Nghiên cứu tổng hợp nanofluids trên cở sở graphene oxide-ethylene glycol và tính chất chống ăn mòn kim loại

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT
TẮT
ASTM
CNT

TÊN ĐẦY ĐỦ
American Society for Testing and Materials
Carbon Nanotubes

EC

Electrical Conductivity

EG

Ethylene Glycol

GO

Graphite Oxit

TEB

Triethyl Borat

TEM

Transmission Electron Microscope

SEM

Scanning Electron Microscope


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN
STT SỐ HIỆU
BẢNG

TÊN BẢNG

TRANG

1

1.1

Đặc tính dẫn nhiệt của các oxit kim loai và
Nanofluids của chúng

8

2

1.2

Độ dẫn điện tăng của nanofluids cacbon khác nhau

26

3

2.1

Bảng thống kê các dụng cụ, thiết bị phục vụ cho
quá trình làm đề tài

30

4

2.2

Các chế độ oxy hoá graphite

33

5

3.1

Thành phần khối lượng và thành phần nguyên tử
của mẫu GO M60-3

47

6

3.2

Kết quả đánh giá hiệu quả chống ăn mòn điện hóa
của các nanofluids ở các nồng độ khác nhau

50

7

3.3

Kết quả đánh giá ăn mòn tấm đồng ở 100oC trong
3h

54


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN
STT

SỐ HÌNH
VẼ

1

Hình 1.1

Số bài báo nghiên cứu về nanofluids mỗi năm

2

2

Hình 1.2

Tỷ lệ xuất hiện từ “nanofluid” trong tiêu đề bài
viết, nghiên cứu cho các tạp chí truyền nhiệt
hàng đầu (ATE - Applied Thermal
Engineering, ICHMT - International
Communications in Heat and Mass Transfer,
IJHMT - International Journal of Heat and
Mass Transfer, JH - Journal of Heat Transfer,
IJERT - International Journal of Thermal
Sciences)

3

3

Hình 1.3

Phương pháp phân tán nanofluids 2 giai đoạn

4

4

Hình 1.4

Phương pháp phân tán nanofluids 1 bước

4

5

Hình 1.5

Sơ đồ minh họa quá trình chuyển pha

6

6

Hình 1.6

Biểu đồ lượng nhiệt trên con Chíp điện tử

9

7

Hình 1.7

Bộ tản nhiệt động cơ

10

8

Hình 1.9

Hiệu quả trao đổi nhiệt của hệ thống thu hồi
nhiệt của nanofluids với các nồng độ Al2O3
khác nhau

12

9

Hình 1.10

Độ ổn định của nanofluids theo thời gian

19

Hình 1.11

Các lắng đọng của các hạt nano kim cương
theo thời gian: (a) 0 phút, (b) 1 phút, (c) 2 phút,
(d) 3 phút, (e) 4 phút, (f) 5 phút, và (g) 6 phút

20

10

TÊN HÌNH VẼ

TRAN
G

11

Hình 1.12

Sự giảm áp lực của nanofluids so với chất lỏng
cơ bản trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm
(PHE)

12

Hình 1.13

Tạo graphene oxit bằng phương pháp hóa học

24

13

Hình 1.14

Sơ đồ pha chế nanofluids GO/EG

25

14

Hình 1.15

Công thức cấu tạo của Triethyl borat

28

15

Hình 1.16

Công thức cấu tạo của Benzo triazol

29

16

Hình 1.17

17

Hình 2.1

18

Hình 2.2

Sơ đồ thí nghiệm phản ứng tạo graphite oxit

32

19

Hình 2.3

Sơ đồ pha chế nanofluids GO/EG

34

20

Hình 2.4

Kính hiển vi điện tử quét (SEM)

35

21

Hình 2.5

22

Hình 2.6

23

Hình 2.7

24

Hình 2.8

25

Hình 2.9

26

Hình 2.10

27

Hình 3.1

28

Hình 3.2

29

Hình 3.3

30

Hình 3.4

Mô hình mô phỏng quá trình chống ăn mòn
kim loại Cu của Benzo triazol
Phân bố kích thước hạt (trên) và ảnh SEM
(dưới) của nguyên liệu graphite

Máy quang phổ hồng ngoại FTIR IMPACT
410
Hệ thiết bị đo ăn mòn CCM-HH1 ở viện

KH&CN Quân Sự
Tấm inox làm điện cực đối, điện cực đồng và
thép ở phòng thí nghiệm nhiên liệu, dầu mỡ
Kết quả của phép đo điện hóa hiển thị trên màn
hình máy tính
Thiết bị đo ăn mòn tấm đồng ở viện KH&CN
Quân Sự
Bảng màu chỉ thị độ ăn mòn của tấm đồng
Ảnh hưởng của nhiệt độ oxy hoá tới hiệu suất
(A) và độ hoà tan (B) của GO sản phẩm
Ảnh hưởng của thời gian oxy hoá tới hiệu suất
(A) và độ hoà tan (B) của GO sản phẩm
Phân bố kích thước hạt của mẫu GO M70-3
(trên) và GO M60-3 (dưới)
Kết quả phân tích SEM các mẫu GO M60-3
(A), M70-3 (B)

21

29
31

37
38
39
39
40
40
42
43

45
46


31

Hình 3.5

32

Hình 3.6

33

Hình 3.7

34

Hình 3.8

35

Hình 3.9

Kết quả phân tích XPS mẫu GO M60-3
Kết quả phân tích FT-IR của graphite nguyên
liệu (A)
Ảnh TEM mẫu GO sản phẩm ở độ phân giải
khác nhau
Đồ thị thể hiện đường cong tafen của các mẫu

a, b, c, d
Kết quả đo ăn mòn tấm đồng

48
49
50
52
54


MỞ ĐẦU
Ngày nay, nhiều ngành công nghiệp phải đối mặt với những thách thức về vấn
đề trao đổi nhiệt, với nhu cầu cấp bách về hệ thống làm mát hiệu suất cao. Tuy
nhiên, chất lỏng làm mát thông thường có tính truyền nhiệt kém, không đáp ứng
được nhu cầu sử dụng thực tế ngày càng cao. Do đó, cần có chất lỏng làm mát hiệu
suất cao trong các hệ thống trao đổi nhiệt. Mặc dù việc sử dụng các hạt vật liệu kim
loại dẫn nhiệt mang lại hiệu quả tốt trong ngành công nghiệp, nhưng chúng không
phù hợp cho các ứng dụng truyền nhiệt, do sự kết tụ của các hạt vật liệu. Sự kết tụ
của các hạt vật liệu này gây ra sự tăng áp cục bộ trong đường ống, gây mài mòn và
tắc nghẽn, đặc biệt là trong các hệ thống trao đổi nhiệt nhỏ [1,2].
Nanofluids – chất lỏng nano là một dạng mới của chất lỏng truyền nhiệt bởi sự
đồng nhất và sự ổn định của các hạt có kích thước nano khi phân tán trong chất lỏng
làm mát. Hầu hết nanofluids có nồng độ rất thấp, hạt nano tạo huyền phù ổn định
trong chất lỏng vì chỉ chứa một lượng rất nhỏ, dưới 1% khối lượng. Kích thước
trung bình của các hạt nano được sử dụng trong nanofluids có thể thay đổi từ 1 đến
100 nm (tốt nhất là <10 nm). Vì kích thước của các hạt nano là rất nhỏ, nên huyền
phù có độ ổn định cao, do đó làm giảm đáng kể sự mài mòn và tắc nghẽn so với hệ
huyền phù của các hạt lớn hơn. Ngoài ra, diện tích bề mặt lớn hơn của các hạt nano
trong nanofluids có thể cải thiện sự truyền nhiệt [1,2].
Chất lỏng nano thay đổi đáng kể các tính chất nhiệt của chất lỏng cơ sở.

