TiO2ナノ流体に向けて—パート1：準備と特性

レビュー

背景

ナノ流体の開発

液体の熱伝達能力は一般に固体金属や金属化合物の熱伝達能力をはるかに下回るため、液体の熱輸送は固体粒子をその中に懸濁させることによって強化できると期待されます。しかし、ミリメートルまたはマイクロメートルの粒子を含む懸濁液には、分散性、凝集、沈降が不十分であるだけでなく、システムの内面に付着するなどのいくつかの欠点があり、熱伝達性能の低下、ポンプ出力の増加につながる可能性があります。そしてパイプブロックさえ。これらの欠点を克服する新しい機会は、新世代のサスペンション、つまりナノ流体は1995年に崔によって提案されました[1]。

Nanofluidは、少なくとも1次元サイズが100nm未満のナノ粒子を含む新しい種類の希薄懸濁液です。懸濁液中の粒子サイズがナノメートルレベルに達すると、懸濁液はより優れた熱特性を達成し、同時にミリメートルまたはマイクロメートルの粒子/液体混合物よりも安定性を保つことができると期待されます。安定したナノ流体は、より良い流動性を得ることができ、場合によっては、単相流体として扱うことができます。したがって、ナノ流体が直面する最大の課題の1つは、準備と安定性です。これは、優れた熱物理特性とさらなるエンジニアリングアプリケーションを実現するための主要な前提条件です。したがって、ナノ流体の研究は、一般的に次の方向に分類することができます：準備と安定性の研究[2、3]、熱伝導率などの物理的特性[4,5,6,7,8]および粘度分析[9,10 、11,12]、熱伝達研究[13、14]、エンジニアリングアプリケーション[15,16,17,18]、および理論解析またはモデル開発[19,20,21,22,23,24,25]。

過去20年間、特に最近10年間で、ナノ流体に関する研究はその魅力的な特性のために爆発的に増加しており、多くの研究者がナノ流体のさまざまな側面について実験的または理論的研究を行ってきました[26、27、28、29]。これを説明するために、「web ofscience」から取得したタイトルに「nanofluidsまたはnanofluid」を含む出版物の数の増加傾向を図1に示します。この図は、ナノ流体の研究が非常に急速に成長していることを明確に示しています。 2016年の出版物は、過去20年間で全体の21.9％を占めています。検索範囲を全文に緩和し、より多くの検索データベースを含めると、結果が数倍になる可能性があります。したがって、関連文献が膨大であるため、あらゆる種類のナノ流体の包括的なレビューを提供することがますます困難になっています。また、過去2年間で、より包括的なレビューを提供するために、プロパティの1つの側面または特定の種類のナノ流体に焦点を当てたレビューがいくつかあります。たとえば、表1は、次のようなナノ流体のいくつかの特殊な側面に関する最新のレビューを示しています。

1. （1）

   準備または特性評価[30,31,32]

2. （2）

   特定の種類のナノ粒子（Al ₂ O ₃ 、TiO ₂ 、CuO、グラフェン、CNT、ハイブリッドナノ流体）[32,33,34,35,36,37,38]

3. （3）

   特定の種類のベース流体（水、EG、EG /水混合物、オイル）[39,40,41,42]

4. （4）

   1つまたは複数の物理的特性（熱伝導率、粘度、比熱）[43,44,45,46,47]

5. （5）

   特定の種類の特性（強制、性質、沸騰対流熱伝達、圧力損失、粒子移動）[48,49,50,51,52,53]

6. （6）

   いくつかの特殊なアプリケーション（熱交換器、ソーラーコレクター、冷凍）[54,55,56,57,58,59,60,61,62]

「webofscience」から取得したタイトルに「nanofluidsまたはnanofluid」を含む出版物の数

TiO ₂ の利点 ナノ流体

表1の上記の紹介は、特定の側面に関する比較的包括的で詳細な情報を提供できるため、ナノ流体のいくつかの特殊な方向に関するレビューの実現可能性と重要性を示しています。最も普及している種類の1つとして、TiO ₂ ナノ流体は、その優れた物理的および化学的特性により、科学者の大きな注目を集めています。まず、TiO ₂ 印刷、化粧品、空気清浄などの分野で広く使用されており、人体に毒性のない安全な素材として広く認められています。このナノ流体の安全性を考慮して、Taghizadeh-Tabari等。 [63]はTiO ₂ を適用しました –ミルク低温殺菌産業用のプレート式熱交換器内の水ナノ流体。次に、TiO ₂ 優れた化学的安定性、酸、アルカリ、およびほとんどの有機溶液の侵食に対する耐性があります。第三に、TiO ₂ ナノ粒子はより大きな工業用グレードで製造されているため、比較的経済的です[64]。第四に、TiO ₂ ナノ粒子は、特に適切な分散剤を添加する場合、極性および非極性の両方のベース流体で比較的良好な分配性を示します。ヤンら。 [65]は、アンモニア水溶液中の20種類のナノ粒子の分散安定性を調査しました。結果は、アナターゼTiO ₂ は界面活性剤を含まない最も安定した金属酸化物であり、適切な界面活性剤を添加することでその安定性をさらに向上させることができます。 Silambarasan et al。のレポート[66]では、TiO ₂ の吸収性 図2に示すように、ナノ流体は10日間の保存後、ほとんど変化しませんでした。このような吸収率のわずかな変化は、TiO ₂ の安定性を示しています。 彼らが準備したナノ流体はかなり注目に値するものでした。利用可能な文献を要約することにより、TiO ₂ ナノ粒子は、一般に、他の従来の金属酸化物ナノ粒子よりも優れた分配性を持っています。液体中のナノ粒子の分散は、ナノ流体を適用するための最も重要な前提条件であるため、多くの研究者がTiO ₂ を選択しました。 研究対象としてのナノ流体。

