Nanofluid
एक नैनोफ्लूइड एक तरल पदार्थ है जिसमें नैनोमीटर आकार के कण होते हैं, जिन्हें नैनोपार्टिकल्स कहा जाता है। ये तरल पदार्थ एक क्षारीय तरल पदार्थ में नैनोकणों के इंजीनियर कोलॉइडल निलंबन हैं। नैनोफ्लुइड्स में उपयोग किए जाने वाले नैनोपार्टिकल्स आमतौर पर धातुओं, ऑक्साइड, कार्बाइड या कार्बन नैनोट्यूब से बने होते हैं। आम क्षारीय तरल पदार्थों में पानी, एथिलीन ग्लाइकोल और तेल शामिल हैं। नैनोफ्लुइड्स में नए गुण होते हैं जो उन्हें गर्मी हस्तांतरण में कई अनुप्रयोगों में संभावित रूप से उपयोगी बनाते हैं, जिनमें माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स, ईंधन कोशिकाएं, दवा प्रक्रियाएं और संकर-संचालित इंजन, इंजन शीतलन/वाहन तापीय प्रबंधन, घरेलू रेफ्रिजरेटर, चिलर, हीट एक्सचेंजर, पीसने, मशीनिंग और बॉयलर फ्लू गैस तापमान में कमी शामिल हैं। वे आधार द्रव की तुलना में बढ़ी हुई तापीय चालकता और संवहनी ताप हस्तांतरण गुणांक प्रदर्शित करते हैं। संवहनी ऊष्मा अंतरण अनुप्रयोगों के लिए उनकी उपयुक्तता तय करने में नैनोफ्लुइड्स के रियोलॉजिकल व्यवहार का ज्ञान महत्वपूर्ण पाया गया है। नैनोफ्लुइड्स में विशेष ध्वनिक गुण भी होते हैं और अल्ट्रासोनिक क्षेत्रों में एक घटना संपीड़न तरंग का अतिरिक्त कतरनी-तरंग पुनर्परिवर्तन प्रदर्शित होता है; एकाग्रता बढ़ने पर प्रभाव अधिक स्पष्ट हो जाता है। कम्प्यूटेशनल फ्लूइड डायनामिक्स (सी. एफ. डी.) जैसे विश्लेषण में, नैनोफ्लुइड्स को एकल चरण के तरल पदार्थ माना जा सकता है; हालाँकि, लगभग सभी नए शैक्षणिक पत्र दो-चरण की धारणा का उपयोग करते हैं। एकल चरण तरल पदार्थों के शास्त्रीय सिद्धांत को लागू किया जा सकता है, जहां नैनोफ्लूइड के भौतिक गुणों को दोनों घटकों और उनकी सांद्रता के गुणों के कार्य के रूप में लिया जाता है। एक वैकल्पिक दृष्टिकोण दो-घटक मॉडल का उपयोग करके नैनोफ्लुइड्स का अनुकरण करता है। एक नैनोफ्लूइड बूंद के प्रसार को प्रसार द्वारा संपर्क रेखा के पास इकट्ठे किए गए नैनोकणों की ठोस जैसी क्रमबद्ध संरचना द्वारा बढ़ाया जाता है, जो संपर्क रेखा के आसपास एक संरचनात्मक विच्छेद दबाव को जन्म देता है। हालांकि, नैनोमीटर पैमाने के व्यास वाली छोटी बूंदों के लिए इस तरह की वृद्धि नहीं देखी जाती है, क्योंकि गीला करने का समय पैमाना प्रसार समय पैमाने की तुलना में बहुत छोटा होता है। संश्लेषण नैनोफ्लुइड्स का उत्पादन कई तकनीकों द्वारा किया जाता हैः प्रत्यक्ष वाष्पीकरण (1 चरण) गैस संघनन/फैलाव (2 चरण) रासायनिक वाष्प संघनन (1 चरण) रासायनिक वर्षा (1 चरण) जैव-आधारित (2 चरण) पानी, एथिलीन ग्लाइकोल और तेल सहित कई तरल पदार्थों का आधार तरल पदार्थों के रूप में उपयोग किया गया है। हालांकि स्थिरीकरण एक चुनौती हो सकती है, लेकिन