanotechnology. 2016. V. 7. № 1. P. 2037.

10. Vargas H., Miranda L. Photothermal techniques applied to thermophysical properties measurements (plenary) // Review of scientific instruments. 2003. V. l4. № 1. P. 794.

11. Abad B., Borca-Tasciuc D.-A., Martin-Gonzalez M. Non-contact methods for thermal properties measurement // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 201l. V. l6. P. 134S.

12. Dadarlat D. Photopyroelectric calorimetry of liquids; recent development and applications // Laser physics. 2009. V. 19. № 6. P. 1330.

13. Dadarlat D., Gibkes J., Bicanic D., Pasca A. Photopyroelectric (PPE) measurement of thermal parameters in food products // Journal of food engineering. 1996. V. 30. № 1-2. P. 155.

14. Noroozi M., Zakaria A. Measuring Nanofluid Thermal Diffusivity and Thermal Effusivity: The Reliability of the Photopyroelectric // Nanofluid Heat and Mass Transfer in Engineering Problems. 201l. P. 65.

15. Noroozi M., Zakaria A., Moksin M.M., Wahab Z.A. An Investigation on the Thermal Effusivity of Nanofluids Containing Al2O3 and CuO Nanoparticles // International Journal of Molecular Sciences. 2012. V. 13. № 8. P. 10350.

16. Jimenez-Perez J.L., Cruz-Orea A., Sanchez-Ramirez J.F., Sánchez-Sinencio F., Martínez-Pérez L., Muñoz G.L. Thermal characterization of nanofluids with different solvents // International Journal of Thermophysics. 2009. V. 30. № 4. P. 1227.

ll. Jiménez Pérez J.L., Sanchez Ramírez J.F., Cruz Orea A., Gutiérrez Fuentes R., Cornejo-Monroy D., López-Muñoz G. Heat transfer enhanced in water containing TiO2 nanospheres // Journal of Nano Research. 2010. V. 9. P. 55.

lS. Jiménez-Pérez J., López-Gamboa G., Cruz-Orea A., Correa-Pacheco Z. Thermal parameters study of biodiesel containing Au nanoparticles using photothermal techniques // Revista Mexicana de Ingeniería Química. 2015. V. 14. № 2. P. 481.

l9. Alvarado E.M., Ramon-Gallegos E., Pérez J.J., Cruz-Orea A., Rosas J.H. Photothermal Techniques Applied to the Thermal Characterization of l-Cysteine Nanofluids // International Journal of Thermophysics. 2013. V. 34. № 5. P. 948.

80. Shen J., Mandelis A., Aloysius B. Thermal-wave resonant-cavity measurements of the thermal diffusivity of air: a comparison between cavity-length and modulation-frequency scans // International Journal of Thermophysics. 1996. V. 17. № 6. P. 1241.

81. Balderas-Lopez J.A., Mandelis A., Garcia J. Thermal-wave resonator cavity design and measurements of the thermal diffusivity of liquids // Review of scientific instruments. 2000. V. l1. № 7. P. 2933.

82. Lima J., Marin E., Correa O., Da Silva M., Cardoso S., Gatts C., Rezende C., Vargas H., Miranda L. Measurement of the thermal properties of liquids using a thermal wave interferometer // Measurement Science and Technology. 2000. V. 11. № 10. P. 1522.

83. López-Muñoz G.A., Balderas-López J.A., Ortega-Lopez J., Pescador-Rojas J.A., Salazar J.S. Thermal diffusivity measurement for urchin-like gold nanofluids with different solvents, sizes and concentrations/shapes // Nanoscale research letters. 2012. V. 7. № 1. P. 667.

84. Noroozi M., Mohammadi B., Radiman S., Zakaria A. Thermal Wavelength Measurement of Nanofluid in an Optical-Fiber Thermal Wave Cavity Technique to Determine the Thermal Diffusivity // The Scientific World Journal. 2018. V. 2018. P. 9458952.

85. Nisha M., Philip J. Thermal conduction in polymeric nanofluids under mean field approximation: role of interfacial adsorption layers // Physica Scripta. 2013. V. 88. № 1. P. 015б02.

86. Nisha M., Philip J. Dependence of particle size on the effective thermal diffusivity and conductivity of nanofluids: role of base fluid properties // Heat and Mass Transfer. 2012. V. 48. № 10. P. 1l83.

8l. Dadarlat D., Neamtu C., Streza M., Turcu R., Craciunescu I., Bica D., Vekas L. High accuracy photopyroelectric investigation of dynamic thermal parameters of Fe 3 O 4 and CoFe 2 O 4 magnetic nanofluids // Journal of Nanoparticle Research. 2008. V. 10. № 8. P. 1329.

