Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng chất lỏng tản nhiệt chứa ống nanô carbon trong quản lý nhiệt cho vệ tinh

• MỤC LỤC
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ỐNG NANÔ CÁCBON
• 1.1.1. Lịch sử phát triển
• 1.1.2. Cấu trúc của CNTs
• 1.1.3. Sơ lược các phương pháp chế tạo
• 1.1.4. Tính chất của CNTs
• 1.2. CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT CHỨA CNTS
• 1.2.1. Khái niệm chất lỏng nanô
• 1.2.2. Các phương pháp chế tạo
• 1.2.2.1. Phương pháp 2 bước
• 1.2.2.2. Phương pháp 1 bước
• 1.2.3. Chất lỏng chứa CNTs
• 1.2.3.1. Chế tạo chất lỏng nanô
• 1.2.3.2. Tính chất nhiệt của chất lỏng nanô
• 1.2.4. Ứng dụng chất lỏng nanô
• 1.2.4.1. Chất lỏng nanô trong nhiên liệu
• 1.2.4.2. Khai thác điện địa nhiệt và các nguồn năng lượng khác
• 1.2.4.3. Quản lý nhiệt trong công nghiệp
• 1.2.4.4. Quản lý nhiệt cho linh kiện điện tử
• 1.2.4.5. Làm mát hệ thống hạt nhân
• 1.2.4.6. Chất lỏng thông minh
• 1.2.4.7. Lĩnh vực không gian và quốc phòng
• 1.2.4.8. Sưởi ấm và giảm ô nhiễm
• 1.3. CHẤT LỎNG NANÔ TRONG QUẢN LÝ NHIỆT CHO VỆ TINH
• 1.3.1. Tổng quan về quản lý nhiệt cho vệ tinh
• 1.3.2. Nhiệt từ bức xạ mặt trời trực tiếp
• 1.3.3. Nhiệt từ bức xạ mặt trời phản xạ lại bề mặt trái đất (Albedo)
• 1.3.4. Bức xạ của trái đất phát ra
• 1.3.5. Ma sát với các phân tử chuyển động tự do (FHM)
• 1.3.6. Các phương pháp quản lý nhiệt cho vệ tinh
• 1.3.7. Chất lỏng nanô trong quản lý nhiệt cho vệ tinh
• 1.3.7.1. Hiệu quả dẫn nhiệt của CNTs so với chất lỏng nền thông thường
• 1.3.7.2. Các nhóm nghiên cứu trên thế giới đang tập trung vào lĩnh vực này
• 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT ĐỘ DẪN NHIỆT CỦA CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT ĐA THÀNH PHẦN CHỨA CNTS
• 2.1. ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT ĐÃ CÔNG BỐ
• 2.2. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ DẪN NHIỆT CỦA CHẤT LỎNG NANO CHỨA CNTS
• 2.2.1. Mô hình độ dẫn nhiệt của Hemanth và Patel
• 2.2.2. Mô hình tính toán lý thuyết độ dẫn nhiệt của chất lỏng nền một thành phần
• 2.2.3. So sánh mô hình chất lỏng nền một thành phần với thực nghiệm
• 2.3. PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT CHO CHẤT LỎNG NANO ĐA THÀNH PHẦN
• 2.3.1. Xây dựng mô hình tính toán lý thuyết
• 2.3.2. So sánh mô hình với thực nghiệm
• 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT ĐA THÀNH PHẦN CHỨA CNTS CHO VỆ TINH
• 3.1. QUY TRÌNH CHẾ TẠO CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT ĐẶC CHỦNG CHỨA CNTS TRONG QUẢN LÝ NHIỆT CHO VỆ TINH
• 3.1.1. Vật liệu dùng trong chế tạo chất lỏng nano
• 3.1.2. Thiết bị dùng trong chế tạo chất lỏng nanô
• 3.1.3. Quá trình biến tính CNTs
• 3.1.4. Phân tán CNTs trong chất lỏng nền
• 3.1.5. Các phương pháp khảo sát và đo đạc
• 3.1.5.1. Phổ tán xạ Raman
• 3.1.5.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại
• 3.1.5.3. Phổ phân tán Zeta-Sizer
• 3.2. KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA CHẤT LỎNG ĐẶC CHỦNG CHẾ TẠO ĐƯỢC
• 3.2.1. Kết quả biến tính
• 3.2.2. Kết quả phân tán
• 3.2.3. Dải nhiệt độ hoạt động
• 3.2.4. Khảo sát độ dẫn nhiệt
• 3.2.5. Tính toán độ dẫn nhiệt theo nhiệt độ
• 3.2.6. Khảo sát tính chất khác
• 3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• 4. THỬ NGHIỆM CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT ĐA THÀNH PHẦN CHỨA CNTS TRÊN MÔ HÌNH VỆ TINH TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM
• 4.1. THIẾT KẾ MÔ HÌNH BUỒNG CHÂN KHÔNG NGHIÊN CỨU PHỎNG VỆ TINH CHO QUÁ TRÌNH QUẢN LÝ NHIỆT
• 4.1.1. Sơ đồ nguyên lý của buồng chân không
• 4.1.2. Bản vẽ thiết kế mặt cắt của mô hình buồng chân không
• 4.1.3. Bản vẽ thiết kế 3D của mô hình buồng chân không
• 4.2. CHẾ TẠO MÔ HÌNH BUỒNG CHÂN KHÔNG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VỆ TINH CHO QUÁ TRÌNH QUẢN LÝ NHIỆT
• 4.2.1. Chế tạo vỏ buồng chân không
• 4.2.2. Chế tạo bộ phận bức xạ nhiệt
• 4.2.3. Chế tạo bộ phận nhiệt độ thấp
• 4.2.4. Chế tạo hệ thống cảm biến và điều khiển
• 4.2.5. Lắp ráp hoàn thiện buồng chân không nghiên cứu mô phỏng vệ tinh
• 4.3. THỬ NGHIỆM CHẤT LỎNG NANO TRONG QUẢN LÝ NHIỆT CHO MÔ HÌNH VỆ TINH
• 4.3.1. Mô hình vệ tinh
• 4.3.2. Tình huống giả định tản nhiệt cho linh kiện công suất vệ tinh ra vỏ vệ tinh
• 4.3.3. Tình huống giả định lấy nhiệt linh kiện công suất để sưởi ấm linh kiện lạnh
• 4.3.4. Tính toán mô phỏng độ dẫn nhiệt của chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs
• 4.3.4.1. Phương pháp mô phỏng
• 4.3.4.2. Kết quả mô phỏng
• 4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• MỞ ĐẦU

