وبلاگ

در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می­توان آنقدر به اجزای کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می­دهند. شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که حدود 400 سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژه اتم را که در زبان یونانی به معنی تقسیم نشدنی است برای توصیف ذرات سازنده مواد بکار برد. در سال 1959، فینمن دانشمند کوانتوم و دارنده جایزه نوبل مطرح نمود اگر دانشمندان ترانزیستور را ساخته­اند ما با علم اتمی می­توانیم همین ترانزیستورها را با مقیاس بسیار کوچک بسازیم. او قصد داشت تا با قرار دادن اتم ها در کنار یکدیگر کوچکترین مصنوعات بشری را بسازد. همانطور که گفته شد نظریه کار بر روی سیستم ها در سطح نانو برای اولین بار  توسط فینمن استاد کوانتوم بیان گردید. بعدها یک دانشجوی رشته کامپیوتر برای انجام پروژه فارغ التحصیلی خود، دانشمند بزرگ هوش مصنوعی دکتر مینسکی که پدر علم هوش مصنوعی نیزشناخته می­ شود را به عنوان استاد راهنمای پروژه فارغ التحصیلی برگزید. این دانشجو آقای اریک درکسلر نام داشت که علاقه زیادی به نظریه­ های فینمن داشت. او سعی در شکوفایی این فرضیات نمود. وی بعد از اخذ درجه استادی علوم کامپیوتر با جمع آوری جوانان کوشا نظریه نانوتکنولوژی را بنا نهاد. اولین مقاله وی در زمینه نانوتکنولوژی در سال 1981 و با موضوع نانوتکنولوژی مولکولی به چاپ رسید. او اولین کسی بود که در سال 1991 از دانشگاه MIT مدرک دکتری نانوتکنولوژی را دریافت نمود. بعدها کشورهای توسعه یافته، برنامه ریزی های گسترده ای را برای فعالیت های تحقیقاتی و صنعتی در زمینه نانو تکنولوژی تدوین نمودند. واژه فناوری نانو اولین بار توسط نوریوتاینگوچی استاد دانشگاه علوم توكیو در سال 1974 بر زبانها جاری شد. او این واژه را برای توصیف ساخت مواد دقیقی كه تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر باشد، به كار برد. در سال 1986 این واژه توسط اریک دركسلر در کتابی تحت عنوان: (موتور آفرینش، آغاز دوران­­­ فناوری نانو) بازآفرینی و تعریف مجدد شد. او این واژه را به شكل عمیق تری در رساله دكترای خود مورد بررسی قرار داده و بعدها آنرا  در کتابی تحت عنوان: ( نانوسیستمها، ماشین های مولكولی، چگونگی ساخت و محاسبات آنها) توسعه داد. نانو تکنولوژی در ترجمه لفظ به لفظ به معنی تکنولوژی بسیار کوچک­­(9-10) است. امروزه در صنعت سرمایش و گرمایش، سیالات مبادله کننده حرارت نقش مهمی ایفا می­ کنند. با توجه به بحران انرژی و مسایل زیست‌محیطی، استفاده از تجهیزات اقتصادی­تر و سازگارتر با محیط‌زیست به عنوان یکی از موضوعات مهم علم انتقال گرما تبدیل گشته است. درحال حاضر از خنک‌کننده‌هایی مانند آب، اتیلن گلیکول، روغن مبدل و … در صنعت استفاده می­ شود. راندمان پایین مایعات خنک­کننده متداول خود باعث افزایش مصرف انرژی، حجیم تر شدن تأسیسات، افزایش فضای مورد نیاز برای تجهیزات و هزینه­ های جانبی دیگر می­ شود. در سال­های اخیر تحقیقات زیادی جهت بهبود عملکرد حرارتی سیالات خنک­کننده در جهان صورت گرفته است که نتیجه آن تولید نسل جدیدی از سیالات خنک­کننده به نام نانو سیالات است.
به طور کلی به مخلوطی از نانو ذرات فلزی یا غیرفلزی با قطر کمتر از ۱۰۰ نانومتر كه در یک سیال پایه معلق شده باشند، نانو سیال اطلاق ­­می­ شود. نمونه­های فراوانی از نانو سیال‌ها در طبیعت وجود دارند. به عنوان مثال خون یک نانو سیال زیستی پیچیده است كه نانو ذرات مختلف در ابعاد مولكولی نقش­های متفاوتی را ایفا می­كنند. با توجه به نوع سیال پایه مورد استفاده (آلی یا غیر آلی) و همچنین نوع نانو ذرات مورد نظر، انواع مختلفی از نانو سیال‌ها به وجود می­آیند كه می­توان به نانو سیال‌های استخراجی، زیست‌محیطی (كنترل­گر آلودگی محیط‌زیست)، زیستی و دارویی اشاره كرد. نانو سیال‌ها جنبه­ های ویژه­ای دارند كه آن‌ ها را كاملاً از مخلوط سیالات دو فازی كه در آن‌ ها ذرات در ابعاد میكرو یا میلی‌متر هستند، متمایز می‌کنند [۱]. مخلوط سیالات دو فازی مرسوم به دلیل درشت­تر بودن ذرات، باعث انسداد كانال­های جریان می‌شوند. علاوه بر آن سرعت ته­نشینی ذرات در آن­ها بالاتر بوده و افت فشار بیشتری را ایجاد می­كنند. خوردگی خطوط لوله نیز در