88. Dadarlat D., Longuemart S., Turcu R., Streza M. , Vekas L. , Sahraoui A. H. Photopyroelectric Calorimetry of Fe3O4 Magnetic Nanofluids: Effect of Type of Surfactant and Magnetic Field // International Journal of Thermophysics. 2014. V. 35. № 11. P. 2032.

89. Balderas-Lopez J.A. Thermal effusivity measurements for liquids: A self-consistent photoacoustic methodology // Review of scientific instruments. 2007. V. 78. № 6. P. 064901.

90. Balderas-Lopez J.A., Mandelis A. Novel transmission open photoacoustic cell configuration for thermal diffusivity measurements in liquids // International journal of thermophysics. 2002. V. 23. № 3. P. 605.

91. López-Muñoz G.A., Pescador-Rojas J.A., Ortega-Lopez J., Salazar J.S., Balderas-López J.A. Thermal diffusivity measurement of spherical gold nanofluids of different sizes/concentrations // Nanoscale Research Letters. 2012. V. 7. № 1. P. 423.

92. Agresti F., Ferrario A., Boldrini S., Miozzo A., Montagner F., Barison S., Pagura C., Fabrizio M. Temperature controlled photoacoustic device for thermal diffusivity measurements of liquids and nanofluids // Thermochimica acta. 2015. V. б19. P. 48.

93. Behzad K., Raoufi R., Bahrami A. The effect of concentration on thermal and optical behaviours of aluminium nanofluids // Dig. J. Nanomater. Biostruct. 201б. V. 11. P. 35l.

94. Bahrami A., Raoufi R., Behzad K. CONCENTRATION EFFECT OF CHROMIUM NANOFLUIDS IN THEIR THERMAL AND OPTICAL PROPERTIES // Revista Mexicana de Ingeniería Química. 2017. V. 16. № 2. P. 617.

95. López-Gamboa G., Jiménez-Pérez J., Correa-Pacheco Z., Alvarado-Noguez M., Lima M.A., Cruz-Orea A., Alvarez J.M. Artificial Neural Network for Modeling Thermal Conductivity of Biodiesels with Different Metallic Nanoparticles for Heat Transfer Applications // International Journal of Thermophysics. 2020. V. 41. № 1. P. 10.

96. Raykar V.S., Singh A.K. Photoacoustic method for measurement of thermal effusivity of Fe 3 O 4 nanofluid // Journal of Thermodynamics. 2011. V. 2011. P. 464368.

9l. El-Brolossy T., Saber O. Non-intrusive method for thermal properties measurement of nanofluids // Experimental Thermal and Fluid Science. 2013. V. 44. P. 498.

98. Dubyk K., Isaiev M., Alekseev S., Burbelo R., Lysenko V. Thermal conductivity of nanofluids formed by carbon flurooxide mesoparticles // SN Applied Sciences. 2019. V. 1. № 11. P. 1440.

99. Voitenko K., Isaiev M., Pastushenko A., Andrusenko D., Kuzmich A., Lysenko V., Burbelo R. Journal of Physics: Conference Series, IOP Publishing. 201l.P. 012010.

100. Basheer N.S., Kumar B.R., Kurian A., George S.D. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, IOP Publishing. 2015. P. 012039.

101. Carbajal-Valdéz R., Rodríguez-Juárez A., Jiménez-Pérez J., Sánchez-Ramírez J., Cruz-Orea A., Correa-Pacheco Z., Macias M., Luna-Sánchez J. Experimental investigation on thermal properties of Ag nanowire nanofluids at low concentrations // Thermochimica Acta. 2019. V. 6l1. P. S3.

102. Vales-Pinzon C., Vega-Flick A., Pech-May N., Alvarado-Gil J., Medina-Esquivel R., Zambrano-Arjona M., Mendez-Gamboa J. Increasing the thermal conductivity of silicone based fluids using carbon nanofibers // Journal of Applied Physics. 2016. V. 120. № 20. P. 205109.

103. Salazar A., Sánchez-Lavega A. Thermal diffusivity measurements using linear relations from photothermal wave experiments // Review of scientific instruments. 1994. V. 65. № 9. P. 2896.

104. Dantas A., Walton D., Shibli S. Collinear mirage effect measurement of the thermal diffusivity in ferrofluids // Brazilian journal of physics. 1998. V. 28. № 4. P. 00.