1日目と10日目の粒子体積濃度の関数としての吸光度[66]。エルゼビアの許可を得て複製

ナノ流体の準備が前提条件であり、物理的特性がエネルギー関連アプリケーションの設計と構築の重要な要素であるため、2つのレビューの目的は、TiO ₂ に関する最近の研究の進捗状況を体系的に要約することです。 調製、安定性、物理的特性、およびエネルギー用途を含むナノ流体。 TiO ₂ の準備、特性、および適用に関する2つのレビューの詳細な図式スケッチ ナノ流体を図3に示します。このレビューは、実際のアプリケーションに最も近い種類の1つと見なされている特定の種類のナノ流体の観点から構成されています。また、このペーパーの主な目的は、研究者がTiO ₂ の研究状況に関する知識を更新するための役立つリファレンスガイドを提供することです。 ナノ流体と、将来の研究の方向性に関する重要な課題と有用な推奨事項を指摘します。

TiO ₂ の準備、特性、用途、および課題の概略図 ナノ流体

TiO ₂ の準備 ナノ流体

ワンステップメソッド

一般に、2つの主要な準備方法を区別することができます：1ステップと2ステップの方法。ワンステップ法は、ナノ粒子を生成プロセスに伴う必要な作動油に懸濁することによって実装されます。ワンステップ法は、さらに物理的方法と化学的方法に細分することができます。物理的方法には、蒸着、レーザーアブレーション、サブマージアークが含まれます。化学的方法とは、化学反応によりナノ流体を生成することを意味します。一般に、上記の方法は、乾燥ナノ粒子の調製方法として導入されている。ただし、これらの方法は、乾燥粒子コレクターを対応するベース流体コンテナーに置き換えることで、ナノ流体のワンステップ調製方法にアップグレードできます。

蒸着

蒸着は、ナノ流体の調製における一般的な物理的方法です。この方法の典型的なデバイスを図4に示します[67]。ナノ粒子を調製するためのバルク固体材料は、不活性ガスで満たされた低圧容器内で加熱および蒸発され、次に、原料の蒸気が渦巻く液膜によって冷却され、ベース流体に沈殿します。蒸着は通常、金属ナノ流体の調製に使用されますが、この方法がTiO ₂ に使用されることはめったにありません。 沸点が高いため、ナノ流体。ただし、この方法は、電気加熱を使用して高温にすることで改善できます。 Lee etal。 [68]は、ワンステップパルスワイヤ蒸発（PWE）法を使用して、TiO ₂ を含むエチレングリコール（EG）ベースのナノ流体を調製しました。 ナノ粒子。彼らは細いワイヤーにパルス25kV電圧を印加し、それを過熱して数ミリ秒でプラズマに蒸発させました。次に、プラズマはアルゴン酸素と相互作用し、ナノ粒子に凝縮されました。最後に、彼らはTiO ₂ を取得しました ナノ粒子をチャンバー壁内のEGに直接接触させることによるナノ流体。

ナノ流体の調製のための蒸着法の典型的な装置。参照に基づいて再描画[67]

サブマージアーク法

サブマージアーク法は、TiO ₂ の調製にさらに高い温度を提供し、維持することができます。 ナノ流体。 Chang etal。 [69] TiO ₂ を生成するための新しいサブマージアーク合成システムを製造しました ナノ流体。彼らのデバイスは、主にアークスプレーユニット、真空スペース、および温度と圧力の制御システムで構成されています。これを図5に示します。このデバイスでは、バルクTiO ₂ 固体を真空中でアーク放電法により気化させた後、ガス状のTiO ₂ 分離された液体によって急速に冷却されて微細な固体になった。彼らは、調製されたナノ流体はより高い分散安定性を有し、ニュートン流体と見なすことができるため、この方法はエアロゾル法よりも顕著であると結論付けました。張ら。 [70]は、反応パラメータ制御システム、冷却循環、およびサブマージアーク装置のサイズを最適化することにより、サブマージアーク法を改善しました。最適化されたシステムに基づいて、より安定したより微細なTiO ₂ を生成できます。 粒子サイズの再現性に優れた懸濁液。そして彼らのTiO ₂ の吸着性能 ナノ粒子は市販のものよりも優れています。

概略図。改良されたサブマージアークナノ流体合成システム（ISANSS）の開発[40]。日本金属材料研究所の許可を得て複製

化学的方法

化学的方法は、化学反応によりナノ流体を得る方法であり、一般的に共沈法と前駆体変換法が含まれる。 TiO ₂ を合成する従来の化学的方法 ナノ流体は、前駆体TiO（OH） ₂ に基づいています チタン無機塩とアンモニア水を化学反応させて沈殿させた後、煆焼してTiO ₂ を得る 粉。いくつかの研究は、化学的方法によって得られたナノ流体は、2段階の方法によって生成されたものよりも優れた安定性と高い熱伝導率を持っていることを示しました[71]。ナノ粒子の微細構造の可制御性は、この方法のもう1つの際立った特徴です。従来の調整方法は、合成温度、pH値、超音波浴時間、添加剤などのパラメーターを制御することでした[72]。ただし、この方法は主にTiO ₂ の作成に使用されます。 この方法での複雑な液体環境の結果として液体を乾燥させることによる粉末は、ナノ流体の詳細な適用には適していない。 TiO ₂ 粉末は、乾燥プロセスなしでバルク流体を変更することにより、必要なベース流体に安定して懸濁できます。この方法は、酸性またはアルカリ性や電解質濃度などの新しい液体環境パラメータが準備用の元の流体に近いという条件下で有望です。