चल रहे शोध से संकेत मिलता है कि यह संभव है। नैनोफ्लूइड संश्लेषण में अब तक उपयोग की जाने वाली नैनो-सामग्री में धातु कण, ऑक्साइड कण, कार्बन नैनोट्यूब, ग्राफीन नैनो-गुच्छे और चीनी मिट्टी के कण शामिल हैं। लौंग की कलियों का उपयोग करके बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (एम. डब्ल्यू. सी. एन. टी.) के सहसंयोजक कार्यात्मककरण के लिए एक जैव-आधारित, पर्यावरण के अनुकूल दृष्टिकोण विकसित किया गया था। कोई भी विषाक्त और खतरनाक एसिड नहीं हैं जो आमतौर पर इस संश्लेषण में नियोजित सामान्य कार्बन नैनोमटेरियल फंक्शनलाइजेशन प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाते हैं। एम. डब्ल्यू. सी. एन. टी. को एक मुक्त मूलक ग्राफ्टिंग प्रतिक्रिया का उपयोग करके एक बर्तन में कार्यात्मक बनाया जाता है। फिर लौंग-कार्यात्मक एम. डब्ल्यू. सी. एन. टी. को आसुत जल (डी. आई. जल) में फैलाया जाता है, जिससे एक अत्यधिक स्थिर एम. डब्ल्यू. सी. एन. टी. जलीय निलंबन (एम. डब्ल्यू. सी. एन. टी. नैनोफ्लूइड) का उत्पादन होता है। स्मार्ट कूलिंग नैनोफ्लुइड्स पारंपरिक नैनोफ्लुइड्स में मामूली तापीय चालकता वृद्धि को महसूस करते हुए, इंदिरा गांधी परमाणु अनुसंधान केंद्र, कलपक्कम के शोधकर्ताओं की एक टीम ने चुंबकीय रूप से ध्रुवीकरण करने वाले नैनोफ्लुइड्स का एक नया वर्ग विकसित किया, जहां बेसफ्लुइड्स की 300% तक तापीय चालकता वृद्धि का प्रदर्शन किया जाता है। इस उद्देश्य के लिए विभिन्न आकारों (3-10 nm) के फैटी-एसिड-कैप्ड मैग्नेटाइट नैनोकणों को संश्लेषित किया गया है। यह दिखाया गया है कि ऐसे चुंबकीय नैनोफ्लुइड्स के तापीय और रियोलॉजिकल दोनों गुण गर्मी प्रवाह की दिशा के संबंध में चुंबकीय क्षेत्र की ताकत और अभिविन्यास को बदलकर ट्यूनेबल हैं। इस तरह के प्रतिक्रिया उत्तेजक तरल पदार्थ प्रतिवर्ती रूप से परिवर्तनशील होते हैं और सूक्ष्म और नैनो-विद्युत-यांत्रिक प्रणालियों जैसे लघु उपकरणों में अनुप्रयोग होते हैं। 2013 में, अज़ीज़ियन एट अल। लैमिनार प्रवाह व्यवस्था के तहत प्रायोगिक रूप से जल-आधारित मैग्नेटाइट नैनोफ्लूइड के संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक पर एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव को माना जाता है। आरई = 745 पर प्राप्त 300% वृद्धि और 32.5 एमटी/मिमी के चुंबकीय क्षेत्र ढाल तक। दबाव में गिरावट पर चुंबकीय क्षेत्र का प्रभाव उतना महत्वपूर्ण नहीं था। संवेदी अनुप्रयोगों के लिए प्रतिक्रिया उत्तेजना नैनोफ्लुइड शोधकर्ताओं ने एक नैनोफ्लुइड-आधारित अतिसंवेदनशील ऑप्टिकल संवेदक का आविष्कार किया है जो विषाक्त धब्बों की अत्यंत कम सांद्रता के संपर्क में आने पर अपना रंग बदल देता है। संवेदक औद्योगिक और पर्यावरणीय नमूनों में