105. Saadallah F., Attia L., Abroug S., Yacoubi N. Photothermal investigations of thermal and optical properties of liquids by mirage effect // Sensors and Actuators A: Physical. 2007. V. 138. № 2. P. 335.

106. Kusiak A., Pradere C., Battaglia J.-L. Measuring the thermal conductivity of liquids using photo-thermal radiometry // Measurement Science and Technology. 2009. V. 21. № 1. P. 015403.

107. Castaneda-Miranda A., Gomez-Rebolledo E., Felix-Gutierrez J., Pescador-Rojas J.A., Castano V.M. IEEE Mexican Humanitarian Technology Conference (MHTC). 2017.P. 163.

108. Liu J., Zhu J., Tian M., Gu X., Schmidt A., Yang R. Simultaneous measurement of thermal conductivity and heat capacity of bulk and thin film materials using frequency-dependent transient thermoreflectance method // Review of Scientific Instruments. 2013. V. 84. № 3. P. 034902.

109. Wang J., Fiebig M. Measurement of the thermal diffusivity of aqueous solutions of alcohols by a laser-induced thermal grating technique // International journal of thermophysics. 1995. V. 16. № 6. P. 1353.

110. Kim J.H., Chi D., Kim S.W., Choi C.K., Rhee C. The effects of grating period and heating duration time on the measurement of thermal diffusivity of liquids using photothermal grating spectroscopy // Measurement. 1995. V. 15. № 3. P. 159.

111. Schmidt A.J., Chiesa M., Torchinsky D.H., Johnson J.A., Nelson K.A., Chen G. Thermal conductivity of nanoparticle suspensions in insulating media measured with a transient optical grating and a hotwire // Journal of Applied Physics. 2008. V. 103. № 8. P. 083529.

112. Venerus D.C., Kabadi M.S., Lee S., Perez-Luna V. Study of thermal transport in nanoparticle suspensions using forced Rayleigh scattering // Journal of Applied Physics. 2006. V. 100. № 9. P. 094310.

113. Shen J., Lowe R.D., SnookR.D. A model for cw laser induced mode-mismatched dual-beam thermal lens spectrometry // Chemical Physics. 1992. V. 165. № 2-3. P. 385.

114. Mikheev I.V., Usoltseva L.O., Ivshukov D.A., Volkov D.S., Korobov M.V., Proskurnin M.A. Approach to the Assessment of Size-Dependent Thermal Properties of Disperse Solutions: Time-Resolved Photothermal Lensing of Aqueous Pristine Fullerenes C60 and C70 // The Journal of Physical Chemistry C. 2016. V. 120. № 49. P. 28270.

115. Bialkowski S.E., Astrath N.G., Proskurnin M.A., Photothermal Spectroscopy Methods, Ed.: John Wiley & Sons, 2019.

116. Bernal-Alvarado J., Mansanares A., Da Silva E., Moreira S. Thermal diffusivity measurements in vegetable oils with thermal lens technique // Review of scientific instruments. 2003. V. 74. № 1. P. 697.

117. Yáñez-Limón J., Mayen-Mondragón R., Martínez-Flores O., Flor es-Far ias R., Ruíz F., Araujo-Andrade C., Martínez J. Thermal diffusivity studies in edible commercial oils using thermal lens spectroscopy // Superficies y vacío. 2005. V. 18. № 1. P. 31.

118. Carbajal-Valdez R., Jiménez-Pérez J.L., Cruz-Orea A., Correa-Pacheco Z.N., Alvarado-Noguez M.L., Romero-Ibarra I.C., Mendoza-Alvarez J.G. Thermal properties of centrifuged oils measured by alternative photothermal techniques // Thermochimica Acta. 2017. V. 657. P. 66.

119. Savi E. L. M.L.C., Baesso M. L., Pintro T. M., Croge C., Shen J, Astrath N. G. C., Investigation into photostability of soybean oils by thermal lens spectroscopy // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2015. V. 145. P. 125.

120. Perez J.L. V.E.R., Fuentes R. G., Cruz-Orea A., Bautista de Leon H., Thermal diffusivity study of cheese fats by thermal lens detection // Eur. Phys. J. Special Topics. 2008. V. 153. P. 511.

121. Kurian A., Kumar R.B., George S.D. Nanophotonic Materials VI, International Society for Optics and Photonics. 2009. P. l3930.

122. Kumar B.R., Basheer N.S., Jacob S., Kurian A., George S.D. Thermal-lens probing of the enhanced thermal diffusivity of gold nanofluid-ethylene glycol mixture // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2015. V. 119. № 1. P. 453.