ワンステップ法には、ナノ粒子の凝集を形成しやすい乾燥および分散プロセスが含まれていません。したがって、ワンステップ法は一般に、より安定したナノ流体を得ると考えられています[73]。ただし、ワンステップ方式の適用範囲を制限する不具合もあります。たとえば、蒸着を利用して、高沸点または非結晶性ナノ粒子を含むナノ流体を調製することはできません。レーザーアブレーションと真空埋め込みアーク法はコストが高く、重大な状況条件を必要とします。化学的方法は一般に、必要なpH値や温度などの特定の反応条件のサービスを必要とします。また、液体中の副産物を簡単に合成することができます[74]。たとえば、Sonawane etal。 [75]は、ゾルゲル法を使用してアナターゼTiO ₂ を合成しました 一定のpH値が5のナノ粒子。前駆体溶液には、チタンイソプロポキシドとイソプロパノール、および再蒸留水が含まれていました。このような特定のpH値と複雑な化学組成を持つこの混合物は、熱伝達ナノ流体として使用できなかったと結論付けることができます。したがって、彼らは合成されたTiO ₂ を乾燥させた ナノ粒子を再分散させ、水、EG、パラフィンオイルなどの必要なベース作動油に超音波処理して、必要なナノ流体を取得します。ワンステップ法は、特定の成分を含む一部のナノ流体、特にベース流体として純水、油、冷媒などを含むナノ流体、および揮発性ガスを含むアプリケーションシステムにはほとんど利用できないと結論付けることができます。

2段階の方法

2段階の方法では、ナノ粒子を生成し、それらを必要なベース流体に懸濁するプロセスは、独立して実行されます。 TiO ₂ には、2段階法が広く使用されています。 TiO ₂ の合成技術以降のナノ流体 ナノ粒子は本質的に工業生産規模に達しています。図6は、2段階の方法の一般的な手順を示しています。乾燥ナノ粒子は、最初に化学的または物理的方法で合成され、次に必要なベース流体に懸濁されます。しかし、強い粒子相互作用力はナノ粒子の衝突や凝集を引き起こす可能性があるため、ナノ粒子をベース流体に安定して均一に懸濁させることはかなり困難です。したがって、ナノ流体の良好な安定性と可用性を確保するために、一般的にいくつかの分散方法が採用されています。

ナノ流体の2段階の調製方法の典型的な手順[35]。エルゼビアの許可を得て複製

表2は、TiO ₂ の調製方法に関する関連研究の要約を示しています。 近年のナノ流体。ベース流体のタイプには、水、EG、冷媒、有機溶媒などが含まれていることがわかります。一般に、ベース流体にナノ粒子を分散および懸濁するための3つの主要な手法が、2段階の準備プロセスで広く利用されました。

分散剤の追加

最初の分散方法は、分散剤を添加することによって粒子表面を修飾することです。これにより、分散剤分子の静電反発または立体障害の役割によってナノ粒子が凝集するのを防ぐことが期待されます[76]。既存の報告では、最も頻繁に使用された界面活性剤はCTABであったことに注意してください。また、SDBS、SDS、PVP、オレイン酸、酢酸、PEGなどの他の種類もいくつかの研究で使用されました。 2012年、Mo etal。 [77]は、2段階の方法を使用して、棒状のルチル型TiO ₂ を懸濁して2種類のナノ流体を調製しました。 および球状アナターゼTiO ₂ 水に。彼らは、分散剤としてSDSを使用すると、ナノ流体が286時間安定した状態を維持できることを観察しました。翌年、彼らはSDBS、PVP、CTABを含む3つの異なる界面活性剤による分散への影響を比較しました[78]。そして彼らは、この実験的研究範囲において、SDBSと二酸化チタンナノ粒子の質量比が0.3の場合、ナノ流体の最良の分散を得ることができることを発見しました。中山と林[79]は、2段階の方法を使用して高負荷のTiO ₂ を分散させました。 プロピオン酸とn-ヘキシルアミンによる表面修飾の助けを借りた有機塩基液中のナノ粒子。彼らは、表面改質がナノ流体の分散を改善できることを発見しました。これは、1ステップ法よりも2ステップ法の方が優れた効果を示しました。 TiO ₂ の特徴 彼らが準備したナノ粒子は変更されておらず、さまざまな有機溶媒ベースの流体にうまく適用できます。

pH値の調整

2番目の分散方法は、ベース流体のpH値を調整することによって分散環境を調整することです。この方法は、流体の適切なpH値を調整することにより、ナノ粒子により高いゼータ電位を装備することです。これにより、より高い静電反発力によるナノ粒子の接触を回避することが期待されます[76]。 LiとSun [80]は、TiO ₂ の凝集挙動に対するpH値の影響を調査しました。 SRFAおよびFe（III）によるモノおよびバイナリベース液体中のナノ粒子。彼らは、SRFAの吸着がTiO ₂ の懸濁安定性を大幅に改善することを発見しました。 pH値が4、6、および8のナノ粒子であり、これは主に粒子の表面の負電荷の急激な上昇が原因であると彼らは考えました。彼等。 [81]は、TiO ₂ の安定性を発見しました ナノ流体は、ベース流体のpH値を11に調整することで大幅に改善できます。この場合、45 mVの高いゼータ電位を形成して、再凝集と堆積、およびその後の銅管の汚れを防ぐことができます。最適なpH値のナノ流体は、数か月間安定した状態を保つことができます。また、Vakili etal。 [82]およびSenetal。 [83]ベース流体のpH値を11に調整したところ、TiO ₂ ナノ流体は、この強アルカリ性条件下でより優れた分散安定性を持つことができます。