Nanofluids ổn định có tính chất đặc biệt như độ dẫn nhiệt cao, hệ số truyền nhiệt
đối lưu cao, tính chất dẫn điện. Những tính chất đặc biệt này của nanofluids đã được
các nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như: truyền nhiệt, làm
mát, sưởi ấm, năng lượng mặt trời, hàng không vũ trụ, quân sự quốc phòng …
Trong đó, nanofluids dựa trên cơ sở của các hạt nano graphite oxit phân tán trong
chất lỏng cơ sở ethylene glycol và nước đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng
nhiều nhất. Do graphene có nhiều tính chất ưu việt như tính chất siêu dẫn nhiệt, dẫn
điện [3].
Tuy nhiên, nanofluids nói chung và nanofluids dựa trên cơ sở của graphene
oxit, chất lỏng cơ sở ethylene glycol và nước vẫn gặp nhưng thách thức nhất định:
tính ổn định, độ nhớt cao và đặc biệt là tính ăn mòn kim loại. Đã có nhiều nghiên
cứu đánh giá cũng như tìm giải pháp khắc phục, loại bỏ các thách thức để ứng dụng
nanofluids này được đưa vào thực tiễn. Đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu tổng hợp
nanofluids trên cở sở graphene oxide/ethylene glycol và tính chất chống ăn


mòn kim loại” được đặt ra, với cố gắng góp một phần nhỏ công sức để nghiên cứu
vào ứng dụng nanofluids GO/EG vào thực tế.
Với đề tài như trên, bài đồ án trình bày gồm 3 chương:
- Chương 1: Tổng quan ly thuyết về nanofuids, nanofuilds dựa trên cơ sở
graphit oxit và ethylene glycol.
- Chương 2: Trình bày về các hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm; cách
tiến hành tổng hợp graphit oxit và phân tán nanofluids GO/EG.
- Chương 3: Kết quả và thảo luận về quá trình tổng hợp graphit oxit và phân
tán nanofluids GO/EG.


Chương 1 - TỔNG QUAN
1.1. Khái niệm về Nanofluids, ứng dụng và thách thức
1.1.1. Khái niệm về Nanofluids

Nanofluids là một loại chất lỏng mới được tổng hợp bằng cách phân tán các
vật liệu có kích thước nano (hạt nano, các sợi nano, ống nano, dây nano, thanh
nano, tấm nano, hay giọt) trong chất lỏng cơ sở. Nói cách khác, nanofluids là huyền
phù nano có chứa vật liệu nano phân tán. Nanofluids là hỗn hợp hai pha với một
pha rắn phân tán trong pha lỏng. Nanofluids đã cho thấy tăng cường tính chất nhiệt
vật lý như: độ dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, độ nhớt, và hệ số truyền nhiệt đối
lưu so với các chất lỏng cơ sở như dầu hoặc nước. Nó đã cho thấy tiềm năng ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực: truyền nhiệt, giao thông vận tải, vi điện tử, làm lạnh
công nghiệp, công nghiệp vũ trụ và quốc phòng, …. [1]
Nanofluids đã được nghiên cứu và phát triển một cách nhanh chóng kể từ khi
được đề xuất nghiên cứu năm 1995. Chỉ trong năm 2001, đã có 10 bài báo nghiên
cứu và năm 2006 là 175 bài báo nghiên cứu về nanofluids. Đến năm 2011, đã có
gần 700 bài báo nghiên cứu về nanofluids [2].

Hình 1.1. Số bài báo nghiên cứu về nanofluids mỗi năm [2]


Hình 1.2. Tỷ lệ xuất hiện từ“nanofluid”trong tiêu đề bài viết, nghiên cứu cho các
tạp chí truyền nhiệt hàng đầu (ATE - Applied Thermal Engineering, ICHMT International Communications in Heat and Mass Transfer, IJHMT - International
Journal of Heat and Mass Transfer, JH - Journal of Heat Transfer, IJERT International Journal of Thermal Sciences) [2]
1.1.2. Các phương pháp tổng hợp Nanofluids
1.1.2.1. Phương pháp hai bước (hai giai đoạn)
Phương pháp hai bước là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để tổng
hợp nanofluids. Các hạt nano, các sợi nano, ống nano hoặc vật liệu nano khác trong
phương pháp này được sản xuất trước ở dạng bột khô bằng phương pháp hóa học
hay vật lý. Sau đó, bột nano sẽ được phân tán đều trong chất lỏng cơ sở (dầu, nước
hay ethylene glycol). Trong bước thứ hai, có khuấy trộn bằng máy khuấy từ, sóng
siêu âm, trộn công nghệ cao, đồng nhất hóa …. Phương pháp hai bước là phương
pháp có tính kinh tế nhất để sản xuất nanofluids ở quy mô lớn, bởi vì kỹ thuật tổng
hợp bột nano đã được mở rộng đến mức sản xuất công nghiệp và hạt nano có diện

tích bề mặt hoạt động cao. Các kỹ thuật quan trọng để tăng cường sự ổn định của
các hạt nano trong chất lỏng cơ sở là sử dụng thêm các chất hoạt động bề mặt. Tuy
nhiên, tính chất của các chất hoạt động bề mặt ở nhiệt độ cao cũng là một mối quan


tâm lớn, đặc biệt khi ứng dụng nanofluids là chất tải nhiệt, truyền nhiệt ở nhiệt độ
cao [2].

Hình 1.3. Phương pháp phân tán nanofluids 2 giai đoạn [16]
Do tính chất khó ổn định khi tổng hợp nanofluids bằng phương pháp hai bước,
nên một số kỹ thuật tiên tiến được phát triển để tạo ra nanofluids có tính ổn định
cao hơn như phương pháp một bước.
1.1.2.2. Phương pháp một bước (một giai đoạn)

Hình 1.4. Phương pháp phân tán nanofluids 1 bước [16]
Để làm giảm sự tích tụ của các hạt nano, Eastman và các cộng sự đã xây dựng
nên phương pháp ngưng tụ hơi vật lý để tổng hợp nanofluids Cu/EG[7]. Quy trình
của phương pháp một bước là cùng lúc tạo và phân tán các hạt nano trong chất lỏng
cơ sở. Trong phương pháp này, các quá trình sấy, bảo quản, vận chuyển và phân tán
các hạt nano có thể bỏ qua được, do đó sự kết tụ của các hạt nano được giảm thiểu
tối đa, nên sự ổn định của nanofluids tăng lên [5]. Quy trình một giai đoạn làm cho


các hạt nano phân tán đồng đều, ổn định trong chất lỏng cơ sở. Dùng máy hút chân
không SANSS (Submerged Arc Nanoparticle Synthesis System) là một cách hiệu
quả để tổng hợp nanofluids sử dụng các chất lỏng điện môi khác nhau [8, 9]. Hình
dạng khác nhau của các hạt nano ảnh hưởng và quyết định đến tính dẫn nhiệt khác
nhau của nanofluids. Các hạt nano sau khi tổng hợp thành nanofluids thường có
hình dạng cấu trúc là hình kim, đa giác, hình vuông, và hình tròn. Phương pháp này
tránh được sự kết tụ của hạt nano không mong muốn.

