نانوسیال چیست و چگونه از آن در صنعت خودرو استفاده می شود؟
نانوسیال، یک سیستم سیال حاوی سوسپانسیون کلوئیدی از نانوذرات است. نانوذرات موجود در نانوسیالات می‌توانند از هرگونه ترکیبی باشند زیرا این تعریف بسیار گسترده است. با این حال، واسطهای (medium) که آنها در آن معلق هستند نیاز به یک سیال پایه دارد. به عبارت دیگر، باید یک سیال فاز پیوسته باشد که بتواند جریان یابد.
سیالات پایه که سوسپانسیون کلوئیدی از نانوذرات را حفظ می‌کنند از لحاظ ماهیت می‌توانند آبی یا روغنی باشند، اما اغلب انتخاب نانوذرات درون سیال است که منجر به پیشرفتهایی ویژه در خواص سیالات پایه می‌شود.
برای به دست آوردن یک سیستم کارآمد و پراکنده (dispersed)، نانوذرات مورد استفاده باید مطابق با بسیاری از تعاریف نظارتی باشند، معمولا آنها باید قطری بین 1 تا 100 نانومتر داشته باشند. این نانوذرات و سیستم‌های سیال پایه دارای ویژگی‌های انتقال گرما، روانکاری و آکوستیک بسیار خوبی هستند که باعث شده آنها در بسیاری از بخشهای صنعتی از جمله صنعت خودرو قابل استفاده باشند.
نانوسیالات را می‌توان به عنوان یک سیستم تک فاز تصور کرد که در آن ویژگی‌های سیال تک فاز تابعی از خواص نانوذرات درون سیستم و غلظت آنهاست. با این حال، برخی برآوردها از یک مدل دو جزئی استفاده می‌کند که در آن ویژگی‌های جریان (عدد رینولدز و غیره) سیال پایه نیز بر خواص کل سیستم (همچنین ویژگی‌های نانوذرات ناشی از غلظت و ترکیب) تاثیر می‌گذارد.
روش‌هایی وجود دارند که می‌توان از آنها برای تولید نانوسیالات استفاده نمود و متداول‌ترین آنها شامل روش‌های پراکندگی با استفاده از پروب یا حمام التراسونیک، تکنیک‌های تبخیر، تکنیک‌های پراکندگی گازی، چگالش از فاز بخار شیمیایی و روش‌های ترسیب شیمیایی است.
کاربردهای نانوسیالات در صنعت خودرو
در بخش خودرو دو حوزه اصلی وجود دارد که در آن از نانوسیالات استفاده می‌شود. این دو حوزه روانکنندهها و مایعات خنک‌کننده (در سیستم‌های رادیاتور خنک‌کننده هوا) تقویتشده با نانوذرات هستند که هر دو از خواص انتقال حرارت موثر انواع مختلف نانوسیالات استفاده می‌کنند.
روانکارها در سراسر صنعت خودرو از سیستم ترمز گرفته تا موتور استفاده می‌شوند. از آنجا که این نانوسیالات در محیط‌های فشرده انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرند، باید قادر به مقاومت در برابر دماهای بالا و تنش‌های برشی باشند.
نانوسیالات حاوی نانوذرات در روغنهای روانکاری پایه به صورت تجاری در دسترس هستند و (در مقایسه با سیالات پایه خالص) باعث کاهش فرسایش در سیستم می‌شوند. آنها ویژگی روانکاری افزایشیافته (که در آن قطعات مکانیکی با نرمی بیشتر بر روی نانوذرات حرکت می‌کنند) و خاصیت انتقال حرارت (که در آن گرمای زیاد ایجاد شده در روانکار از سیستم مکانیکی به طور موثر از بین می‌رود) را فراهم می‌نمایند.
ویژگی دوم به افزایش طول عمر سیستم سیال پایه و سیستم مکانیکی ناشی از تخریب حرارتی در طی زمان، کمک می‌کند.
کاربرد دیگر نانوسیالات در این حوزه استفاده از آن به عنوان مایع خنک‌کننده در بعضی از سیستم‌های رادیاتور مورد استفاده در موتورهای خودرو است. موتورهای خودرو در طول فرایندهای احتراق سوخت، گرمای زاید تولید می‌کنند و این گرما باید از بین برود و متعاقبا موتورها خنک شوند. اگر این کار انجام نشود، موتور بیش از حد داغ شده و موجب آسیبی پرهزینه و بلندمدت به موتور، روانکارهای مورد استفاده در آنها و قطعات فلزی اطراف آن میگردد.
در بسیاری از موتورها، خنک‌کننده اتومبیل متشکل از اتیلن گلیکول و آب برای جذب گرمای موتور قبل از عبور از رادیاتور هوا که در آن مایع خنک می‌شود، به کار می‌رود. نانوسیالات، به تازگی به عنوان سیالی ظاهر شده‌اند که می‌تواند در محل این مخلوط‌ها مورد استفاده قرار گیرد و می‌تواند از خواص انتقال حرارت بسیار بهتری نسبت به وضعیت فعلی بهره ببرد.
موتورهای خودرو سال به سال قوی‌تر می‌شوند و در این میان بسیاری از خنککنندهها کارایی کمتری از خود نشان میدهند، بنابراین اکنون نانوسیالات به عنوان مسیری بالقوه برای بهبود توانایی خنک کردن موتور و همچنین به طور همزمان برای کمک به اقتصاد سوختی بهتر و انتشار گازهای نیتروز اکساید کمتر که از یک موتور کارآمدتر تولید می‌شوند، استفاده می‌شود.
برخلاف بسیاری از سیالات مبتنی بر آب، از نانوسیالات روغنی نیز می‌توان برای از بین بردن گرمای اجزای الکترونیکی درون موتور و کل خودرو استفاده نمود؛ چون این اجزا قلمرو دیگری از خودرو است که امروزه بیش از هر زمان دیگری در اتومبیلهای امروزی رایج است. تمام این تغییرات در خودرو به این معنی است که باید سیالات خنک‌کننده جدیدی برای یافتن نیازهای موتور پیدا شود و نانوسیالات به عنوان یکی از پاسخ‌های بالقوه به نظر میرسند.