物理的手段

第３の分散方法は、物理的手段、例えば、機械的攪拌、超音波、および攪拌ビーズ粉砕による粒子凝集の破壊に等しい。これらの方法は、キャビテーション振動を生成し、せん断、破壊、および分散効果を引き起こす可能性があると考えられています[84]。ナノ流体は適切な超音速振動の後でより安定することが広く認識され、証明されており、分散安定性TiO ₂ の要約によってもう一度証明することができます。 ナノ流体。表2から、ほとんどすべての準備プロセスにいくつかの物理的処理が含まれていることがわかります。 Li etal。 [85]分散したTiO ₂ ナノ粒子をMDEA溶液に入れて、TiO ₂ を調製します –MEDA–H ₂ Oナノ流体。彼らは、分散剤を添加しなくても、機械的攪拌によりナノ流体が48時間安定に保たれることを発見しました。タジク他[86]は、水ベースのTiO ₂ の浮遊挙動に対するさまざまな超音波タイプ（連続または非連続パルス）の影響を調査しました。 ナノ流体。結果は、連続パルスは不連続パルスよりも優れた破壊効果を示したが、不連続パルスはいくつかの大きな凝集体を分離できなかった。シランバラサン他[66]は、サブミクロンのTiO ₂ を含む水ベースの混合物の懸濁挙動に対する攪拌ビーズミリングと超音波処理の効果を実験的に調査しました。 粒子。彼らは、攪拌ビーズミリングがサブミクロン粒子を含む安定した懸濁液を生成できること、および超音波処理をさらに適用してTiO ₂ の輸送挙動を制御できることを発見しました。 サスペンション。 LongoとZilio [87]は、機械的攪拌と超音波がTiO ₂ の分散挙動に及ぼす影響を比較しました。 –水とAl ₂ O ₃ –水ナノ流体。彼らは、25 kHzで48時間の超音波処理の処理が、単なる機械的攪拌よりも優れた分散効率を示すことを観察しました。これらの物理的分散処理の後、両方の種類のナノ流体は1か月以上安定した状態を保つことができます。

組み合わせの使用法

一般に、界面活性剤の添加、ベース流体のpH値の変更、および超音波振動の分散方法の組み合わせは、ナノ流体のより良い分散性能を達成するために2段階の方法で利用されます。 Liu etal。 [88]分散したTiO ₂ 安定したTiO ₂ を調製するための水中のナノ粒子（25 nm） ナノ流体。分散剤としてのPEG1000の添加、超音波振動、およびpH値の4〜5または9〜10への調整を含む、3つの処理を利用して、安定したTiO ₂ を取得しました。 ナノ流体。 Fedele etal。 [89]分散剤として酢酸を添加し、ナノ粒子の質量分率と適切な超音波処理に応じてpH値を1.86〜3.07の範囲に調整する組み合わせ分散法を使用しました。彼らは、粒子の平均サイズがその期間中ほぼ一定のままであったため、ナノ流体が少なくとも35日間安定に保たれる可能性があることを観察しました。 Ghadimi etal。 [90]非常に安定した水性TiO ₂ を調製しました 酢酸を加え、pHを5に調整することによるナノ流体と超音波振動。彼らはTiO ₂ を見つけました ナノ流体は、1年間の保管後も安定して浮遊していました。 3つの手法を組み合わせて使用​​する他の例もいくつかあります。表2から、Mo etal。 [77、78]、キム等。 [91]、Mushed etal。 [92]、Jarahnejad etal。 [93]、Ghadimi etal。 [90]、およびSaid etal。 [94]は、3つの分散技術すべてを利用して、最高の分散効果を達成しました。

ただし、ベース流体のpH値を変更すると、TiO ₂ の適用範囲が大幅に制限されます。 酸性およびアルカリ性条件での腐食と安全性による熱流体としてのナノ流体。したがって、より多くの研究者が他の2つの分散技術を採用する傾向があります。実際のシステムでの潜在的なアプリケーションに分散剤と物理的手段を追加します。ウーら[95]およびYangetal。 [74] TiO ₂ を適用することを目的としています ナノ流体からアンモニア-水吸収冷凍システム。ベース流体はアンモニアの濃度によって決定される特定のpH範囲を持っているため、pH値を変更する方法は利用できません。そのため、彼らは、分散剤としてPAAまたはPEG1000を超音波振動と組み合わせて使用​​し、TiO ₂ の安定性を向上させました。 ナノ流体と良好な効果を達成しました。ナノ流体を圧縮冷凍システムに適用するために、Peng etal。 [96] TiO ₂ を追加 ナノ粒子をR141bに入れて、それぞれ25、40、60、100nmの粒子サイズのナノ冷媒を調製します。ナノ冷媒は、超音波プロセッサを使用して20分間超音波処理されました。そして彼らは、このステップがバルク冷媒中のナノ粒子の良好な分散を達成するために重要であると考えました。また、彼らは、ナノ冷媒の安定性に対するアニオン性、カチオン性、および非イオン性界面活性剤の影響を実験的に研究しました。そして彼らは、界面活性剤の種類が定常状態の粒子サイズの重要な要因であることを観察しました。 Kayhani etal。 [97]界面活性剤ヘキサメチルジシラザンを使用し、超音波振動法で乾燥TiO ₂ を調製しました ナノ粒子を最初に蒸留水に加え、超音波振動（400Wおよび24kHz）で3〜5時間処理します。彼らは、調製されたナノ流体が数日間安定に保たれ、沈降が起こらないことを発見しました。ヤンら。 [98]は、低濃度範囲での界面活性剤SDBSの使用と超音波振動により、アンモニア水ベースのTiO ₂ の懸濁挙動を改善できることを発見しました。 ナノ流体。