Tuy nhiên, phương pháp một giai đoạn bằng các phương pháp vật lý lại không
thể tổng hợp nanofluids ở quy mô lớn vì chi phí cao. Do đó, các phương pháp một
giai đoạn bằng phương pháp hóa học đã được nghiên cứu và phát triển nhanh
chóng. Zhu và cộng sự đã có một nghiên cứu mới về phương pháp này, bằng cách
tổng hợp nanofluids đồng theo phương pháp giảm bớt CuSO4.5H2O bằng
NaH2PO2.H2O trong ethylene glycol dưới chiếu xạ vi sóng [10]. Kết quả là đã thu
được nanofluids bằng huyền phù đồng ổn định. Nanofluids dầu khoáng có chứa các
hạt nano bạc phân tán trong một kích thước nhỏ cũng được tổng hợp bằng phương
pháp này [11]. Các hạt nano có thể được ổn định bằng Korantin kết hợp với các bề
mặt hạt nano bạc qua hai nguyên tử oxy tạo thành một lớp dày đặc các hạt nano.
Những hạt nano bạc đã huyền phù ổn định trong khoảng một tháng. Nanofluids
ethanol ổn định có chứa các hạt nano bạc có thể được tổng hợp bằng bằng phương
pháp một giai đoạn dưới chiếu xạ của vi sóng [12]. Trong phương pháp này,
polyvinyl pyrrolidone (PVP) được sử dụng là chất ổn định của nanofluids bạc, do
đó giảm được lượng bạc trong dung dịch phân tán. Những chất hoạt động bề mặt
như cation octadecylamine (ODA) cũng là chất để nanofluids bạc mang lại hiệu quả
[13]. Việc chuyển pha của các hạt nano bạc hình thành do liên kết của các hạt nano
bạc với các phân tử ODA trong pha hữu cơ thông qua một trong hai liên kết cộng
hóa trị hoặc tương tác yếu. Phương pháp chuyển pha đã được phát triển để tổng hợp
dung dịch keo graphene oxide đồng nhất và ổn định. Các dung dịch nano graphene
oxide (GONs) đã được tạo thành công từ nước sang n-octan khi thêm chất hoạt
động bề mặt oleylamine. Hình ảnh minh họa sơ đồ của quá trình chuyển pha được
thể hiện trong hình 1.3 [2].


Hình 1.5. Sơ đồ minh họa quá trình chuyển pha [2]
Tuy nhiên, phương pháp một giai đoạn cũng có một số nhược điểm, như các
chất phản ứng còn dư lại trong nanofluids do phản ứng chưa hoàn toàn hoặc do sự
ổn định. Rất khó để làm rõ tác dụng hạt nano khi mà không thể loại bỏ tạp chất này
hiệu quả.

1.1.2.3. Phương pháp mới khác
Tác giả Wei và cộng sự đã phát triển một thiết bị phản ứng dòng liên tục nhỏ
cho vi chất lỏng để tổng hợp nanofluids đồng. Bằng phương pháp này, nanofluids
đồng được tổng hợp liên tục, với vi cấu trúc và tính chất của chúng có thể được thay
đổi bằng cách điều chỉnh các thông số như nồng độ chất phản ứng, tốc độ và lượng
phụ gia. Nanofluids CuO có thể tích phần rắn cao (lên đến 10% thể tích) được tổng
hợp thông qua một phương pháp nghiên cứu mới là chuyển đổi từ tiền chất có
khuấy trộn bằng sóng siêu âm, chiếu xạ vi sóng [15]. Tiền chất Cu(OH)2 được biến
đổi hoàn toàn để hạt nano CuO phân tán đều trong dung dịch dưới chiếu xạ vi sóng.
Các citrate amoni ngăn chặn sự kết tụ của các hạt nano nên nanofluids CuO ổn định
trong dung dịch nước với độ dẫn nhiệt cao hơn so với những nanofluids tổng hợp
bằng phương pháp phân tán khác.
Phương pháp chuyển pha cũng là một cách đơn giản để có thể phân tán tạo
huyền phù của các kim loại quý [16]. Trong một hệ hai pha nước-cyclohexane hoặc
formaldehyde lỏng, cyclohexane được chuyển pha qua phản ứng với amindodecyl
để tạo thành chất trung gian khử trong cyclohexane. Các hợp chất trung gian có khả
năng làm giảm các ion bạc hoặc ion vàng trong dung dịch nước để tạo thành
dodecyl bạc và nano vàng amin được bảo vệ trong dung dịch cyclohexane ở nhiệt
độ thường. Tác giả Feng và cộng sự dùng phương pháp chuyển pha để tổng hợp các


dung dịch hữu cơ hạt nano vàng, bạc, bạch kim trên cơ sở sự suy giảm khả năng hòa
tan của PVP trong nước khi gia tăng nhiệt độ [17]. Phương pháp chuyển pha cũng
được áp dụng để tổng hợp nanofluids Fe3O4 dựa trên chất lỏng cơ sở kerosen.
Các hạt nano Fe3O4 được phân tán thành công trong axit oleic bằng phương pháp
dung dịch hóa học, làm cho các hạt nano Fe3O4 có khả năng tương thích tốt với
kerosen [18]. Quá trình tổng hợp nanofluids kiểm soát được bởi vi cấu trúc là một
trong những vấn đề then chốt nhất. Nó cho thấy tính chất của nanofluids phụ thuộc
nhiều vào cấu trúc và hình dạng của vật liệu nano. Những nghiên cứu gần đây cho
thấy rằng nanofluids tổng hợp bằng phương pháp dung dịch hóa học giúp tăng

cường độ dẫn nhiệt cao và sự ổn định tốt hơn so với những phương pháp sản xuất
khác [19]. Phương pháp này thể hiện sự khác biệt ở khả năng điều khiển vi cấu trúc
của nanofluids. Có thể đa dạng vi cấu trúc nanofluids bằng cách điều chỉnh các
thông số tổng hợp như nhiệt độ, tính axit, siêu âm hay chiếu xạ vi sóng, nồng độ các
chất phản ứng và các chất độn hoặc thứ tự mà các chất độn được thêm vào dung
dịch phân tán.
1.1.3. Ứng dụng của Nanofluids
1.1.3.1. Tăng cường truyền nhiệt
Kể từ khi có định nghĩa nanofluids khoảng một thập kỷ trước, nanofluids đã
cho thấy tiềm năng ứng dụng trong truyền nhiệt, nó đã thu hút được nhiều sự quan
tâm chú ý của giới khoa học. Đến nay, đã có rất nhiều bài báo tổng hợp khái quát
của các khía cạnh hiện tại của nanofluids khác nhau [1, 3-6, 41-46], bao gồm tổng
hợp, đặc tính, tính chất truyền nhiệt vật lý và truyền nhiệt đối lưu. Dưới đây là bảng
nghiên cứu độ dẫn nhiệt của nanofluids trong chất lỏng cơ sở ethylene glycol với
hạt nano oxit là các oxit kim loại như: MgO, TiO2, ZnO, Al2O3, SiO2 (Bảng 1).
Bảng 1.1. Đặc tính dẫn nhiệt của các oxit kim loại và Nanofluids của chúng [2]
Độ dẫn nhiệt Tỷ trọng Cấu trúc
(W/m.K)
(g/cm3) tinh thể