123. Hari M., Joseph S.A., Mathew S., Nithyaja B., Nampoori V., Radhakrishnan P. Thermal diffusivity of nanofluids composed of rod-shaped silver nanoparticles // International Journal of Thermal Sciences. 2013. V. 64. P. 188.

124. John J., Thomas L., Kumar B.R., Kurian A., George S.D. Shape dependent heat transport through green synthesized gold nanofluids // Journal of Physics D: Applied Physics. 2015. V. 48. № 33. P. 335301.

125. Nideep T., Ramya M., Nampoori V., Kailasnath M. The size dependent thermal diffusivity of water soluble CdTe quantum dots using dual beam thermal lens spectroscopy // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2020. V. 116. P. 113l24.

126. Zamiri R., Azmi B., Husin M.S., Zamiri G., Ahangar H., Rizwan Z. Thermal diffusivity measurement of copper nanofluid using pulsed laser thermal lens technique // Journal of the European Optical Society-Rapid publications. 2012. V. l. P. 12022.

12l. Rusconi R., Rodari E., Piazza R. Optical measurements of the thermal properties of nanofluids // Applied Physics Letters. 2006. V. 89. № 26. P. 261916.

128. Jiménez Pérez J.L., Sánchez Ramírez J.F., Gutiérrez Fuentes R., Cruz-Orea A., Herrera Pérez J.L. Enhanced of the R6G thermal diffusivity on aggregated small gold particles // Brazilian journal of physics. 2006. V. 36. № 3B. P. 1025.

129. Jimenez-Perez J.L., Fuentes R.G., Alvarado E.M., Ramon-Gallegos E., Cruz-Orea A., Tánori-Cordova J., Mendoza-Alvarez J. Enhancement of the thermal transport in a culture medium with Au nanoparticles // Applied Surface Science. 2008. V. 255. № 3. P. 701.

130. Luna-Sánchez J.L., Jiménez-Pérez J.L., Carbajal-Valdez R., Lopez-Gamboa G., Pérez-González M., Correa-Pacheco Z.N. Green synthesis of silver nanoparticles using Jalapeño Chili extract and thermal lens study of acrylic resin nanocomposites // Thermochimica Acta. 2019. V. 6lS. P. 1lS314.

131. Jimenez-Perez J.L., Sanchez-Ramirez J.F., Cornejo-Monroy D., Gutierrez-Fuentes R., Rojas J.P., Cruz-Orea A., Algatti M., Jacinto C. Photothermal Study of Two Different Nanofluids

Containing SiO2 and TiO2 Semiconductor Nanoparticles // International Journal of Thermophysics. 2012. V. 33. № 1. P. 69.

132. Ramírez J.S., Pérez J.J., Valdez R.C., Orea A.C., Fuentes R.G., Herrera-Perez J.L. Thermal diffusivity measurements in fluids containing metallic nanoparticles using transient thermal lens // International journal of thermophysics. 2006. V. 27. № 4. P. 1181.

133. ShahriariE., Yunus W.M., ZamiriR. The effect of nanoparticle size on thermal diffusivity of gold nano-fluid measured using thermal lens technique // Journal of the European Optical SocietyRapid publications. 2013. V. 8. P. 1302б.

134. Zamiri R., Azmi B., Shahriari E., Naghavi K., Saion E., Rizwan Z., Husin M. Thermal diffusivity measurement of silver nanofluid by thermal lens technique // Journal of Laser Applications. 2011. V. 23. № 4. P. 042002.

135. Lenart V., Astrath N., Turchiello R., Goya G., Gómez S. Thermal diffusivity of ferrofluids as a function of particle size determined using the mode-mismatched dual-beam thermal lens technique // Journal of Applied Physics. 2018. V. 123. № 8. P. 085107.

136. Joseph S.A., Hari M., Mathew S., Sharma G., Hadiya V., Radhakrishnan P., Nampoori V. Thermal diffusivity of rhodamine 6g incorporated in silver nanofluid measured using mode-matched thermal lens technique // Optics Communications. 2010. V. 283. № 2. P. 313.

13l. Prakash A., Pathrose B.P., Nampoori V., Radhakrishnan P., Mujeeb A. Thermal diffusivity of neutral red dye using dual beam thermal lens technique: A comparison on the effects using nano pulsed laser ablated silver and gold nanoparticles // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2019. V. 10l. P. 203.