 این موارد بسیار مشاهده می‌شود. قدرت مورد نیاز برای پمپ كردن این سیالات بیشتر است. حال آنكه در نانو سیال‌ها به دلیل حركت براونی و نیز بر هم کنش‌های بین ذرات و سطح بالا این آثار كاهش می‌یابد [۲]. این نتایج در جدول (۱-۱) نشان داده شده است [۳]. اولین بار چوی و ایست­من [۴] در آزمایشگاه آرگون[1] در ایالات‌متحده نانو سیالات را تولید کرد. بعد از او محققین زیادی در مورد خواص نانو سیالات به تحقیق و پژوهش پرداختند. طبق تحقیقات صورت گرفته عوامل گوناگونی همچون سایز، جنس، شکل و غلظت ذره، دما، نوع سیال پایه، نوع رژیم جریان (آرام یا متلاطم بودن)، ترکیبات نگه‌دارنده نانو سیال و بسیاری از عوامل دیگر در تعیین خواص نانو سیال و میزان انتقال حرارت آن­ها موثرند. تاکنون رابطه دقیق و جامعی برای پیش‌بینی و تعیین ویژگی­های فیزیکی نانوسیالات به دست نیامده است و روابط تجربی موجود از نانو سیالی به نانو سیال دیگر، از غلظتی به غلظت دیگر و حتی از سایز ذره­ای به سایز ذره دیگر از همان جنس ذره، متفاوت می­باشد. به عنوان مثال انتخاب نانو ذرات با ضریب هدایت بالاتر، مثلاً مس به جای اکسید آلومینیم موجب افزایش انتقال حرارت در نانو سیال می­گردد.

 
 
جدول (1-1): مقایسه خواص میکرو سیالات با نانو سیالات

 
 
 
موضوع مهم دیگری که باید مورد توجه قرار گیرد، پایداری نانو سیال است. برای پایداری سوسپانسیونی که از مخلوط کردن مستقیم نانو ذرات با سیال پایه ایجاد می­ شود، از مواد فعال‌کننده سطحی یا پراکنده سازهایی نظیر (نمک لورات و اسید الیک) استفاده می‌کنند. این مواد نانو ذرات را احاطه کرده و مانع کلوخه شدن آن‌ ها می­شوند.هم اکنون جهت کاربردهای حرارتی به طور گسترده از نانو ذرات Cu، CuO، TiO2 وAl2O3 به همراه یکی یا ترکیب سیالات آب، آب-آمونیاک، روغن مبدل و اتیلن گلیکول استفاده می­ شود[۴]. معمولاً نانو سیالات تولیدشده از ذرات خالص فلزی دارای خواص انتقال حرارت بهتری از نوع اکسیدشده آن فلز هستند. نانو ذرات اکسید آلومینیوم به خوبی در آب مقطر مخلوط می­شوند اما نانو ذرات قهوه­ای رنگ مس طی مدت زمان کوتاهی در آب اکسیدشده و به اکسید مس سیاه رنگ با خواص ضعیف­تر انتقال حرارتی نسبت به مس تبدیل می‌گردند. پس باید در انتخاب سیال پایه و نانو ذرات دقت کافی را مبذول داشت. مزیت استفاده از اکسید نانوذرات نسبت به نانوذرات، در این است که سوسپانسیون­های پایدارتری بوجود می­آورند.
تحقیقات اخیر روی نانو سیالات، افزایش قابل‌توجهی را در هدایت گرمای آن­ها نسبت به سیالات بدون نانو ذرات و یا همراه با ذرات بزرگ‌تر (ماکرو ذرات) نشان می­دهد. از دیگر تفاوت‌های این نوع سیالات، تابعیت شدید هدایت گرمای از دما، همچنین افزایش فوق‌العاده شار گرمای بحرانی در انتقال گرمای جوشش آن‌ هاست. نتایج آزمایشگاهی به دست آمده از نانو سیالات نتایج قابل‌بحثی است که به عنوان مثال می­توان به انطباق نداشتن افزایش هدایت گرما با تئوری‌های موجود اشاره کرد. این امر نشان‌دهنده ناتوانی این مدل­ها در پیش ­بینی صحیح خواص نانو سیال است.
[1] Argonne