Độ nhớ (Cp)
với 5,0 %V
30oC

Nâng cao tính nhiệt
của Nanofluids(%)
với 5.0 %V

MgO

48,4

2,9

Lập
phương

17,4

40,6

TiO2

8,4

4,1

Anatase

31,2

27,2

ZnO

13,0

5,6

Wurtzite

129,2

26,8


Al2O3

36,0

3,6

γ

28,2

28,2

SiO2

10.4

2,6

Không xác
định

31,5

25,3

Bảng 1 đã cho thấy nanofluids của MgO/EG nanofluids có tính năng vượt trội với
độ dẫn nhiệt cao nhất và độ nhớt thấp nhất. Dưới đây là các ứng dụng truyền nhiệt
của nanofluids trong các lĩnh vực công nghiệp và đời sống.
 Ứng dụng trong lĩnh vực vi điện tử
Ngày này, mật độ các chíp điện tử cao hơn, các linh kiện điện tử có cấu trúc
ngày càng nhỏ gọn hơn làm cho quá trình tản nhiệt, làm mát khó khăn hơn. Các
thiết bị điện tử tiên tiến ngày nay phải đối mặt với thách thức lớn là việc trao đổi
nhiệt hiệu quả và giảm bề mặt tiếp xúc để giảm kích thước tương ứng với các mạch
vi điện tử. Hệ thống trao đổi nhiệt hiệu quả cao rất quan trọng khi vận hành các thiết
bị điện tử. Có hai phương pháp để cải thiện việc này, một là tìm ra hình dạng tối ưu
cho thiết bị làm mát và hai là tăng cường khả năng truyền nhiệt. Nanofluids có độ
dẫn nhiệt cao và hệ số truyền nhiệt đối lưu cao hơn nhiều so với chất lỏng cơ sở. Do
đó, nó có hiệu suất truyền nhiệt cao hơn nhiều so với chất lỏng cơ sở. Đã có nhiều
nghiên cứu, thiết kế các hệ truyền nhiệt mới sử dụng nanofluids là chất làm mát.
Các nghiên cứu cho thấy, với khoảng 5% thể tích các hạt nano tải nhiệt thì khả năng
truyền nhiệt so với chất lỏng cơ sở tăng lên từ 20% đến hơn 40%.

Hình 1.6. Biểu đồ lượng nhiệt trên con Chíp điện tử [2]
Các yêu cầu về truyền nhiệt cho máy tính cá nhân ngày càng trở nên khắt khe
hơn với sự gia tăng tản nhiệt cho CPU. Một trong những giải pháp tốt nhất là sử


dụng các ống tản nhiệt. Nanofluids được sử dụng là phương tiện làm mát hiệu quả
cao cho các ống tản nhiệt này. Nó giảm được diện tích bề mặt tiếp xúc cũng như
diện tích làm việc, từ đó các nhà sản xuất có thể giảm được kích thước các linh kiện
điện tử cũng như máy móc. Ví dụ, ống tản nhiệt với các hạt nano titan ở nồng độ
0,1% thì hiệu suất truyền nhiệt so với chất lỏng thông thường là trên 10,6%. Vì vậy
ngày càng có nhiều nghiên cứu, phát triển để ứng dụng nanofluids trong lĩnh vực vi
điện tử này.

 Giao thông vận tải
Nanofluids có thể cải tiến động cơ ôtô và xe tải hạng nặng bằng cách tăng tốc
độ làm mát hiệu quả, giảm khối lượng và giảm sự phức tạp của hệ thống trao đổi
nhiệt. Tốc độ làm mát tăng làm cho động cơ ôtô và xe tải có công suất cao hơn so
với động cơ có cùng kích thước của hệ thống làm mát nhưng dùng chất làm mát
thông thường. Ngoài ra, nó còn thuận lợi để thiết kế hệ thống làm mát nhỏ gọn hơn
với bộ tản nhiệt nhỏ hơn và nhẹ hơn. Nó mang lại nhiều lợi ích như hiệu suất hoạt
động cao và tiết kiệm nhiên liệu hơn cho xe hơi và xe tải.
Nanofluids dựa trên chất lỏng cơ sở ethylene glycol đã thu hút nhiều sự chú ý
trong việc ứng dụng làm mát động cơ [1] do áp suất hơi thấp hơn khi hoạt động so
với một hỗn hợp 50/50 của EG/nước (dung dịch làm mát ô tô sử dụng phổ biến).
Các nanofluids có nhiệt độ sôi cao nên khi động cơ làm việc ở nhiệt độ cao, quá
trình làm mát vẫn diễn ra bình thường, do nó loại bỏ được nhiều nhiệt hơn khi vẫn
dùng hệ thống nước làm mát hiện tại [1]. Ví dụ, tác giả Kole và cộng sự [1] đã so
sánh hiệu quả làm mát của chất lỏng nano (nanofluids Al 2O3) với chất lỏng làm mát
thông thường, nghiên cứu về tính dẫn nhiệt và độ nhớt của các chất làm mát. Kết
quả nghiên cứu cho thấy nanofluids có chứa 3,5% khối lượng hạt nano Al 2O3 làm
tăng hiệu quả truyền nhiệt lên 10,41% (quan sát tại nhiệt độ thường). Tzeng và cộng
sự [1] đã sử dụng chất lỏng nanofluids CuO và Al 2O3 phân tán trong dầu nhờn thông
thường. Kết quả cho thấy chất lỏng nano này sản sinh nhiệt thấp hơn khi động cơ
làm việc ở cả tốc độ quay cao và thấp. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng chất lỏng nano
có hiệu suất truyền nhiệt tốt hơn so với chất làm mát thông thường, đây là một lợi
thế để các nhà nghiên cứu có thể cải tiến động cơ của mình.
Theo nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne [1] đã đánh giá việc
sử dụng nanofluids trong lĩnh vực giao thông vận tải. Việc sử dụng các chất lỏng
nano có tính truyền nhiệt cao cho các bộ tản nhiệt làm giảm diện tích bề mặt bộ tản
nhiệt 10%, tiết kiệm nhiên liệu 5%. Nó cho phép thiết kế bộ khí động học cho động


cơ với các cải tiến để làm giảm lực cản không khí. Ngoài ra, chất lỏng nano còn làm