धनायनों के सूक्ष्म निशान का पता लगाने में उपयोगी है। औद्योगिक और पर्यावरणीय नमूनों में कैटायन स्तरों की निगरानी के लिए मौजूदा तकनीकें महंगी, जटिल और समय लेने वाली हैं। संवेदक को एक चुंबकीय नैनोफ्लूइड के साथ डिज़ाइन किया गया है जिसमें पानी में निलंबित चुंबकीय कणों के साथ नैनो-बूंदें होती हैं। एक निश्चित चुंबकीय क्षेत्र में, एक प्रकाश स्रोत नैनोफ्लूइड को प्रकाशित करता है जहां नैनोफ्लूइड का रंग कैटायन सांद्रता के आधार पर बदलता है। यह रंग परिवर्तन कैटायन के संपर्क में आने के बाद एक सेकंड के भीतर होता है, जो अन्य मौजूदा कैटायन संवेदी विधियों की तुलना में बहुत तेजी से होता है। इस तरह के प्रतिक्रिया उत्तेजना नैनोफ्लुइड्स का उपयोग लौह चुम्बकीय घटकों में दोषों का पता लगाने और उनकी छवि बनाने के लिए भी किया जाता है। फोटोनिक आँख, जैसा कि इसे कहा गया है, एक चुंबकीय ध्रुवीकरण नैनो-इमल्शन पर आधारित है जो एक नमूने में एक दोषपूर्ण क्षेत्र के संपर्क में आने पर रंग बदल देता है। इस उपकरण का उपयोग रेल पटरियों और पाइपलाइनों जैसी संरचनाओं की निगरानी के लिए किया जा सकता है। चुंबकीय रूप से प्रतिक्रियाशील फोटोनिक क्रिस्टल नैनोफ्लूइड चुंबकीय नैनोकण समूह या चुंबकीय नैनोबीड आकार 80-150 नैनोमीटर के साथ बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की दिशा के साथ सैकड़ों नैनोमीटर के क्रम पर एक नियमित अंतर-कण अंतराल के साथ क्रमबद्ध संरचनाएँ बनाते हैं जिसके परिणामस्वरूप निलंबन में दृश्य प्रकाश का मजबूत विवर्तन होता है। नैनोल्यूब्रिकेंट्स नैनोपार्टिकल आधारित सस्पेंशन का वर्णन करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक अन्य शब्द नैनोल्यूब्रिकेंट्स है। वे मुख्य रूप से इंजन और मशीन स्नेहन के लिए उपयोग किए जाने वाले तेलों का उपयोग करके तैयार किए जाते हैं। नैनोल्यूब्रिकेंट तैयार करने के लिए अब तक धातु, ऑक्साइड और कार्बन के एलोट्रॉप सहित कई सामग्रियों का उपयोग किया गया है। नैनोमटेरियल्स को जोड़ने से मुख्य रूप से बेस ऑयल की थर्मल चालकता और एंटी-वियर गुण बढ़ जाते हैं। यद्यपि एम. ओ. एस. 2, ग्राफीन, सी. यू. आधारित तरल पदार्थों का व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है, फिर भी अंतर्निहित तंत्र की मौलिक समझ की आवश्यकता है। मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड (एम. ओ. एस. 2) और ग्राफीन तीसरे शरीर के स्नेहक के रूप में काम करते हैं, जो अनिवार्य रूप से छोटे सूक्ष्म गेंद बीयरिंग बन जाते हैं, जो दो संपर्क सतहों के बीच घर्षण को कम करते हैं। यह तंत्र फायदेमंद है यदि संपर्क इंटरफेस पर इन कणों की पर्याप्त आपूर्ति मौजूद है। लाभकारी प्रभाव कम हो जाते हैं क्योंकि रगड़ तंत्र तीसरे शरीर के स्नेहक को बाहर धकेल