後処理方法

従来の1ステップまたは2ステップの方法に加えて、ナノ流体を調製するためのいくつかの後処理方法も提案されました。いくつかのよりよく分散されたナノ流体は、凝集したナノ粒子を分解したり、生の流体から除去したりするなどの特別な処理によって、凝集したナノ粒子を含むいくつかの不十分に分散した生の流体から得られる場合があります。

ファンら[99]は、攪拌機、超音波浴、および超音波破壊装置の効果は、ナノ流体の分散を改善するために制限されていることを観察しました。彼らは高圧ホモジナイザーを使用してナノ流体を後退させました。その過程を図7に示します。彼らの研究では、粒子の初期平均直径は、高圧ホモジナイザー。そして彼らは、高圧ホモジナイザーが彼らの研究で使用されたすべての物理的分散手段の中で最高の効果を示すことを発見しました。

ナノ流体を生成するための高圧ホモジナイザーの概略図[99]。エルゼビアの許可を得て複製

ヤンら。 [100]は、最適化手法を使用してナノ流体を調製しました。ナノ流体の分散改善の最適化プロセスを図8に示します。彼らは、高濃度のバルクナノ流体から十分に懸濁されたナノ流体を除去し、次に、ベース流体の添加を希釈することにより、除去された部分を必要な濃度に戻しました。ナノ流体の吸収率がその濃度に正比例する場合、希釈率は特性に基づいています。そして、彼らは沈降を観察し、吸収率の変化を測定して、この方法の効果を推定しました。結果は、ルチルとアナターゼの両方のTiO ₂ ナノ流体、最適化された方法は、それらの分散を大幅に改善し、より安定したTiO ₂ を生成することができます ナノ流体。

ナノ流体の分散改善の最適化プロセス[132]。テイラーアンドフランシスの許可を得て複製

ナノ流体の調製の議論には、いくつかの論争や矛盾があります。第一に、一段階法と二段階法のどちらを採用するかは矛盾している。ワンステップ法は、ナノ粒子の乾燥および分散プロセスを回避するため、より優れた分散安定性を実現することが期待されます。ただし、副産物などのワンステップ法の副​​作用については、特殊な溶液環境はより致命的であるように思われ、ナノ流体の適用範囲が大幅に制限されます。したがって、TiO ₂ の分散技術の優れた適応性と大幅な改善により、2段階法がより広く使用されています。 ナノ粒子。全体として、TiO ₂ の調製には、適切な後処理を伴う2段階法を採用することをお勧めします。 ナノ流体。

別の論争は、界面活性剤をナノ流体の調製に使用すべきかどうかです。適切な界面活性剤の存在は、分散安定性を改善することができますが、熱伝導率の低下、粘度の増加、発泡能力などの副作用をもたらす可能性もあります。表面張力の低下や再分散性の向上などの潜在的な利点があるため、熱伝導率の明らかな低下や粘度や発泡能力の向上が見られない場合は、低濃度の界面活性剤を使用することをお勧めします。さらに、ナノ流体の熱伝導率と粘度に対する界面活性剤の影響も、現在の研究で論争の的になっています。

ナノ流体の安定性

安定性の研究は、ナノ流体の有効性と実用性に密接に関連しているため、一般的に最適な分散技術を達成するための準備に続きます。不安定なナノ流体に大量に凝集すると、システムの内面に沈降や吸着が起こりやすくなり、熱伝達効率の低下、ポンプ出力の上昇、さらにはシステムパイプブロックの詰まりにつながる可能性があります。

表2から、さまざまな研究者の安定した時間は、数時間から1年の範囲でさまざまに分布していることがわかります。最も安定したナノ流体は、界面活性剤の添加、pH値の制御、およびGhadimi etalによる超音波振動の併用によって得られました。 [90]。また、実験での粒子の負荷は0.1 wt。％と非常に低く、これも長期安定性のもう1つの要因でした。界面活性剤を添加しなくても、液体のpH値を適切な値に調整することにより、ナノ流体はより優れた分散安定性を実現できます。たとえば、He etal。 [81]およびLongoetal。 [87]は、TiO ₂ ナノ流体は、超音波振動の助けを借りてpHを11に調整することにより、数か月間安定した状態を保つことができます。また、一部のTiO ₂ 分散安定性の良いナノ流体は、いくつかの研究では物理的手段によってのみ調製されました。 Padmanabhan etal。 [101]は、マグネチックスターラーを使用して、R134aと鉱油ベースのTiO ₂ を調製しました。 6か月間安定した状態を保つことができるナノ流体。これは、彼らの研究で採用された粒子の負荷が非常に低く（0.1 g / L）、R134aと鉱油ベースの流体の粘度が高いことも優れた分散条件を提供できるためと考えられます。この結論は、Palabiyik etal。の結果[102]によって証明されたようにも役立ちます。彼らはTiO ₂ を入手しました ベース流体としてより高い粘度のプロピレングリコールを用いた超音波処理の助けを借りて、数ヶ月間安定したナノ流体。類似点は、両方ともベース流体として高粘度の有機溶媒を使用しており、最良のものは物理的手段によってのみ処理されたということです。また、TiO ₂ ナノ粒子は、極性水溶液と非極性有機溶液の両方で包括的な分散性を持っています。