giảm ma sát, giảm mài mòn các chi tiết động cơ, giảm bức xạ nhiệt dẫn đến tiết
kiệm nhiên liệu hơn 6%. Theo một mô phỏng trên máy tính của một văn phòng
nghiên cứu tại Mỹ, động cơ sử dụng chất làm mát nanofluids làm giảm 5% kích
thước bộ tản nhiệt, tiết kiệm nhiên liệu hơn 2,5% trên đường cao tốc. Tại Mỹ, các
nhà sản xuất xe hơi GM và Ford đang thực hiện chương trình nghiên cứu trên các
ứng dụng của nanofluids. Một dự án khác, có tên NanoHex (Nanofluid
HeatExchange) đã bắt đầu chạy, nó được nghiên cứu bởi 12 tổ chức, các trường đại
học ở châu Âu, Israel và các công ty lớn. NanoHex đã thu được những kết quả khả
quan, đáng tin cậy [1].
 Các ứng dụng làm lạnh công nghiệp
Ứng dụng chất lỏng nano trong lĩnh vực làm mát công nghiệp sẽ tiết kiệm
năng lượng lớn và làm giảm lượng khí thải. Đối với các ngành công nghiệp tại Mỹ,
việc thay thế làm mát và nấu nước bằng nanofluids sẽ tiết kiệm 1 nghìn tỷ Btu mỗi
năm [41]. Đối với các ngành điện, sử dụng nanofluids trong chu kỳ làm mát khép
kín có thể tiết kiệm khoảng 10-30 nghìn tỷ Btu mỗi năm (tương đương với mức tiêu
thụ năng lượng hàng năm của khoảng 50.000-150.000 hộ gia đình). Hàng năm sẽ
cắt giảm khoảng 5,6 triệu tấn CO2, 8.600 tấn NOx, và 21.000 tấn SO2 lượng khí thải
độc hại [2].
Trong một thí nghiệm sử dụng chất lỏng nano polyalphaolefin chứa các sợi
nano graphene là chất làm mát, họ quan sát thấy nhiệt dung riêng của nanofluids
cao hơn 50% so với polyanphaolefin thông thường và nó cũng tăng theo nhiệt độ,
độ dẫn nhiệt cao hơn 4 lần, sự truyền nhiệt đối lưu cao hơn 10% so với
polyanphaolefin thông thường. Các chất lỏng nano có nhiệt độ nóng chảy thấp theo
dự kiến sẽ là chất lỏng lý tưởng siêu dẫn nhiệt trong lĩnh vực tăng cường truyền
nhiệt.
 Hệ thống sưởi ấm tòa nhà và giảm ô nhiễm
Nanofluids có thể được áp dụng cho hệ thống sưởi ấm trong xây dựng. Ở vùng
lạnh, họ thường sử dụng ethylene hoặc propylene glycol trộn với nước theo tỷ lệ
khác nhau để làm chất lỏng truyền nhiệt. Khi sử dụng chất lỏng nano với tỷ lệ 60/40
của ethylene glycol/nước (theo khối lượng) là chất lỏng cơ sở, kết quả cho thấy rằng

việc sử dụng nanofluids trong bộ trao đổi nhiệt có thể làm giảm tỷ lệ thể tích và
khối lượng, do đó nó tiết kiệm năng lượng cho bơm. Nanofluids giúp cho hệ thống
sưởi ấm nhỏ hơn so với dùng chất sưởi ấm thông thường, nên nó tiết kiệm chi phí


cho thiết bị ban đầu không bao gồm chi phí nanofluids. Điều này cũng sẽ làm giảm
ô nhiễm môi trường, vì các thiết bị sưởi ấm nhỏ sử dụng ít năng lượng hơn, khi hết
hạn sử dụng lượng thải bỏ cũng ít hơn.

Hình 1.7. Hiệu quả trao đổi nhiệt của hệ thống thu hồi nhiệt của nanofluids với các
nồng độ Al2O3 khác nhau [2]
 Làm mát nhà máy hạt nhân
Tại viện Massachusetts Institute of Technology đã thành lập một trung tâm đa
ngành về công nghệ nanofluids ứng dụng cho ngành công nghiệp năng lượng hạt
nhân. Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu, khám phá các ứng dụng của nanofluids
cho nghành công nghiệp hạt nhân. Cụ thể như sau [18]:
1. Làm mát cho lò phản ứng chính và các lò phản ứng nước cao áp
(PWR). Việc làm trao đổi nhiệt có hiệu suất cao làm tăng công suất lò
PWR lên đáng kể ở hiện tại và tương lai, dẫn đến nâng cao hiệu quả
kinh tế. Cụ thể, việc sử dụng nanofluids có lưu lượng nhiệt (CHF) cao
hơn ít nhất 32%, có thể cho phép tăng công suất 20% trong cùng một
chế độ làm việc trong các nhà máy hiện tại mà không làm thay đổi thiết
kế các bộ phận và nhiên liệu.
2. Làm mát cho hệ thống làm mát trung tâm khẩn cấp (ECCSs) của cả hai
lò PWR và lò phản ứng nước sôi. Sử dụng nanofluids cho thanh tĩnh dự
trữ năng lượng ECCSs và bơm an toàn có thể làm tăng hiệu suất an
toàn nhiệt độ, tăng tốc độ truyền nhiệt cao hơn.
3. Làm mát cho bể chứa trung tâm nóng chảy khi xảy ra các tai nạn
nghiêm trọng ở mật độ công suất cao trong các lò phản ứng. Nó có thể

làm tăng phạm vi bảo vệ bể chứa hơn 40% trong các vụ tai nạn nghiêm
trọng trong các hệ như APR1000 Westinghouse và APR1400 Hàn
Quốc.
Tuy nhiên, vẫn còn một trở ngại khá lớn để ứng dụng nanofluids cho các hệ
thống hạt nhân, bao gồm hiệu suất nhiệt thủy lực của nanofluids ở điều kiện lò phản
ứng điển hình và sự tương thích của các chất hóa học trong nanofluids với các vật
liệu lò phản ứng. Để có thể ứng dụng nanofluids cho nhà máy điện hạt nhân cần có
nhiều nghiên cứu bài bản hơn [1].
 Công nghiệp vũ trụ và quốc phòng
Do những hạn chế về không gian, năng lượng, và khối lượng trên các trạm
không gian vũ trụ và máy bay, nên cần một hệ thống làm mát hiệu quả cao với kích
thước nhỏ hơn. Các tác giả You và Vassallo cùng các cộng sự của mình [2], đã có
những nghiên về gia tăng cường độ dòng nhiệt trong bể đun sôi khi dùng nanofluids
và các chất lỏng cơ sở độc lập. Các nghiên cứu sâu hơn về nanofluids để phát triển
thế hệ tiếp theo các thiết bị có kết hợp nanofluids cho hệ thống điện tử phát sinh
dòng nhiệt cao, giới thiệu khả năng tăng sức mạnh của các chip điện tử trong các
thành phần linh kiện điện tử hoặc đơn giản hóa quá trình làm mát để ứng dụng trong
công nghiệp không gian vũ trụ. Một số thiết bị và hệ thống thiết bị quân sự yêu cầu
làm mát dòng nhiệt cao đến mức hàng chục MW/m 2. Ở cấp độ này, hệ thống làm
mát cho các thiết bị quân sự quan trọng vận hành bền vững. Nanofluids có hệ số
truyền nhiệt cao là yếu tố quan trọng để ứng dụng làm mát cho các hệ thống quân
sự, xe quân sự, tàu ngầm, và laser diode công suất cao. Vì vậy, nanofluids có thể
ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp không gian vũ trụ và quốc phòng, nơi mật độ
năng lượng rất cao và các thiết bị làm mát cần phải nhỏ hơn và trọng lượng nhỏ hơn
[2].
1.1.3.2. Nâng cao truyền khối
Các nhà khoa học đã bắt tay vào nghiên cứu khả năng tăng cường truyền khối
của nanofluids. Tác giả Kim cùng cộng sự bước đầu kiểm tra ảnh hưởng của các hạt
nano vào loại bong bóng hấp thụ cho hệ hấp thụ NH3/H2O [1]. Việc bổ sung các hạt