देता है। स्नेहक को बदलने से, समान रूप से, तेल के साथ निकाले गए नैनोल्यूब्रिकेंट के प्रभाव समाप्त हो जाएंगे। मैग्नीशियम सिलिकेट हाइड्रॉक्साइड (एम. एस. एच.) जैसे अन्य नैनोल्यूब्रिकेंट दृष्टिकोण, चिपकने वाली और स्नेहक कार्यात्मकताओं के साथ नैनोमटेरियल्स को संश्लेषित करके नैनोकणों के कोटिंग्स पर निर्भर करते हैं। नैनोल्यूब्रिकेंट कोटिंग्स में अनुसंधान शैक्षणिक और औद्योगिक दोनों स्थानों में किया गया है। नैनोबोरेट योजकों के साथ-साथ हीरे जैसे कार्बन (डी. एल. सी.) कोटिंग संरचनाओं के यांत्रिक मॉडल विवरण अली एर्डेमिर द्वारा आर्गोन नेशनल लैब्स में विकसित किए गए हैं। ट्राइबोटेक्स जैसी कंपनियाँ वाहन इंजनों और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए संश्लेषित एमएसएच नैनोमटेरियल कोटिंग्स के उपभोक्ता सूत्रीकरण प्रदान करती हैं। पेट्रोलियम शोधन प्रक्रिया में नैनोफ्लुइड्स कई शोधों का दावा है कि नैनोकणों का उपयोग कच्चे तेल की वसूली को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है। यह स्पष्ट है कि तेल और गैस उद्योग के लिए नैनोफ्लुइड्स के विकास में एक महान व्यावहारिक पहलू है। नैनोफ्लुइड्स का उपयोग मुख्य रूप से ऊष्मा हस्तांतरण उपकरण जैसे ऊष्मा विनिमायक, इलेक्ट्रॉनिक शीतलन प्रणाली (जैसे फ्लैट प्लेट) और रेडिएटर में शीतलक के रूप में उनके बढ़े हुए तापीय गुणों के लिए किया जाता है। सपाट प्लेट पर गर्मी हस्तांतरण का कई शोधकर्ताओं द्वारा विश्लेषण किया गया है। हालाँकि, वे अपने नियंत्रित ऑप्टिकल गुणों के लिए भी उपयोगी हैं। ग्राफीन आधारित नैनोफ्लूइड पॉलीमरेज़ श्रृंखला प्रतिक्रिया दक्षता को बढ़ाने के लिए पाया गया है। सौर संग्रहकों में नैनोफ्लुइड्स एक और अनुप्रयोग है जहाँ नैनोफ्लुइड्स को उनके ट्यूनेबल ऑप्टिकल गुणों के लिए नियोजित किया जाता है। तापीय चालकता में परिवर्तन और सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करके तापीय विलवणीकरण प्रौद्योगिकियों को बढ़ाने के लिए नैनोफ्लुइड्स का भी पता लगाया गया है, लेकिन नैनोफ्लुइड्स की सतह की अशुद्धता उन दृष्टिकोणों के लिए एक बड़ा खतरा है। शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रॉनिक्स शीतलन के लिए नैनोफ्लूइड्स का प्रस्ताव रखा। नैनोफ्लूइड्स का उपयोग मशीनिंग में भी किया जा सकता है। नैनोफ्लुइड्स के ऊष्मीय गुण ऊष्मीय चालकता, चिपचिपाहट, घनत्व, विशिष्ट गर्मी और सतह तनाव को नैनोफ्लुइड्स के कुछ मुख्य ऊष्मीय गुण माना जाता है। नैनोपार्टिकल प्रकार, आकार और आकार, आयतन सांद्रता, द्रव तापमान और नैनोफ्लुइड तैयार करने की विधि जैसे विभिन्न मापदंडों का नैनोफ्लुइड्स के थर्मोफिजिकल गुणों पर प्रभाव पड़ता है। नैनोफ्लूइड्स की चिपचिपाहट नैनोफ्लूइड्स की घनत्व नैनोफ्लूइड्स की