ただし、さまざまなTiO ₂ の分散安定性に関する上記の判断 ほとんどの結果が最も安定していない時間を示したため、ナノ流体はあまり客観的で正確ではありません。さらに、ナノ流体の安定性を評価するための統一された基準はなく、異なる研究における安定性評価方法は十分に異なっていました。ナノ流体の安定性の現在の評価方法は、主に、成層または沈降を観察し、ゼータ電位、粒子のサイズ、または吸収性をテストすることで構成されていました。 Mansel etal。 [103]は、沈降観察法とゼータ電位法​​を使用して、TiO ₂ の安定性を評価しました。 –さまざまなpH値の水ナノ流体。彼らは、低または高pH値で、TiO ₂ –水ナノ流体は良好な安定性を得ることができます。 Mo etal。 [78]ゼータ電位法​​を使用して、TiO ₂ の安定性を調査しました。 –それぞれ3つの異なる界面活性剤SDBS、PVP、およびCTABを含む水ナノ流体。ゼータ電位の値を比較することにより、彼らは最適な種類の界面活性剤とナノ流体の最良の分散液を得ました。魏ら。 [104]沈降、ゼータ電位（ζ）、およびサイズ分析を使用して、ジアテルミックオイルベースのTiO ₂ の安定性を評価しました。 ナノ流体。彼らは、明らかな沈降がなく、ゼータ電位（ζ）とサイズ分析も良好な結果を示したことを発見しました。彼らはTiO ₂ を考えました 彼らが準備したナノ流体は非常に安定しており、流体システムの熱伝達を強化するために使用できます。 Li etal。 [105]は、沈降観察を使用してTiO ₂ の安定性を調査しました。 –MDEA–水ナノ流体。彼らは、特定の期間の機械的攪拌の後、沈降が減少し、ナノ流体の安定性が改善されることを発見しました。ただし、超音波振動はTiO ₂ の安定性を低下させます –MDEA–水ナノ流体。このため、彼らの研究では機械的攪拌のみが採用されました。ヤンら。 [74]は、ナノ流体の吸収性を測定することにより、アンモニア-水の二成分ベース流体における20種類のナノ粒子の分散挙動を調査し、さまざまな種類のナノ粒子、分散剤、およびベースの懸濁安定性を定量的に比較するために、さまざまな吸収率の比率を定義しました。流体混合物。彼らは、新しい定義されたインデックスは、さまざまな種類のナノ流体の浮遊挙動を直接比較できるため、従来の手段よりも適切であることに気づきました。成層または沈降を観察する方法は、異なる色のナノ流体、または放置後の明確な成層なしに制限されています。結果は、アナターゼとルチルTiO ₂ ナノ流体は、界面活性剤を含まない最も安定した金属酸化物でした。また、最適な分散剤を追加する場合は、アナターゼ型TiO ₂ ナノ流体は依然として最も安定したものでした。

一般に、ナノ流体の安定性をより正確に調査するために、いくつかの安定性評価方法の組み合わせが採用されています。シランバラサン他[66] TiO ₂ の懸濁安定性を特徴づけるために、粒子サイズ分布、ゼータ電位、および粒子サイズ法の顕微鏡検査を測定する方法を使用しました。 ナノ流体。それらの方法により、彼らは非常に安定したTiO ₂ を調製しました。 10日後に吸収率がほとんど変化しないナノ流体。タジク他[86]は、沈降観察と粒子サイズの顕微鏡検査を使用して、ナノ流体の浮遊挙動に対する超音波タイプの役割を調査しました。そして、彼らは、48時間の保管後に沈降が起こったため、中断タイプのパルスがいくつかの大きなクラスターや凝集体を粉砕できないことを発見しました。

TiO ₂ の物理的特性 ナノ流体

TiO ₂ の物性 ナノ流体は、粘度と熱伝導率に焦点を当てています。また、いくつかの論文が表面張力を調査しました。熱伝導率を高めるためにナノ流体を使用することは、伝熱分野での典型的なアプリケーションです。したがって、TiO ₂ の熱伝導率 ナノ流体はレビューのパート2で紹介されます。パート1では、粘度と表面張力を次のように紹介します。