nano giúp tăng cường hiệu suất hấp thụ lên đến 3,21 lần. Sau đó, họ nhận thấy sự
hình thành bong bóng hấp thụ trong suốt quá trình hấp thụ NH3/H2O và nghiên cứu
ảnh hưởng của các hạt nano lên bề mặt hấp thụ [2]. Kết quả cho thấy việc bổ sung
các bề mặt và các hạt nano đã cải thiện hiệu suất hấp thụ lên đến 5,32 lần. Sự bổ
sung của cả hai bề mặt và các các hạt nano tăng cường đáng kể hiệu suất hấp thụ


trong quá trình hấp thụ ammonia bong bóng. Các nghiên cứu lý thuyết khuếch tán
nhiệt đối lưu trong nanofluids được tiến hành cho các ứng dụng hấp thụ. Lượng
nhiệt khuếch tán được gây ra bởi gradient nhiệt. Tác giả Ma và cộng sự đã nghiên
cứu quá trình truyền khối hấp thụ sử dụng nanofluids chứa CNT-amoniac là môi
trường làm việc [1]. Các tỷ lệ hấp thụ của nanofluids CNT-ammonia cao hơn so với
dung dịch amoniac không chứa CNT. Tỷ lệ hấp thụ hiệu quả của nanofluids CNTammonia tăng cao hơn so với nồng độ ban đầu của amoniac và các phần khối lượng
của CNT.
Tác giả Komati cùng cộng sự nghiên cứu sự hấp thụ CO 2 vào các mạch amin
và việc bổ sung dung dịch sắt để làm tăng hệ số truyền khối trong khí/lỏng [26],
mức độ nâng cao phụ thuộc vào lượng chất lỏng sắt được bổ sung. Các nghiên cứu
về ảnh hưởng của nanofluids Al2O3 trên sự hấp thụ dung dịch ammonia cho thấy các
loại hạt nano và bề mặt trong nanofluids và nồng độ amoniac trong chất lỏng cơ sở
là những thông số quan trọng ảnh hưởng đến hiệu ứng hấp thụ amoniac [17].
Cho đến nay, các cơ chế dẫn đến nâng cao truyền khối vẫn chưa rõ ràng. Các
công trình nghiên cứu hiện có về truyền khối trong nanofluids là chưa đủ. Thực
nghiệm và mô phỏng nên được tiến hành nhiều để làm rõ một số yếu tố ảnh hưởng
quan trọng.
1.1.3.3. Ứng dụng trong năng lượng
Đối với các ứng dụng năng lượng của nanofluids, hai đặc tính đáng chú ý của
nanofluids được sử dụng là độ dẫn nhiệt cao và tính chất hấp thụ của nanofluids.
 Dự trữ năng lượng.
Sự khác biệt giữa thời gian và nhu cầu năng lượng dẫn đến sự cần thiết phải
phát triển các hệ thống lưu trữ năng lượng. Việc lưu giữ nhiệt năng trong dưới dạng

nhiệt hợp lý đã trở thành một khía cạnh quan trọng của quản lý năng lượng với việc
sử dụng hiệu quả, bảo vệ nhiệt thải, năng lượng mặt trời trong công nghiệp và các
tòa nhà [28]. Lưu trữ nhiệt lượng là một trong những cách hiệu quả nhất của lưu trữ
năng lượng nhiệt. Tác giả Wu và cộng sự [2] đã đánh giá tiềm năng của nanofluids
Al2O3-H2O như một vật liệu mới cho việc lưu trữ năng lượng nhiệt của hệ thống làm
mát. Các thử nghiệm phản ứng nhiệt cho thấy việc bổ sung các hạt nano Al2O3 làm
giảm đáng kể mức độ làm mát của siêu chất lỏng khi tăng và giảm thời gian làm
mát. Chỉ thêm 0,2 w.% hạt nano Al2O3, tổng thời gian đóng băng của nanofluids
Al2O3-H2O có thể giảm được 20,5%. Tác giả Liu và cộng sự tổng hợp một loại vật
liệu nanofluids mới bằng cách ngưng tụ lượng nhỏ các hạt nano TiO2 trong dung


dịch BaCl2 bão hòa [29]. Các nanofluids có độ dẫn nhiệt cao hơn đáng kể so với các
vật liệu cơ bản. Tỷ số lưu trữ/tốc độ cấp mát và dung lượng lưu trữ/cung cấp mát
tăng lên rất nhiều so với các dung dịch BaCl2 mà không có hạt nano thêm vào. Qua
các quá trình kiểm nghiệm nhiệt, nanofluids cho thấy có tiềm năng thay thế chất
lỏng truyền nhiệt thông thường cho các ứng dụng kho lạnh. Hạt nano đồng là chất
phụ gia tốt để cải thiện tỷ lệ sưởi ấm/làm mát [30]. Đối với vật liệu tổng hợp với
khối lượng 1% hạt nano đồng, tỷ lệ sưởi ấm/làm mát có thể giảm được 30,3 và
28,2%, tương ứng.
 Hấp thu năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn tốt nhất của năng lượng tái tạo
với các tác động môi trường tối thiểu. Việc thu năng lượng mặt trời hấp thụ trực tiếp
là một công nghệ được ứng dụng và cho thấy có tính khả thi cao, nó định hướng
một loạt các ứng dụng khác. Tuy nhiên, hiệu quả của các nghiên cứu bị giới hạn bởi
các tính chất hấp thụ nhiệt của chất lỏng làm việc. Gần đây, công nghệ này đã được
kết hợp với các công nghệ mới nổi của nanofluids và huyền phù nano lỏng để tạo ra
một thế hệ mới của nanofluids, có thể ứng dụng vào công nghệ thu năng lượng mặt
trời. Tác giả Otanicar và cộng sự đã có báo cáo kết quả thực nghiệm về việc thu
năng lượng mặt trời dựa trên nanofluids làm từ nhiều loại hạt nano (CNTs, than chì

