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Experimental analysis on dynamics of liquid molecules adjacent to particles in nanofluids

ナノ流体中のナノ粒子に隣接する液体分子のダイナミクスに関する実験的分析

橋本 俊輔*; 中島 健次  ; 菊地 龍弥* ; 蒲沢 和也*; 柴田 薫 ; 山田 武*

Hashimoto, Shunsuke*; Nakajima, Kenji; Kikuchi, Tatsuya*; Kamazawa, Kazuya*; Shibata, Kaoru; Yamada, Takeshi*

エチレングリコール水溶液中に二酸化ケイ素(SiO$$_{2}$$)ナノ粒子を分散したナノ流体の準弾性中性子散乱測定(QENS)およびパルス磁場勾配核磁気共鳴分析(PFGNMR)を行った。研究目的は、このナノ流体の熱伝導率が理論値を超えて増加するメカニズムを解明することだった。得られた実験結果は、SiO$$_{2}$$ナノ粒子の周りの液体分子の運動が非常に制限されているため、SiO$$_{2}$$ナノ粒子の添加により、エチレングリコール水溶液中の液体分子の自己拡散係数が低下していることを示す。そして温度一定の条件で、SiO$$_{2}$$ナノ流体中で、液体分子の自己拡散係数が減少するにつれて、熱伝導率が増加した。

Quasi-elastic neutron scattering (QENS) and pulsed-field-gradient nuclear magnetic resonance (PFGNMR) analyses of a nanofluid composed of silicon dioxide (SiO$$_{2}$$) nanoparticles and a base fluid of ethylene glycol aqueous solution were performed. The aim was to elucidate the mechanism increase in the thermal conductivity of the nanofluid above its theoretical value. The obtained experimental results indicate that SiO$$_{2}$$ particles may decrease the self-diffusion coefficient of the liquid molecules in the ethylene glycol aqueous solution because of their highly restricted motion around these nanoparticles. At a constant temperature, the thermal conductivity increases as the self-diffusion coefficient of the liquid molecules decreases in the SiO$$_{2}$$ nanofluids.

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