138. Lopes C., Lenart V., Turchiello R., Gómez S. Determination of the thermal diffusivity of plasmonic nanofluids containing PVP-coated Ag nanoparticles using mode-mismatched dual-beam thermal lens technique // Advances in Condensed Matter Physics. 2018. V. 2018. P. 3052l93.

139. Pérez J.J., Fuentes R.G., Ramirez J.S., Cruz-Orea A. Study of gold nanoparticles effect on thermal diffusivity of nanofluids based on various solvents by using thermal lens spectroscopy // The European Physical Journal Special Topics. 2008. V. 153. № 1. P. 159.

140. Gutierrez Fuentes R., Pescador Rojas J.A., Jiménez-Pérez J.L., Sanchez Ramirez J.F., Cruz-Orea A., Mendoza-Alvarez J.G. Study of thermal diffusivity of nanofluids with bimetallic nanoparticles with Au(core)/Ag(shell) structure // Applied Surface Science. 2008. V. 255. № 3. P. l81.

141. Moreira L.M., Carvalho E., Bell M., Anjos V., Sant'Ana A., Alves A.P.P., Fragneaud B., Sena L., Archanjo B., Achete C. Thermo-optical properties of silver and gold nanofluids // Journal of thermal analysis and calorimetry. 2013. V. 114. № 2. P. 557.

142. Sebastian R., Swapna M., Raj V., Hari M., Sankararaman S. Thermal diffusivity control in titanium dioxide nanofluid through phase tuning // Materials Research Express. 2018. V. 5. № 7. P. 075001.

143. Swapna M., Sankararaman S. Organometallic Sodium Carbide for Heat Transfer Applications: A Thermal Lens Study // International Journal of Thermophysics. 2020. V. 41. № 93.

144. Vijesh K.R., Sony U., Ramya M., Mathew S., Nampoori V.P.N., Thomas S. Concentration dependent variation of thermal diffusivity in highly fluorescent carbon dots using dual beam thermal lens technique // International Journal of Thermal Sciences. 2018. V. 126. P. 137.

145. Swapna M., Raj V., Sankararaman S. Allotropic transformation instigated thermal diffusivity of soot nanofluid: Thermal lens study // Physics of Fluids. 2019. V. 31. № 11. P. 117106.

146. Sha M.R., Mathew S., Udayan S., Nampoori V., Mujeeb A. Ultra-pure silicon nanofluid by laser ablation: thermal diffusivity studies using thermal lens technique // Applied Physics B. 2018. V. 124. № 11. P. 213.

147. Taha-Tijerina J.J., Narayanan T.N., Tiwary C.S., Lozano K., Chipara M., Ajayan P.M. Nanodiamond-based thermal fluids // ACS Appl Mater Interfaces. 2014. V. 6. № 7. P. 4778.

148. Esfahani M.R., Languri E.M., Nunna M.R Effect of particle size and viscosity on thermal conductivity enhancement of graphene oxide nanofluid // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2016. V. 76. P. 308.

149. Lotfi R, Rashidi A.M., Amrollahi A. Experimental study on the heat transfer enhancement of MWNT-water nanofluid in a shell and tube heat exchanger // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2012. V. 39. № 1. P. 108.

150. Li P., Shi T., Yao D., Wang Y., Liu C., Zheng Y. Covalent nanocrystals-decorated solventfree graphene oxide liquids // Carbon. 2016. V. 110. P. 87.

151. Mashali F., Languri E.M., Davidson J., Kerns D., Johnson W., Nawaz K., Cunningham G. Thermo-physical properties of diamond nanofluids: A review // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. V. 129. P. 1123.

152. Kumar S., Nehra M., Kedia D., Dilbaghi N., Tankeshwar K., Kim K.-H. Nanodiamonds: Emerging face of future nanotechnology // Carbon. 2019. V. 143. P. 678.

153. Rasheed A., Khalid M., Rashmi W., Gupta T., Chan A. Graphene based nanofluids and nanolubricants-Review of recent developments // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. V. 63. P. 346.

154. Chandrasekar M., Suresh S., Srinivasan R., Bose A.C. New Analytical Models to Investigate Thermal Conductivity of Nanofluids // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2009. V. 9. № 1. P. 533.

155. Rashmi W., KhalidM., Ong S.S., Saidur R. Preparation, thermo-physical properties and heat transfer enhancement of nanofluids // Materials Research Express. 2014. V. 1. № 3. P. 032001.

156. Mochalin V.N., Shenderova O., Ho D., Gogotsi Y. The properties and applications of nanodiamonds // Nature nanotechnology. 2012. V. 7. № 1. P. 11.