và bạc) [1,2]. Sự cải thiện hiệu suất lên tới 5% trong thu nhiệt năng từ mặt trời bằng
cách sử dụng nanofluids. Ngoài ra, họ so sánh các dữ liệu thực nghiệm với một mô
hình trên máy tính của một nhà nghiên cứu năng lượng mặt trời với hấp thụ trực
tiếp bằng nanofluids. Nghiên cứu lý thuyết về tính khả thi của việc sử dụng tập
trung thu năng lượng mặt trời không hấp thụ trực tiếp cho thấy sự hiện diện của các
hạt nano làm tăng sự hấp thụ bức xạ tới hơn chín lần so với nước tinh khiết [2].
Dưới điều kiện hoạt động tương tự, hiệu quả hấp thụ năng lượng mặt trời khi sử
dụng nanofluids đã cho thấy hiệu quả cao hơn lên đến 10%. Kết quả cho thấy rằng
đối với các chi phí hiện hành của các hạt nano, bộ thu năng lượng mặt trời dựa vào
nanofluids có khoảng thời gian hoàn vốn lâu hơn nhưng thời gian làm việc của nó
lâu hơn, nên có thể tiết kiệm chi phí hơn so với một bộ thu năng lượng mặt trời
thông thường. Tác giả Sani cùng cộng sự kiểm tra các đặc tính quang học và nhiệt
của nanofluids ở dạng huyền phù dung dịch nước của carbon nanohorns [2]. Các hạt
nano gây ra khác biệt khi cho thấy các tính chất quang học đầy hứa hẹn, dẫn đến
hiệu quả hấp thụ ánh sáng mặt trời cao hơn đáng kể, cho thấy các loại nanofluids


mới có thể tăng hiệu quả của thiết bị khai thác ánh sáng mặt trời theo công nghệ hấp
thụ nhiệt.
 Ứng dụng làm pin nhiên liệu
Pin nhiên liệu là những phát triển mới trong lĩnh vực điện năng với sự tham
gia đáng kể của công nghệ trao đổi nhiệt. Bất cứ khi nào hiện tượng trao đổi nhiệt
xảy ra trong một tế bào nhiên liệu hoặc trong các hệ thống thu hồi nhiệt phụ trợ của
nó, nanofluids có thể được sử dụng để tăng cường truyền nhiệt và nâng cao hiệu quả
các tế bào nhiên liệu.
1.1.3.4. Ứng dụng làm dầu bôi trơn
Công nghệ nanofluids có thể giúp phát triển các loại dầu bôi trơn và chất bôi
trơn tốt hơn. Các nghiên cứu gần đây về nanofluids liên quan đến việc sử dụng các
hạt nano trong chất bôi trơn để tăng cường tính giảm ma sát cho các chất bôi trơn,
chẳng hạn như khả năng chịu tải trọng, chống mài mòn và tính chất ma sát giảm

giữa các chi tiết cơ khí chuyển động. Các nghiên cứu chỉ ra rằng bề mặt các hạt
nano biến đổi ổn định phân tán trong dầu khoáng cho hiệu quả cao trong việc giảm
mài mòn và nâng cao khả năng chịu tải trọng [1].
1.1.3.5. Ứng dụng trong Y dược – Sinh học
Nanofluids ban đầu được phát triển chủ yếu ứng dụng quản lý nhiệt cho động
cơ, thiết bị vi điện tử và lượng tử ánh sáng. Tuy nhiên, nanofluids có thể được xây
dựng cho một loạt các ứng dụng khác để làm mát nhanh hơn. Nanofluids hiện đang
được phát triển cho ứng dụng y tế, bao gồm cả điều trị ung thư. Phương pháp điều
trị ung thư truyền thống có những tác dụng phụ đáng kể. Hạt nano sắt trong chất
lỏng có thể được sử dụng như là phương tiện vận chuyển cho các loại thuốc, xạ trị
không gây tổn hại mô, tế bào khỏe mạnh bên cạnh bằng cách dẫn hướng các hạt lên
dòng máu tới các khối u bằng lực hút từ tính. Nanofluids cũng có thể được sử dụng
trong phẫu thuật an toàn hơn bằng cách làm mát xung quanh khu vực phẫu thuật, do
đó nâng cao cơ hội của bệnh nhân sống sót và giảm nguy cơ tổn thương nội tạng.
Trái ngược với làm mát, nanofluids có thể được sử dụng để tạo nhiệt độ cao hơn
xung quanh khối u, để tiêu diệt các tế bào ung thư mà không gây ảnh hưởng đến các
tế bào lân cận khỏe mạnh [1,2].
1.1.3.6. Ứng dụng để cải tiến cảm biến thăm dò mới
Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất, các loại cảm biến điện cũ và các thiết bị
đo khác thường không đáng tin cậy. Các nhà nghiên cứu đang phát triển một bộ
cảm biến đáng tin cậy và kinh tế hơn từ các sợi quang học để đo nhiệt độ, áp suất,


tốc độ dòng chảy của dầu và sóng âm trong các giếng dầu. Những cảm biến mới có
kích thước nhỏ, làm việc một cách an toàn trong sự hiện diện của điện từ trường, có
thể làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao và có thể sẽ giảm chi phí mà không cần can
thiệp vào các công đoạn thăm dò dầu khác.
Việc thay đổi và thay thế cảm biến cũ trong các giếng dầu là rất tốn kém.
Nhưng công nghệ này, với các phép đo chính xác và đáng tin cậy hơn, là một cải
tiến lớn trong thăm dò dầu khí. Trong tương lai, ngành công nghiệp có thể sử dụng

cảm biến nano cho thăm dò tính sâu trong các bể chứa dầu, cho phép làm rõ sự
phức tạp của tương tác đá/chất lỏng và tác động của chúng lên dòng chảy nhiều pha
và cung cấp khả năng để thiết kế một kế hoạch khai thác phù hợp có tính kinh tế
cao.
Một lĩnh vực khác cũng có thách thức đáng kể là việc nâng cấp nhựa đường và
dầu thô nặng. Bởi vì mật độ và độ nhớt cao, rất khó để xử lý và vận chuyển chúng
đến các địa điểm nơi chúng có thể được chuyển đổi thành các sản phẩm có giá trị.
Nguồn lực và các hoạt động nghiên cứu để phát triển các quy trình và chất xúc tác
mới được thiết kế đặc biệt cho việc nâng cấp ngay tại chỗ kết hợp với sản xuất
hydro/methane. Hoạt động trung tâm này sẽ được bổ sung bằng một nỗ lực để tích
hợp các nghiên cứu cho các công thức tính xúc tác phân tán cực tại chỗ nâng cấp
nhựa đường cũng như cho hệ hydro từ than/than cốc hoặc xăng dầu. Trước đây
nghiên cứu về các chất hấp phụ được thiết kế đặc biệt và chất xúc tác sẽ được phân
tán trên các vật liệu chứa dạng lỗ xốp ở dạng kích thước nano.
Tuy nhiên cần thiết phải nghiên cứu sâu rộng về cả hai giai đoạn hoạt động
xúc tác và thiết lập quy trình cũng như áp dụng các hình thức xúc tác khác nhau để
liên kết hiệu quả với các vật liệu khí hóa. Nghiên cứu này có tiềm năng để tạo ra các
công nghệ quan trọng để chuyển đổi nhựa đường và dự trữ dầu nặng thành các sản
phẩm có hiệu quả cao[2].
1.1.3.7. Ứng dụng trong các lĩnh vực khác
Trước đó chúng tôi đã xem xét một loạt các ứng dụng nanofluids, trong đó có
thiết bị điện tử và làm mát động cơ là hai lĩnh vực nổi bật. Nanofluids sẽ có tác
dụng đặc biệt cao ở hai lĩnh vực này. Do đó, nhiều nghiên cứu hơn dự kiến trong hệ
thống làm mát xe, bao gồm tản nhiệt, hộp số tự động, và bộ trao đổi nhiệt tuần hoàn
khí, xả khí. Cũng sẽ có các ứng dụng nanofluids trong làm mát các tế bào nhiên liệu
và năng lượng điện tử cho xe hybrid. Kể từ khi có những báo cáo rằng nanofluids
giảm ma sát và mài mòn, có cũng sẽ được ứng dụng cho khoan dầu và khí đốt [1,2].


