Temperatural conductivity of diluted water solutions graphen and nanostructures of graphen nanoparticles

E.S Kifuk,O.M Fesenko,P.P Pogoreckiy,V.B Dolgoshey,V.V Korskanov

doi:10.26909/csl.1.2020.4

Abstract

The purpose of this work was to study the specific thermal conductivity of aqueous graphene dispersions and the diluted aqueous solution of nanostructures based on graphene and Au nanoparticles, as well as to determine the temperature and concentration dependences of the specific thermal conductivity of these aqueous dispersions. The objects of study were aqueous dispersions of graphene and nanostructures based on graphene and Au nanoparticles. Graphene has characteristic dimensions of the order of 150 - 200 nm in the plane. The Au nanoparticles also have an average size of about 50 nm and a star-like shape. In dry nanocomposites, graphene is oriented parallel to the substrate plane, and nanostars are evenly distributed on the sample surface. The specific volumetric thermal conductivity values of aqueous graphene dispersions and aqueous solutions of graphene-based nanoparticles and Au nanoparticles were obtained in the temperature range from 30оC to 60оC. A slight increase in the specific thermal conductivity was found with increasing temperature. The absolute values a/v of aqueous graphene dispersions are 1.6 times higher than in three-component systems. The concentration dependences of the thermal conductivity of the two systems studied are linear. It is determined that the values of the specific thermal conductivity of dry graphene nanofillers are 1,62 times higher than the thermal conductivity of a mixture of graphene and Au nanoparticles.

Highlights

The objects of study were aqueous dispersions of graphene and nanostructures based on graphene and Au nanoparticles
The Au nanoparticles have an average size of about 50 nm and a star-like shape
The specific volumetric thermal conductivity values of aqueous graphene dispersions and aqueous solutions of graphene-based nanoparticles and Au nanoparticles were obtained in the temperature range from 30 oC to 60 oC

Summary

Тепломасообмінні процеси

Які характеризують процеси теплопереносу у речовинах є теплопровідність, теплоємність та температуропровідність. Високе значення температуропровідності приводить до виникнення внутрішніх напруг при нагріванні, або охолодженні і, як результат, до формування крихкої структури, оскільки швидкість власних структурних перебудов (обернена до часу структурної релаксації) буде меншою ніж швидкість зміни температури. Навпаки, – приводить до формування більш гомогенної та міцної структури, оскільки у цьому разі швидкість внутрішніх перебудов вища ніж швидкість зміни температури. З практичної точки зору важливою є інформація не про коефіцієнт температуропровідності, оскільки він для багатокомпонентних систем для різних напрямків теплового потоку може різнитися (анізотропія температуропровідності), а величина питомої температуропровідності а/v, тобто приведеної до одиниці питомого об’єму, як усереднена по всім напрямках і яку можна розрахувати по відомим значеннями теплопровідності та питомої теплоємності за формулою а/v = λ/Cp. Ця величина відображає швидкість зміни температури в цілому по об’єму матеріалу. Саме тому метою даної роботи було вивчення питомої температуропровідності водних дисперсій графену та розбавленого водного розчину наноструктур на основі графену та наночастинок Au, а також визначення температурних та концентраційних залежностей питомої температуропровідності

Матеріали та методи досліджень

Результати та їх обговорення