तापीय चालकता नैनो कणों का स्थानांतरण प्रारंभिक अध्ययनों में आधार द्रव की तुलना में नैनोफ्लूइड तापीय गुणों में विसंगत वृद्धि का संकेत दिया गया है, विशेष रूप से गर्मी हस्तांतरण गुणांक को काफी हद तक बदनाम किया गया है। दुनिया भर में तीस से अधिक प्रयोगशालाओं से जुड़े एक अध्ययन से लिए गए मुख्य निष्कर्षों में से एक यह था कि "इस अभ्यास में परीक्षण किए गए नैनोफ्लुइड्स के सीमित समूह में तापीय चालकता में कोई विसंगति नहीं देखी गई थी।" सी. ओ. एस. टी. द्वारा वित्त पोषित अनुसंधान कार्यक्रम, नैनोप्टेक (सी. ओ. एस. टी. एक्शन सी. ए15119) की स्थापना "ऊष्मा विनिमय और भंडारण प्रणालियों की दक्षता बढ़ाने के लिए उन्नत ऊष्मा हस्तांतरण/तापीय भंडारण सामग्री के रूप में नैनोफ्लुइड्स के उपयोग को विकसित करने और बढ़ावा देने" के इरादे से की गई थी। अंतिम परिणामों में से एक, जिसमें पांच अलग-अलग प्रयोगशालाओं में एक प्रयोगात्मक अध्ययन शामिल है, ने निष्कर्ष निकाला कि "कोई विसंगत या अस्पष्ट प्रभाव नहीं हैं"। इन स्पष्ट रूप से निर्णायक प्रयोगात्मक जांचों के बावजूद सैद्धांतिक पत्र विसंगत वृद्धि के दावे का पालन करना जारी रखते हैं, विशेष रूप से ब्राउनियन और थर्मोफोरेटिक तंत्र के माध्यम से देखें, जैसा कि बुओंगियोर्नो द्वारा सुझाव दिया गया है। ब्राउनियन प्रसार आधार द्रव में निलंबित नैनोकणों के यादृच्छिक प्रवाह के कारण होता है जो नैनोकणों और तरल अणुओं के बीच टकराव से उत्पन्न होता है। थर्मोफोरेसिस नैनोकणों को गर्म से ठंडे क्षेत्रों में स्थानांतरित करने के लिए प्रेरित करता है, फिर से तरल अणुओं के साथ टकराव के कारण। प्रायोगिक और सैद्धांतिक परिणामों के बीच बेमेल को मायर्स एट अल में समझाया गया है। विशेष रूप से यह दिखाया गया है कि ब्राउनियन गति और थर्मोफोरेसिस प्रभाव कोई महत्वपूर्ण प्रभाव डालने के लिए बहुत छोटे हैंः गलत पैरामीटर मूल्यों के उपयोग के कारण सैद्धांतिक अध्ययनों में उनकी भूमिका अक्सर बढ़ जाती है। के दावों का प्रायोगिक सत्यापन अल्कास्मौल एट अल में प्रदान किया गया है। सौर संग्राहकों में नैनोफ्लुइड्स के उपयोग की चर्चा में बढ़े हुए गर्मी हस्तांतरण के कारण के रूप में ब्राउनियन प्रसार को खारिज कर दिया गया है। आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी फ्लो बैटरी फ्लूइड डायनामिक्स हीट ट्रांसफर नैनोफ़ेज़ सामग्री सतह-क्षेत्र-से-मात्रा अनुपात सर्फैक्टेंट थर्मिनोल संदर्भ बाहरी लिंक चुंबकीय रूप से उत्तरदायी फोटोनिक क्रिस्टल नैनोफ़्लूइड (वीडियो) नैनोस साइंटिफिक द्वारा उत्पादित यूरोपीय परियोजनाएंः नैनोहेक्स एक यूरोपीय परियोजना है जो औद्योगिक-श्रेणी के नैनोफ़्लूइड शीतलक नैनो पार्टिकल्स फ्लूइड मैकेनिक्स हीट ट्रांसफर नैनोमटेरियल्स विकसित कर रही है।