157. Balandin A.A. Thermal properties of graphene and nanostructured carbon materials // Nature materials. 2011. V. 10. № 8. P. 569.

158. Schramm L.L., Emulsions, Foams, and Suspensions: Fundamentals and Applications: Wiley, 2006.

159. Bakthavatchalam B., Habib K., Saidur R., Shahabuddin S., Saha B.B. Influence of solvents on the enhancement of thermophysical properties and stability of multi-walled carbon nanotubes nanofluid // Nanotechnology. 2020. V. 31. № 23. P. 235402.

160. Qiu L., Zhu N., Feng Y., Michaelides E.E., Zyta G., Jing D., Zhang X., Norris P.M., Markides C.N., Mahian O. A review of recent advances in thermophysical properties at the nanoscale: From solid state to colloids // Physics Reports. 2020. V. 843. P. 1.

161. Assael M.J., Metaxa I.N., Arvanitidis J., Christofilos D., Lioutas C. Thermal Conductivity Enhancement in Aqueous Suspensions of Carbon Multi-Walled and Double-Walled Nanotubes in the Presence of Two Different Dispersants // International Journal of Thermophysics. 2005. V. 26. № 3. P. 647.

162. Xing M., Yu J., Wang R. Experimental investigation and modelling on the thermal conductivity of CNTs based nanofluids // International Journal of Thermal Sciences. 2016. V. 104. P. 404.

163. Nasiri A., Shariaty-Niasar M., Rashidi A.M., Khodafarin R. Effect of CNT structures on thermal conductivity and stability of nanofluid // International Journal of heat and Mass transfer. 2012. V. 55. № 5-6. P. 1529.

164. Balandin A.A., Ghosh S., Bao W., Calizo I., Teweldebrhan D., Miao F., Lau C.N. Superior thermal conductivity of single-layer graphene // Nano letters. 2008. V. 8. № 3. P. 902.

165. Sadeghinezhad E., Mehrali M., Saidur R, Mehrali M., Latibari S.T., Akhiani A.R., Metselaar H.S.C. A comprehensive review on graphene nanofluids: recent research, development and applications // Energy Conversion and Management. 2016. V. 111. P. 466.

166. Paredes J., Villar-Rodil S., Martínez-Alonso A., Tascon J. Graphene oxide dispersions in organic solvents // Langmuir. 2008. V. 24. № 19. P. 10560.

167. Yu W., Xie H., Wang X., Wang X. Significant thermal conductivity enhancement for nanofluids containing graphene nanosheets // Physics Letters A. 2011. V. 375. № 10. P. 1323.

168. Hwang Y., Lee J., Lee C., Jung Y., Cheong S., Lee C., Ku B., Jang S. Stability and thermal conductivity characteristics of nanofluids // Thermochimica Acta. 2007. V. 455. № 1. P. 70.

169. Ma H., Wilson C., Borgmeyer B., Park K., Yu Q., Choi S., Tirumala M. Effect of nanofluid on the heat transport capability in an oscillating heat pipe // Applied Physics Letters. 2006. V. 88. № 14. P. 143116.

170. A. S. Lobasov, A. V. Minakov and M. I. Pryazhnikov. International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon). 2018. P. 1

171. Jang S.P., Choi S.U. Cooling performance of a microchannel heat sink with nanofluids // Applied Thermal Engineering. 2006. V. 26. № 17. P. 2457.

172. Noh M., Hazwani N., Sidik C., Azwadi N. Applied Mechanics and Materials, Trans Tech Publ. 2015. P. 403.

173. Hajjar Z., morad Rashidi A., Ghozatloo A. Enhanced thermal conductivities of graphene oxide nanofluids // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2014. V. 57. P. 128.

174. Yu W., Xie H., Chen W. Experimental investigation on thermal conductivity of nanofluids containing graphene oxide nanosheets // Journal of Applied Physics. 2010. V. 107. № 9. P. 094317.

175. Yu W., Xie H., Bao D. Enhanced thermal conductivities of nanofluids containing graphene oxide nanosheets // Nanotechnology. 2009. V. 21. № 5. P. 055705.

176. Baby T.T., Ramaprabhu S. Investigation of thermal and electrical conductivity of graphene based nanofluids // Journal of Applied Physics. 2010. V. 108. № 12. P. 124308.

177. Hwang Y., Park H., Lee J., Jung W. Thermal conductivity and lubrication characteristics of nanofluids // Current Applied Physics. 2006. V. 6. P. e67.