Các khu vực khác có thể có các ứng dụng công nghệ làm mát nanofluids bao

gồm một lớp mới của máy tính siêu mạnh mẽ và các thiết bị điện tử khác để sử
dụng trong các hệ thống quân sự, máy bay, tàu vũ trụ hoặc cũng như làm mát quy
mô lớn. Trong tương lai, nanofluids có thể được sử dụng để duy trì một gradient
nhiệt độ cao trong nhiệt điện mà có thể chuyển đổi nhiệt thải thành năng lượng điện
có ích. Trong các tòa nhà, nanofluids có thể làm tăng hiệu quả năng lượng mà
không cần phải sử dụng một máy bơm mạnh hơn, do đó tiết kiệm năng lượng trong
một hệ thống HVAC và cung cấp các lợi ích về môi trường lớn. Trong ngành công
nghiệp năng lượng tái tạo, nanofluids có thể được sử dụng để tăng cường truyền
nhiệt từ mặt trời để thu gom các thùng chứa và để tăng mật độ năng lượng. Để đạt
được điều này cần phải bổ sung làm mát cho quá trình công nghiệp lớn, bao gồm cả
vật liệu, hóa chất, thực phẩm và đồ uống, dầu khí, giấy và in ấn, và dệt may [1].
Dự kiến nghiên cứu các ứng dụng của nanofluids bao gồm các cảm biến và
chẩn đoán đó ngay lập tức phát hiện tác nhân chiến tranh hóa học hoặc nhiễm độc
thức ăn; các ứng dụng y sinh học như làm mát các thiết bị y tế, việc phát hiện các
chất không lành mạnh trong máu, điều trị ung thư, hoặc phân phối thuốc; và phát
triển các công nghệ tiên tiến như hệ thống nén lạnh hơi tiên tiến. Đây chỉ là một vài
trong số nhiều ứng dụng vô tận của nanofluids. Vì vậy, nanofluids sẽ ngày càng
quan trọng cho các ứng dụng thích hợp giá trị gia tăng cũng như cho các ứng dụng
âm lượng cao.
1.1.4. Những thách thức mà nanofluids phải đối mặt
1.1.4.1. Tính ổn định của nanofluids
Chất lỏng nanofluids ổn định vẫn là một thách thức kỹ thuật tổng hợp do các
hạt nano luôn tạo kết tụ vì lực Van Der Waals tương tác rất mạnh. Để có được
nanofluids ổn định ngoài phương pháp vật lý có thể bổ sung chất hoạt động bề mặt,
làm thay đổi diện tích bề mặt các hạt nano dù dưới tác động áp suất lớn các hạt
nano vẫn lơ lửng ổn định. Tác nhân phân tán, chất hoạt động bề mặt đã được sử
dụng phân tán hạt li ti của vật liệu kỵ nước trong dung dịch nước [41].
Mặt khác, nếu các thiết bị trao đổi nhiệ thoạt động theo điều kiện chảy thành
dòng, thì việc sử dụng các nanofluids có vẻ thuận lợi, những nhược điểm duy nhất
cho đến nay là giá thành cao và những bất ổn tiềm ẩn của của sự lắng đọng [27].

Nói chung, sự ổn định lâu dài của các hạt nano phân tán là một trong những
yêu cầu cơ bản của các ứng dụng nanofluids. Tính ổn định của nanofluids có mối
quan hệ tương ứng với việc tăng cường khả năng dẫn nhiệt, khi phân tán tốt thì độ


dẫn nhiệt của nanofluids cao hơn. Tuy nhiên, khả năng phân tán các hạt nano có thể
bị ảnh hưởng bởi thời gian, được nhìn thấy trong hình 1.8 và 1.9. Do đó, tính dẫn
nhiệt của nanofluids cũng bị ảnh hưởng. Eastman và cộng sự tiết lộ rằng, độ dẫn
nhiệt của nanofluids dựa trên ethylene glycol chứa0,3% hạt nano đồng giảm theo
thời gian. Trong nghiên cứu, độ dẫn nhiệt của nanofluids được đo hai lần: lần đầu
tiên là trong vòng 2 ngày và lần hai là hai tháng sau khi tổng hợp. Nó cho thấy rằng
nanofluids mới có độ dẫn nhiệt cao hơn so với nanofluids được lưu giữ hai tháng.
Điều này có thể do sự ổn định giảm theo thời của các hạt nano. Các hạt nano có thể
có xu hướng tích tụ khi giữ trong thời gian dài của thời gian.Nên hiệu suất truyền
nhiệt của nanofluids bị giảm do sự xa lắng các hạt nano. Sự tích tụ của các hạt nano
có thể làm tắc nghẽn hệ thống làm mát.
Choi và cộng sự [45] đã có báo cáo về sự làm dụng chất hoạt động bề mặt có
tác hại như tăng độ nhớt, giảm tính dẫn nhiệt nhiệt và mất ổn định hóa học. Do đó,
cần phải kiểm soát lượng chất hoạt động bề mặt bổ sung vào nanofluids.

Hình 1.8. Độ ổn định của nanofluids theo thời gian [2]


Hình 1.9. Các lắng đọng của các hạt nano kim cương theo thời gian:(a) 0phút, (b)
1phút,(c) 2phút, (d) 3phút,(e) 4phút,(f) 5phút, và (g) 6phút [2]
1.1.4.2. Giảm áp suất bơm
Áp lực dòng chảy của dung dịch làm mát là một trong những thông số quan
trọng quyết định hiệu quả các ứng dụng của nanofluids. Việc giảm áp lực bơm dung
dịch làm mát khi dùng nanofluids là một đặc tính cần được nghiên cứu. Có rất ít yếu
tố có thể ảnh hưởng đến sự giảm áp suất dung dịch làm mát: mật độ và độ nhớt. Dự

kiến chất làm mát với mật độ cao hơn và độ nhớt cao hơn nên áp suất giảm. Đây là
một trong những nhược điểm nanofluids khi ứng dụng là chất lỏng làm mát. Lee,
Yu và cộng sự [38] đã kiểm tra độ nhớt chất lỏng nano và ZnO trong chất lỏng cơ
sở ethylene glycol. Kết quả cho thấy, độ nhớt của nanofluids cao hơn so với chất
lỏng cơ sở.
Peng và cộng sự [2] đã nghiên cứu sự sụt giảm áp lực ma sát khi dùng
nanofluids là chất làm mát với chế độ dòng chảy rối trong các ống ngang, trơn mịn
lớn hơn so với các chất làm mát thông thường và tăng tỷ lệ thuận với việc tăng khối
lượng các hạt nano. Sự giảm áp lực bơm có thể đạt 20,8% theo điều kiện thí
nghiệm.