粘度

粘度は、圧力損失と結果として生じるポンプ出力の両方が粘度に依存するため、特に流動および熱伝達アプリケーションのナノ流体にとって不可欠なパラメータです。粘度は、流体の流れに対する内部抵抗を表し、ナノ流体のすべての熱および流れの用途にとって重要な特性です。より高い粘度のナノ流体は、より高い流動抵抗とより低い流速をもたらし、それはまた、熱伝達の減少を誘発します。流速と熱伝達効率を得るには、より多くのエネルギー消費を引き起こすより多くのポンプ力が必要です。さらに、ナノ流体の一部の物質移動アプリケーションでは、粘度が液体表面に入る分子の物質移動抵抗と液体内の拡散係数を決定するため、粘度は熱伝導率よりも重要な役割を果たします。 MurshedとEstellé[106]は、さまざまなナノ流体の粘度に関する最新のレビューを提供しています。彼らは、さまざまな文献からの実験データが大きく分散しており、同じナノ流体でも一貫していないことを発見しました。このレビューでは、TiO ₂ の粘度に影響を与える要因について詳しく説明します。 このトピックに関する徹底的な知識を提供するためのナノ流体。

パーティクルの読み込み効果

多くの文献は、TiO ₂ の粘度に対する体積濃度の影響に関するものです。 ナノ流体。表3は、TiO ₂ の粘度の粒子負荷依存性を示しています。 さまざまな研究におけるナノ流体。 TiO ₂ の粘度が観察できます。 ナノ流体は、粒子の負荷の増加とともに増加します。ただし、一部の研究では、粘度比が体積濃度の変化に比例して変化することが示されましたが、他のいくつかの結果では、粘度比の変化が放物線状であることが示されました。 TiO ₂ の粘度向上 ナノ流体は、さまざまな研究で大きく区別されていました。たとえば、Vakili etal。 [82]、Arulprakasajothi etal。 [107]、DuangthongsukおよびWongwises [108]、Saleh etal。 [109]、およびMahbubul et al。の[110]の結果によると、粘度の増加は、添加された粒子の体積分率の10倍未満でした。しかし、彼等。 [111]およびTurgutetal。の[112]の結果は、粘度がTiO ₂ の体積分率の100倍以上増加したことを示しています。 粒子が追加されました。上記の2つの極端なケースでは、値の間に多くの結果が分散しています。したがって、TiO ₂ の粘度に対する粒子負荷の影響を結論付けることができます。 ナノ流体は、さまざまな研究でデータが広まっているため、熱伝導率よりも複雑です。

温度効果

体積濃度の影響に加えて、TiO ₂ の粘度に対する温度の影響 ナノ流体も多くの研究者によって広く研究されています。彼等。 [111] 4つの異なる濃度のTiO ₂ を準備しました –h ₂ 20 nm TiO ₂ を含むOナノ流体 TiO ₂ の粘度を測定しました –h ₂ Oナノ流体と異なる温度の脱イオン水。彼らは、TiO ₂ –h ₂ Oナノ流体はニュートン流体であり、Chang and Liuの発見[69]と同じであり、粘度はTiO ₂ の温度に反比例して変化しました。 –h ₂ O混合システム。 Ling etal。 [113]は、TiO ₂ の粘度も測定しました。 –h ₂ 温度が15〜40°Cの場合、質量分率が異なるOナノ流体。彼らは、流体が濃くなるとナノ流体の粘度が増加し、温度の上昇とともに指数関数的に減少することを発見しました。 Liu etal。 [114]は、TiO ₂ の粘度を計算しました。 –h ₂ Oナノ流体は、ナノ粒子の体積分率とともに著しく増加し、TiO ₂ の温度とは逆に変化します。 –h ₂ 同様の実験方法で大きくOナノ流体。粘度の値に基づいて、彼らはまた、修正された懸濁液粘度式を提案します。いくつかの研究結果は、ナノ流体の粘度が、ベース流体の粘度だけでなく、体積負荷と温度の関数であることを示しました。 Yiamsawas etal。 [115] TiO ₂ の粘度を測定しました –体積負荷のある水は、15〜60°Cの高温範囲で1〜8％の範囲で変化しました。以前の研究との比較により、彼らは、ナノ流体の粘度が体積負荷と温度、およびベース流体の粘度の関数であることを示した、実際のアプリケーションに役立つ相関関係を提案しました。

絶対粘度と比較すると、さまざまな温度での相対粘度の変化は、研究者にとってより印象的でした。 Jarahnejad etal。 [93]は、TiO ₂ の粘度と相対粘度に対する温度の影響に関する詳細な研究を実施しました。 それぞれ。結果を図9に示します。基水と比較して、TiO ₂ の平均粘度がわかります。 ナノ流体は、20°Cで粒子の負荷の3、6、および9 wt。％でそれぞれ17、50、および78％増加しました。粒子負荷の異なるナノ流体の粘度は、温度が上昇するにつれて低下しましたが、相対粘度は温度に対してほぼ一定のままでした。温度に依存しないという観察は、他のいくつかの研究にも含めることができます。 Fedele etal。 [89]は、TiO ₂ である水ベースのナノ流体の特性評価を示しました。 質量は1〜35％の範囲です。彼らは、使用したすべての粒子負荷について、相対粘度は温度に依存しないと結論付けました。また、1 wt。％のナノ流体は、実験誤差の範囲内で水のような挙動を示しました。しかし、この観察結果は高濃度では無効でした（343Kで35wt。％の場合は+ 243％）。また、シランバラサン等。 [66]は、TiO ₂ の粘度が高いため、温度による相対粘度への影響が小さいことを発見しました。 懸濁液は、加熱と冷却のプロセスを繰り返して交互に行った後でも再現可能でした。そして彼らは、その理由を、懸濁液中の粒子の温度依存性分子間力の影響に起因すると考えました。ただし、いくつかの異なる結果も観察できます。 Teng etal。 [116]は、TiO ₂ の温度が10から40°Cに変化すると、相対粘度が8.2から16％に増加することを発見しました。 粒子負荷の0.5wt。％のナノ流体。 Cieślińskietal。 [117]は、熱油ベースのTiO ₂ の相対粘度を発見しました。 ナノ流体は、温度が20から40°Cまで変化しても一定のままでしたが、40°Cを超えると温度の上昇とともにほぼ直線的に増加しました。 Yapici etal。 [118]は、せん断速度が異なると効果温度が異なることを観察しました。測定された相対粘度は、より高いせん断速度領域での温度とは無関係でした。ただし、せん断速度が低い領域では、TiO ₂ の粘度の温度依存性が大きくなります。 ナノ流体は特に高温で展示されました