178. Keblinski P., Phillpot S.R., Choi S.U.S., Eastman J.A. Mechanisms of heat flow in suspensions of nano-sized particles (nanofluids) // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2002. V. 45. № 4. P. 855.

179. Wang X.-Q., Mujumdar A.S. Heat transfer characteristics of nanofluids: a review // International journal of thermal sciences. 2007. V. 46. № 1. P. 1.

180. Eapen J., Rusconi R., Piazza R., Yip S. The Classical Nature of Thermal Conduction in Nanofluids // Journal of Heat Transfer. 2010. V. 132. № 10. P.102402.

181. Nedosekin D.A., Sarimollaoglu M., Galanzha E.I., Sawant R., Torchilin V.P., Verkhusha V.V., Ma J., FrankM.H., Biris A.S., Zharov V.P. Synergy of photoacoustic and fluorescence flow cytometry of circulating cells with negative and positive contrasts // Journal of biophotonics. 2012. V. 6. P. 425.

182. Filimonova T.A., Volkov D.S., Proskurnin M.A., Pelivanov I.M. Optoacoustic spectroscopy for real-time monitoring of strongly light-absorbing solutions in applications to analytical chemistry // Photoacoustics. 2013. V. 1. № 3-4. P. 54.

183. McNaughton J., Höhne G., Hemminger W., Flammersheim H.-J., Flammersheim H.-J., Differential scanning calorimetry: Springer Science & Business Media, 2003.

184. ISO 13321:1996 Particle size analysis — Photon correlation spectroscopy, Ed., 1996.

185. Currie L.A., Svehla G. Nomenclature for the presentation of results of chemical-analysis // Pure Appl. Chem. 1994. V. 66. № 3. P. 595.

186. Khokhlova T.D., Pelivanov I.M., Sapozhnikov O.A., Solomatin V.S., Karabutov A.A. Opto-acoustic diagnostics of the thermal action of high-intensity focused ultrasound on biological tissues: the possibility of its applications and model experiments // Quantum Electronics. 2006. V. 36. № 12. P. 1097.

187. Korobov M.V., Volkov D.S., Avramenko N.V., Belyaeva L.A., Semenyuk P.I., Proskurnin M.A. Improving the dispersity of detonation nanodiamond: differential scanning calorimetry as a new method of controlling the aggregation state of nanodiamond powders // Nanoscale. 2013. V. 5. № 4. P. 1529.

188. Ishikiriyama K., Todoki M., Motomura K. Pore Size Distribution (PSD) Measurements of Silica Gels by Means of Differential Scanning Calorimetry: I. Optimization for Determination of PSD // Journal of Colloid and Interface Science. 1995. V. 171. № 1. P. 92.

189. Haynes W.M., CRC Handbook of Chemistry and Physics, 96th Edition: CRC Press, 2015.

190. Korobov M.V., Batuk M.M., Avramenko N.V., Ivanova N.I., Rozhkova N.N., Osawa E. Aggregate structure of "single-nano buckydiamond" in gel and dried powder by differential scanning calorimetry and nitrogen adsorption // Diamond and Related Materials. 2010. V. 19. № 56. P. 665.

191. Zharov V.P., Lapotko D.O. Photothermal imaging of nanoparticles and cells // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2005. V. 11. № 4. P. 733.

192. Nedosekin D.A., Galanzha E.I., Dervishi E., Biris A.S., Zharov V.P. Super-Resolution Nonlinear Photothermal Microscopy // Small. 2014. V. 10. № 1. P. 135.

193. Tawfik M.M. Experimental studies of nanofluid thermal conductivity enhancement and applications: a review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. V. 75. P. 1239.

194. Usoltseva L., Volkov D., Avramenko N., Korobov M., Proskurnin M. Nanodiamond aqueous dispersions as potential nanofluids: the determination of properties by thermal lensing and other techniques // Nanosystems: physics, chemistry, mathematics. 2018. V. 9. № 1. P.17.

195. Volkov D.S., Proskurnin M.A., Korobov M.V. Elemental analysis of nanodiamonds by inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy // Carbon. 2014. V. 74. P. 1.

196. Volkov D.S., Semenyuk P.I., Korobov M.V., Proskurnin M.A. Quantification of nanodiamonds in aqueous solutions by spectrophotometry and thermal lens spectrometry // Journal of Analytical Chemistry. 2012. V. 67. № 10. P. 842.

197. Vul A.Y., Eydelman E., Sharonova L., Aleksenskiy A., Konyakhin S. Absorption and scattering of light in nanodiamond hydrosols // Diamond and Related Materials. 2011. V. 20. № 3. P. 279.