I. Tổng quan về nghiên cứu chất lỏng tản nhiệt cho vệ tinh

Nghiên cứu về chất lỏng tản nhiệt chứa ống nanô carbon (CNTs) đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ vệ tinh. Các vệ tinh hoạt động trong môi trường không gian khắc nghiệt, nơi mà việc quản lý nhiệt là rất cần thiết để đảm bảo hiệu suất và độ bền của các linh kiện. Việc sử dụng chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs không chỉ giúp cải thiện khả năng dẫn nhiệt mà còn tăng cường hiệu quả hoạt động của các thiết bị điện tử trên vệ tinh.

1.1. Lịch sử phát triển chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs

Chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs đã được nghiên cứu từ những năm 1990, khi CNTs được phát hiện. Từ đó, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng CNTs trong chất lỏng tản nhiệt có thể cải thiện đáng kể hiệu suất tản nhiệt.

1.2. Tính chất nổi bật của chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs

Chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs có khả năng dẫn nhiệt cao, ổn định ở nhiệt độ cao và có khả năng phân tán tốt. Những tính chất này giúp cho việc quản lý nhiệt trong vệ tinh trở nên hiệu quả hơn.

II. Vấn đề và thách thức trong quản lý nhiệt cho vệ tinh

Quản lý nhiệt cho vệ tinh gặp nhiều thách thức do sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa các bề mặt. Bề mặt hướng về mặt trời có nhiệt độ cao, trong khi bề mặt hướng về trái đất lại lạnh hơn. Điều này tạo ra áp lực lớn lên các hệ thống tản nhiệt. Việc sử dụng chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs có thể giúp giải quyết vấn đề này.

2.1. Chênh lệch nhiệt độ trong không gian

Vệ tinh phải chịu đựng sự chênh lệch nhiệt độ lớn, có thể lên đến hàng trăm độ C. Điều này ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của các linh kiện điện tử.

2.2. Các phương pháp quản lý nhiệt hiện tại

Hiện tại, có nhiều phương pháp quản lý nhiệt cho vệ tinh, bao gồm sử dụng hệ thống tản nhiệt thụ động và chủ động. Tuy nhiên, các phương pháp này vẫn còn nhiều hạn chế.

III. Phương pháp nghiên cứu chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp lý thuyết và thực nghiệm để phát triển chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs. Các phương pháp này bao gồm việc biến tính CNTs và chế tạo hỗn hợp chất lỏng tản nhiệt. Mục tiêu là tối ưu hóa hiệu suất tản nhiệt cho vệ tinh.

3.1. Biến tính CNTs để nâng cao hiệu quả

Biến tính CNTs với các nhóm chức như -COOH và -OH giúp tăng cường khả năng phân tán trong chất lỏng, từ đó nâng cao hiệu quả tản nhiệt.

3.2. Chế tạo chất lỏng tản nhiệt đặc chủng

Chất lỏng tản nhiệt được chế tạo từ hỗn hợp CNTs và các chất lỏng nền khác, nhằm tối ưu hóa tính chất dẫn nhiệt và khả năng hoạt động trong môi trường không gian.

IV. Ứng dụng thực tiễn của chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs

Chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs đã được thử nghiệm trong các mô hình vệ tinh. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng chất lỏng này giúp cải thiện đáng kể khả năng quản lý nhiệt cho các linh kiện điện tử. Điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.

4.1. Kết quả thử nghiệm trên mô hình vệ tinh

Các thử nghiệm cho thấy chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs có khả năng duy trì nhiệt độ ổn định cho các linh kiện điện tử trong mô hình vệ tinh.

4.2. Tiềm năng ứng dụng trong không gian

Chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ vệ tinh đến các thiết bị điện tử trong không gian.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu chất lỏng tản nhiệt

Nghiên cứu về chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs đã mở ra nhiều hướng đi mới trong việc quản lý nhiệt cho vệ tinh. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp hiệu quả hơn cho các thách thức trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện tính chất của chất lỏng tản nhiệt và mở rộng ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực khác.

5.2. Tác động đến công nghệ vệ tinh

Việc áp dụng chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ bền của vệ tinh, từ đó nâng cao khả năng hoạt động trong không gian.