Nanofluid
نینو فلوئڈ ایک سیال ہے جس میں نینو میٹر کے سائز کے ذرات ہوتے ہیں، جنہیں نینو پارٹیکلز کہتے ہیں۔ یہ سیال بنیادی سیال میں نینو پارٹیکلز کے انجینیئرڈ کولائڈیل معطلی ہیں۔ نینو فلوئڈز میں استعمال ہونے والے نینو پارٹیکلز عام طور پر دھاتوں، آکسائڈز، کاربائڈز، یا کاربن نینو ٹیوبز سے بنے ہوتے ہیں۔ عام بنیادی سیالوں میں پانی، ایتھلین گلائکول اور تیل شامل ہیں۔ نینو فلوئڈز میں نئی خصوصیات ہیں جو انہیں حرارت کی منتقلی میں بہت سے ایپلی کیشنز میں ممکنہ طور پر مفید بناتی ہیں، جن میں مائیکرو الیکٹرانکس، فیول سیل، دواسازی کے عمل، اور ہائبرڈ سے چلنے والے انجن، انجن کولنگ/وہیکل تھرمل مینجمنٹ، گھریلو ریفریجریٹر، چلر، ہیٹ ایکسچینجر، پیسنے میں، مشینی اور بوائیلر فلو گیس کے درجہ حرارت میں کمی شامل ہیں۔ وہ بنیادی سیال کے مقابلے میں بہتر تھرمل چالکتا اور کنویکٹو حرارت کی منتقلی کا گتانک ظاہر کرتے ہیں۔ نینو فلوئڈز کے ریوولوجیکل رویے کا علم کنویکٹو ہیٹ ٹرانسفر ایپلی کیشنز کے لیے ان کی موزونیت کا فیصلہ کرنے میں اہم پایا جاتا ہے۔ نانوفلوئڈز میں خصوصی صوتی خصوصیات بھی ہوتی ہیں اور الٹراسونک فیلڈز میں ایک واقعے کی کمپریشن لہر کی اضافی شیر لہر کی دوبارہ تبدیلی ظاہر ہوتی ہے۔ ارتکاز میں اضافے کے ساتھ ہی اثر زیادہ واضح ہو جاتا ہے۔ کمپیوٹیشنل فلوئڈ ڈائنامکس (سی ایف ڈی) جیسے تجزیے میں، نینو فلوئڈز کو سنگل فیز فلوئڈز سمجھا جا سکتا ہے ؛ تاہم، تقریبا تمام نئے تعلیمی مقالے دو فیز کے مفروضے کا استعمال کرتے ہیں۔ واحد مرحلے کے سیالوں کا کلاسیکی نظریہ لاگو کیا جا سکتا ہے، جہاں نینو فلوئڈ کی جسمانی خصوصیات کو دونوں اجزاء اور ان کے ارتکاز کی خصوصیات کے فنکشن کے طور پر لیا جاتا ہے۔ ایک متبادل نقطہ نظر دو اجزاء کے ماڈل کا استعمال کرتے ہوئے نینو فلوئڈز کی تقلید کرتا ہے۔ نینو فلوئڈ بوند کے پھیلاؤ کو پھیلاؤ کے ذریعے رابطہ لائن کے قریب جمع ہونے والے نینو پارٹیکلز کے ٹھوس نما ترتیب کے ڈھانچے سے بڑھایا جاتا ہے، جو رابطہ لائن کے آس پاس ساختی جداگانہ دباؤ کو جنم دیتا ہے۔ تاہم، نینو میٹر پیمانے کے قطر والی چھوٹی بوندوں کے لیے اس طرح کی اضافہ کا مشاہدہ نہیں کیا جاتا ہے، کیونکہ گیلا کرنے کا وقت پیمانہ بازی کے وقت کے پیمانے سے بہت چھوٹا ہوتا ہے۔ ترکیب نینو فلوئڈز کئی تکنیکوں کے ذریعے تیار کیے جاتے ہیں: براہ راست بخارات (1 مرحلہ) گیس کا ارتکاز/منتشر ہونا (2 مرحلہ) کیمیائی بخارات کا ارتکاز (1 مرحلہ) کیمیائی بارش (1 مرحلہ) حیاتیاتی بنیاد پر (2 مرحلہ) پانی، ایتھلین گلائکول اور تیل سمیت کئی مائعوں کو بنیادی سیالوں کے طور پر استعمال کیا گیا ہے۔ اگرچہ استحکام ایک چیلنج ہو سکتا ہے، لیکن جاری تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ یہ ممکن ہے۔ نینو فلوئڈ کی ترکیب میں اب تک استعمال ہونے والے نینو مادوں میں دھاتی ذرات، آکسائڈ کے ذرات، کاربن نینو ٹیوبز، گرافین نینو فلیکس اور سیرامک ذرات شامل ہیں۔ لونگ کی کلیوں کا استعمال کرتے ہوئے ملٹی والڈ کاربن نینو ٹیوبز (ایم ڈبلیو سی این ٹی) کے کوولینٹ فنکشنلائزیشن کے لیے بائیو بیسڈ، ماحول دوست نقطہ نظر تیار کیا گیا۔ کوئی زہریلا اور خطرناک ایسڈ نہیں ہیں جو عام طور پر عام کاربن نینو میٹریل فنکشنلائزیشن کے طریقہ کار میں استعمال ہوتے ہیں، جو اس ترکیب میں استعمال ہوتے ہیں۔ ایم ڈبلیو سی این ٹی کو فری ریڈیکل گرافٹنگ ری ایکشن کا استعمال کرتے ہوئے ایک برتن میں فعال کیا جاتا ہے۔ لونگ سے چلنے والے ایم ڈبلیو سی این ٹی کو پھر آستین والے پانی (ڈی آئی واٹر) میں منتشر کیا جاتا ہے، جس سے ایک انتہائی مستحکم ایم ڈبلیو سی این ٹی آبی معطلی (ایم ڈبلیو سی این ٹی نینو فلوئڈ) پیدا ہوتی ہے۔ روایتی نینو فلوئڈز میں معمولی تھرمل چالکتا میں اضافے کو محسوس کرتے ہوئے، اندرا گاندھی سینٹر فار اٹامک ریسرچ سینٹر، کلپاکم کے محققین کی ایک ٹیم نے مقناطیسی طور پر پولرائزڈ نینو فلوئڈز کی ایک نئی کلاس تیار کی جہاں بیس فلوئڈز کی 300% تک تھرمل چالکتا میں اضافے کا مظاہرہ کیا جاتا ہے۔ اس مقصد کے لیے مختلف سائز (3-10 nm) کے فیٹی ایسڈ سے ڈھکے میگنیٹائٹ نینو پارٹیکلز کی ترکیب کی گئی ہے۔ یہ دکھایا گیا ہے کہ اس طرح کے مقناطیسی نینو فلوئڈز کی تھرمل اور ریوولوجیکل خصوصیات دونوں مقناطیسی میدان کی طاقت اور حرارت کے بہاؤ کی سمت کے حوالے سے واقفیت کو تبدیل کرکے قابل ترتیب ہیں۔ اس طرح کے رسپانس محرک سیال بدلنے کے قابل ہوتے ہیں اور مائیکرو اور نینو الیکٹرو مکینیکل سسٹمز جیسے چھوٹے آلات میں استعمال ہوتے ہیں۔ 2013 میں، عزیزین اور دیگر۔ لیمینار بہاؤ کے نظام کے تحت تجرباتی طور پر پانی پر مبنی میگنیٹائٹ نانوفلوئڈ کے مواصلاتی حرارت کی منتقلی کے گتانک پر بیرونی مقناطیسی میدان کے اثر کو سمجھا جاتا ہے۔ ری = 745 پر حاصل کردہ 300% اضافہ اور 32.5 ایم ٹی/ملی میٹر کے مقناطیسی میدان کے میلان تک۔ دباؤ میں کمی پر مقناطیسی میدان کا اثر اتنا اہم نہیں تھا۔ سینسنگ ایپلی کیشنز کے لیے رسپانس محرک نینو فلوئڈز محققین نے ایک نینو فلوئڈ پر مبنی الٹرا حساس آپٹیکل سینسر ایجاد کیا ہے جو زہریلے کیٹیشن کی انتہائی کم تعداد کے سامنے آنے پر اپنا رنگ بدل دیتا ہے۔ سنسر صنعتی اور ماحولیاتی نمونوں میں کیٹیشن کے منٹ کے نشانات کا پتہ لگانے میں مفید ہے۔ صنعتی اور ماحولیاتی نمونوں میں کیٹیشن کی سطح کی نگرانی کے لیے موجودہ تکنیکیں مہنگی، پیچیدہ اور وقت طلب ہیں۔ سینسر کو مقناطیسی نینو فلوئڈ کے ساتھ ڈیزائن کیا گیا ہے جو پانی میں معطل مقناطیسی اناج کے ساتھ نینو بوندوں پر مشتمل ہوتا ہے۔ ایک مقررہ مقناطیسی میدان میں، روشنی کا ایک ذریعہ نینو فلوئڈ کو روشن کرتا ہے جہاں نینو فلوئڈ کا رنگ کیشن کے ارتکاز کے لحاظ سے بدلتا ہے۔ یہ رنگ کی تبدیلی کیٹیشن کی نمائش کے بعد ایک سیکنڈ کے اندر ہوتی ہے، جو کہ دیگر موجودہ کیٹیشن سینسنگ طریقوں کے مقابلے میں بہت تیز ہے۔ اس طرح کے رسپانس محرک نینو فلوئڈز کا استعمال فیرومیگنیٹک اجزاء میں نقائص کا پتہ لگانے اور ان کی تصویر لینے کے لیے بھی کیا جاتا ہے۔ فوٹونک آنکھ، جیسا کہ اسے کہا جاتا ہے، مقناطیسی طور پر پولرائزڈ نینو ایملشن پر مبنی ہوتی ہے جو نمونے میں کسی عیب دار علاقے کے ساتھ رابطے میں آنے پر رنگ بدل دیتی ہے۔ اس آلے کو ریل پٹریوں اور پائپ لائنوں جیسے ڈھانچوں کی نگرانی کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ مقناطیسی طور پر ذمہ دار فوٹونک کرسٹل نینو فلوئڈز مقناطیسی نینو پارٹیکل کلسٹرز یا مقناطیسی نینو بیڈز سائز 80-150 نینو میٹر کے ساتھ بیرونی مقناطیسی میدان کی سمت کے ساتھ ساتھ سینکڑوں نینو میٹر کی ترتیب پر باقاعدہ انٹر پارٹیکل اسپیسنگ کے ساتھ ترتیب شدہ ڈھانچے بناتے ہیں جس کے نتیجے میں معطلی میں مرئی روشنی کا مضبوط انحراف ہوتا ہے۔ نینو لوبریکنٹس نینو پارٹیکل پر مبنی معطلی کو بیان کرنے کے لیے استعمال ہونے والا ایک اور لفظ نینو لوبریکنٹس ہے۔ وہ بنیادی طور پر انجن اور مشین کی چکنای کے لیے استعمال ہونے والے تیل کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیے جاتے ہیں۔ اب تک کئی مواد بشمول دھاتیں، آکسائڈز اور کاربن کے الاٹروپس کو نینولیبریکنٹس بنانے کے لیے استعمال کیا گیا ہے۔ نینو میٹریلز کا اضافہ بنیادی طور پر بیس آئل کی تھرمل چالکتا اور اینٹی ویر پراپرٹی کو بڑھاتا ہے۔ اگرچہ ایم او ایس 2، گرافین، سی یو پر مبنی سیالوں کا بڑے پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے، لیکن بنیادی میکانزم کی بنیادی تفہیم اب بھی ضروری ہے۔ مولیبڈینم ڈائیسلفائیڈ (ایم او ایس 2) اور گرافین تیسرے جسم کے چکنا کرنے والے کے طور پر کام کرتے ہیں، بنیادی طور پر چھوٹے خوردبین بال بیرنگ بن جاتے ہیں، جو دو رابطہ کرنے والی سطحوں کے درمیان رگڑ کو کم کرتے ہیں۔ یہ طریقہ کار فائدہ مند ہے اگر ان ذرات کی کافی فراہمی رابطہ انٹرفیس پر موجود ہو۔ فائدہ مند اثرات کم ہو جاتے ہیں کیونکہ رگڑنے کا طریقہ کار جسم کے تیسرے چکنا کرنے والے مادے کو باہر نکال دیتا ہے۔ چکنا کرنے والے کو تبدیل کرنے سے، اسی طرح، تیل سے نکلنے والے نینو چکنا کرنے والے مادوں کے اثرات ختم ہو جائیں گے۔ دیگر نینو چکنا کرنے والے طریقے، جیسے میگنیشیم سلیکیٹ ہائیڈروکسائڈز (ایم ایس ایچ) چپکنے والی اور چکنا کرنے والی فعالیتوں کے ساتھ نینو میٹریلز کی ترکیب کرکے نینو پارٹیکل کوٹنگز پر انحصار کرتے ہیں۔ نینو لوبریکنٹ کوٹنگز پر تحقیق تعلیمی اور صنعتی دونوں جگہوں پر کی گئی ہے۔ نینو بورٹ ایڈیٹیوز کے ساتھ ساتھ ہیرے جیسی کاربن (ڈی ایل سی) کوٹنگ فارمیشنز کے مکینیکل ماڈل کی وضاحت علی ایرڈیمیر نے ارگون نیشنل لیبز میں تیار کی ہے۔ ٹرائبوٹیکس جیسی کمپنیاں گاڑیوں کے انجنوں اور صنعتی ایپلی کیشنز کے لیے مصنوعی ایم ایس ایچ نینو میٹریل کوٹنگز کی صارفین کی تشکیل فراہم کرتی ہیں۔ پٹرولیم ریفائننگ کے عمل میں نینو فلوئڈز بہت سی تحقیقات کا دعوی ہے کہ نینو پارٹیکلز کو خام تیل کی بازیابی کو بڑھانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ یہ واضح ہے کہ تیل اور گیس کی صنعت کے لیے نینو فلوئڈز کی ترقی کے بہت بڑے عملی پہلو ہیں۔ نینو فلوئڈز بنیادی طور پر گرمی کی منتقلی کے آلات جیسے ہیٹ ایکسچینجرز، الیکٹرانک کولنگ سسٹم (جیسے فلیٹ پلیٹ) اور ریڈی ایٹرز میں کولینٹس کے طور پر ان کی بہتر تھرمل خصوصیات کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ فلیٹ پلیٹ پر حرارت کی منتقلی کا تجزیہ بہت سے محققین نے کیا ہے۔ تاہم، وہ اپنی کنٹرول شدہ نظری خصوصیات کے لیے بھی مفید ہیں۔ گرافین پر مبنی نینو فلوئڈ پولیمیرس چین ری ایکشن کی کارکردگی کو بڑھانے کے لیے پایا گیا ہے۔ شمسی جمع کرنے والوں میں نینو فلوئڈز ایک اور ایپلی کیشن ہے جہاں نینو فلوئڈز کو ان کی ٹیون ایبل آپٹیکل خصوصیات کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ تھرمل کنڈکٹیویٹی کو تبدیل کرکے اور سورج کی روشنی کو جذب کرکے تھرمل ڈی سیلینیشن ٹیکنالوجیز کو بڑھانے کے لیے بھی نینو فلوئڈز کی کھوج کی گئی ہے، لیکن نینو فلوئڈز کی سطح کی گندگی ان طریقوں کے لیے ایک بڑا خطرہ ہے۔ محققین نے الیکٹرانکس کولنگ کے لیے نینو فلوئڈز کی تجویز پیش کی۔ نینو فلوئڈز کو مشینی میں بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ نینو فلوئڈز کی تھرمو فزیکل خصوصیات تھرمل چالکتا، چپچپا پن، کثافت، مخصوص حرارت، اور سطح کے تناؤ کو نینو فلوئڈز کی کچھ اہم تھرمو فزیکل خصوصیات سمجھا جاتا ہے۔ مختلف پیرامیٹرز جیسے نینو پارٹیکل کی قسم، سائز اور شکل، حجم کا ارتکاز، سیال کا درجہ حرارت، اور نینو فلوئڈ کی تیاری کا طریقہ نینو فلوئڈز کی تھرمو فزیکل خصوصیات پر اثر ڈالتا ہے۔ نینو فلوئڈز کی چپچپا پن نینو فلوئڈز کی کثافت نینو فلوئڈز کی تھرمل چالکتا نینو پارٹیکلز کی منتقلی بنیادی سیال، خاص طور پر حرارت کی منتقلی کے گتانک کے مقابلے میں نینو فلوئڈ تھرمل خصوصیات میں بے ضابطہ اضافے کی نشاندہی کرنے والے ابتدائی مطالعات کو بڑی حد تک بدنام کیا گیا ہے۔ دنیا بھر میں تیس سے زیادہ لیبز پر مشتمل ایک مطالعہ سے لیے گئے اہم نتائج میں سے ایک یہ تھا کہ "اس مشق میں ٹیسٹ کیے گئے نینو فلوئڈز کے محدود سیٹ میں تھرمل چالکتا میں کوئی بے ضابطہ اضافہ نہیں دیکھا گیا"۔ سی او ایس ٹی کی مالی اعانت سے چلنے والا تحقیقی پروگرام، نانوپٹیک (سی او ایس ٹی ایکشن سی اے15119) کی بنیاد اس ارادے سے رکھی گئی تھی کہ "نینو فلوئڈز کے استعمال کو جدید حرارت کی منتقلی/تھرمل اسٹوریج مواد کے طور پر تیار کیا جائے اور اسے فروغ دیا جائے تاکہ حرارت کے تبادلے اور اسٹوریج سسٹم کی کارکردگی میں اضافہ کیا جا سکے"۔ حتمی نتائج میں سے ایک، جس میں پانچ مختلف لیبارٹریوں میں ایک تجرباتی مطالعہ شامل ہے، نے یہ نتیجہ اخذ کیا کہ "کوئی بے ضابطہ یا ناقابل بیان اثرات نہیں ہیں"۔ بظاہر ان حتمی تجرباتی تحقیقات کے باوجود نظریاتی مقالے بے ضابطگی میں اضافے کے دعوے کی پیروی کرتے رہتے ہیں، دیکھیں، خاص طور پر براؤنین اور تھرموفورٹک میکانزم کے ذریعے، جیسا کہ بوونگیورنو نے تجویز کیا ہے۔ براؤنین پھیلاؤ بنیادی سیال میں معطل نینو پارٹیکلز کے بے ترتیب بہاؤ کی وجہ سے ہوتا ہے جو نینو پارٹیکلز اور مائع مالیکیولز کے درمیان تصادم سے پیدا ہوتا ہے۔ تھرموفورسیس نینو پارٹیکلز کی منتقلی کو گرم سے ٹھنڈے علاقوں کی طرف راغب کرتا ہے، ایک بار پھر مائع مالیکیولز کے ساتھ تصادم کی وجہ سے۔ تجرباتی اور نظریاتی نتائج کے درمیان مماثلت کی وضاحت مائرز اور دیگر میں کی گئی ہے۔ خاص طور پر یہ دکھایا گیا ہے کہ براؤنین حرکت اور تھرموفورسیس کے اثرات بہت کم ہوتے ہیں جن کا کوئی خاص اثر نہیں ہوتا: غلط پیرامیٹر اقدار کے استعمال کی وجہ سے نظریاتی مطالعات میں ان کا کردار اکثر بڑھ جاتا ہے۔ کے دعووں کی تجرباتی توثیق الکسمول اور دیگر میں فراہم کی گئی ہے۔ شمسی جمع کرنے والوں میں نینو فلوئڈز کے استعمال کی بحث میں براؤنین پھیلاؤ کو گرمی کی منتقلی میں اضافے کی وجہ کے طور پر مسترد کر دیا گیا ہے۔ ارگون نیشنل لیبارٹری فلو بیٹری فلوڈ ڈائنامکس ہیٹ ٹرانسفر نانوفیس میٹریل سرفیکٹینٹ تھرمینول حوالہ جات بیرونی روابط مقناطیسی طور پر ذمہ دار فوٹوونک کرسٹل نانوفلوئڈ (ویڈیو) نانوس سائنٹفک یورپی منصوبوں کے ذریعہ تیار کردہ: نانوہیکس ایک یورپی منصوبہ ہے جو صنعتی طبقے کے نانوفلوئڈ کولینٹس نانو پارٹیکلز فلوڈ میکانکس ہیٹ ٹرانسفر نانو میٹریل تیار کر رہا ہے۔