198. Aleksenskii A., Vul A.Y., Konyakhin S., Reich K., Sharonova L., Eidel'man E. Optical properties of detonation nanodiamond hydrosols // Physics of the Solid State. 2012. V. 54. № 3. P. 578.

199. Korobov M.V., Avramenko N.V., Bogachev A.G., Rozhkova N.N., Osawa E. Nanophase of water in nano-diamond gel // J. Phys. Chem. C. 2007. V. 111. № 20. P. 7330.

200. Гузей Д., Минаков А., Пряжников М., Шебелева А. Материалы II отчетной конференции «Фундаментальные исследования молодых ученых Енисейской Сибири». 2011. P. 23.

201. Sundar L.S., Sharma K., Naik M., Singh M.K. Empirical and theoretical correlations on viscosity of nanofluids: a review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2013. V. 25. P. 670.

202. Prasher R., Song D., Wang J., Phelan P. Measurements of nanofluid viscosity and its implications for thermal applications // Applied physics letters. 2006. V. 89. № 13. P. 133108.

203. Kuznetsov N.M., Belousov S.I., Bakirov A.V., Chvalun S.N., Kamyshinsky R.A., Mikhutkin A.A., Vasiliev A.L., Tolstoy P.M., Mazur A.S., Eidelman E.D. Unique rheological behavior of detonation nanodiamond hydrosols: The nature of sol-gel transition // Carbon. 2020. V. 161. P. 486.

204. VulA.Y., Eydelman E., InakumaM., Ösawa E. Correlation between viscosity and absorption of electromagnetic waves in an aqueous UNCD suspension // Diamond and Related Materials. 2007. V. 16. № 12. P. 2023.

205. Cheremisinoff N.P., Encyclopedia of Fluid Mechanics: Slurry Flow Technology: Gulf Publishing Company, Book Division, 1986.

206. Pak B.C., Cho Y.I. Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles // Experimental Heat Transfer an International Journal. 1998. V. 11. № 2. P. 151.

207. Vajjha R., Das D., Mahagaonkar B. Density measurement of different nanofluids and their comparison with theory // Petroleum Science and Technology. 2009. V. 27. № 6. P. 612.

208. Kidalov S., Shakhov F., Vul A.Y. Thermal conductivity of nanocomposites based on diamonds and nanodiamonds // Diamond and Related Materials. 2007. V. 16. № 12. P. 2063.

209. Larionova I., Frolov A., Poleva L., Bychin N. Study of the composition and physicochemical properties of diamond hydrogels // Colloid Journal. 2004. V. 66. № 3. P. 372.

210. Larionova I., Kuznetsov V., Frolov A., Shenderova O., Moseenkov S., Mazov I. Properties of individual fractions of detonation nanodiamond // Diamond and related materials. 2006. V. 15. № 11. P. 1804.

211. Kuznetsov V.L., Butenko Y.V., 13 - Diamond Phase Transitions at Nanoscale, Ed. Shenderova O.A., Gruen D.M. Ultrananocrystalline Diamond, Norwich, NY: William Andrew Publishing, 2006.

212. Mansoori G.A., George T.F., Assoufid L., Zhang G., Molecular Building Blocks for Nanotechnology: From Diamondoids to Nanoscale Materials and Applications: Springer New York, 2007.

213. Xuan Y., Roetzel W. Conceptions for heat transfer correlation of nanofluids // International Journal of heat and Mass transfer. 2000. V. 43. № 19. P. 3701.

214. Shahrul I., Mahbubul I., Khaleduzzaman S., Saidur R., Sabri M. A comparative review on the specific heat of nanofluids for energy perspective // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. V. 38. P. 88.

215. Reeber RR, WangK. Thermal expansion, molar volume and specific heat of diamond from 0 to 3000K // Journal of electronic materials. 1996. V. 25. № 1. P. 63.

216. Vasiliev O.O., Muratov V.B., Kulikov L.M., Garbuz V.V., Duda T.I. Special features of the heat capacity of detonation nanocrystalline diamond // Journal of Superhard Materials. 2015. V. 37. № 6. P. 388.

217. Lutcov A.I., Volga V.I., Dymov B.K. Thermal conductivity, electric resistivity and specific heat of dense graphites // Carbon. 1970. V. 8. № 6. P. 753.

218. Haddad Z., Abid C., Mohamad A., Rahli O., Bawazer S. Natural convection of silica-water nanofluids based on experimental measured thermophysical properties: critical analysis // Heat and Mass Transfer. 2016. V. 52. № 8. P. 1649.