動的粘度（ a ）および相対粘度（ b ）TiO ₂ の場合 さまざまな温度での水ベースのナノ流体[93]。 Springerの許可を得て複製

粒子のサイズと形状の効果

TiO ₂ の粘度に対する粒子サイズと形状の影響 ナノ流体は、粒子の負荷や温度ほど広くは調査されていません。特に、Chen etal。 [64、119]は、球状（25 nm）および棒状（10×100）のTiO ₂ の粘度を実験的に調査しました。 それぞれベース流体として水とEGを使用したナノ粒子ベースのナノ流体。彼らは、TiO ₂ の粘度が ナノ流体は、球状粒子よりも棒状粒子に対してより敏感でした。表3から、球状のTiO ₂ を0.1〜1.86 vol。％添加すると、粘度が0.5〜23％増加したことがわかります。 ナノ粒子は、棒状のTiO ₂ を0.1〜0.6 vol。％添加すると、1〜82％増加します。 ナノ粒子。 EGベースのナノ流体についても同じ観察結果が見られます。

界面活性剤の効果

界面活性剤は、TiO ₂ の粘度に大きな影響を与えることが観察されています。 いくつかの最近の研究におけるナノ流体。 Jarahnejad etal。 [93]は、2種類の界面活性剤トリオキサデカン酸とポリカルボキシレートがTiO ₂ の粘度に及ぼす影響を調査しました。 それぞれナノ流体。 9 wt。％TiO ₂ の動的粘度の結果 –界面活性剤と温度が異なる水ナノ流体を図10に示します。結果は、粒子負荷が最も高い場合でも、ナノ流体の粘度にごくわずかな増加しか見られなかったことを示しています。 9重量％。ただし、2種類の界面活性剤は、特にトリオキサデカン酸の場合、20〜50°Cの温度範囲でナノ流体の粘度を大幅に増加させる可能性があります。粘度に対する界面活性剤の同様の効果は、Ghadimi and Metselaarのレポート[90]でも観察できます。このレポートでは、SDSがTiO ₂ の粘度も増加させる可能性があることがわかりました。 0.1 wt。％の粒子負荷のナノ流体。また、TiO ₂ の長期分散安定性にSDSの重要な役割があることも観察されました。 ナノ流体。したがって、彼らは依然として、界面活性剤と超音波振動を加える分散法をナノ流体の調製に採用することを提案しました。

9 wt。％TiO ₂ の動粘度 –温度に対して異なる界面活性剤を含む水ナノ流体[93]。 Springerの許可を得て複製

しかし、上記の結果は、すべての種類の界面活性剤がナノ流体の高粘度をもたらすことを証明することはできません。図11は、TiO ₂ の粘度を示しています。 Bobboらによって測定された界面活性剤としてPEG600を含むナノ流体。 [120]。 0.02または0.2％の負荷でPEG600を添加すると、基水の粘度は増加しませんが、わずかに減少することがわかります。また、0.01％TiO ₂ を含むナノ流体の粘度 ナノ粒子と0.02％PEG600は、基水よりも少し低かった。ただし、PEGの負荷が高くなると、ナノ粒子が含まれているかどうかに関係なく、粘度が大幅に増加します。図11から、2％のPEG600と1％のTiO ₂ を含むナノ流体であることがわかります。 ナノ粒子は、水に対して7％を超える粘度を示しました。これは、各温度で類似しています。上記の観察結果は、ナノ流体の粘度がベース流体よりも低くなる場合があることを示しています。これは、実験のSWCNTナノ流体でも発生しました。界面活性剤またはナノ粒子を添加したときの流体の粘度の低下は、他のいくつかの研究でも見られました。ヤンら。 [121]は、乳化剤OP-10が低濃度のアンモニア-水の粘度を下げることができることを発見しました。 Ling etal。 [122]は、TiO ₂ にSDBSまたはOP-10を追加することを観察しました。 より低い負荷のナノ流体は、粘度のわずかな低下を引き起こす可能性があります。したがって、粘度を大幅に上げることなく分散安定性を向上させるために、適切な界面活性剤を選択することが重要な問題です。

TiO ₂ の粘度 界面活性剤としてPEG600を含むナノ流体[120]。エルゼビアの許可を得て複製

基本流体効果

粘度に対するベース流体の影響に関する情報は、Chen et al。の研究[119]を通じて明らかにすることができます。この研究では、水ベースのTiO ₂ の粘度の相対的な増加が見られました。 ナノ流体は、EGベースのものよりも明らかに高かった。ベース流体の粘度が高いほど、粘度の増加が少なくなる可能性があるように思われました。 Mahbubul etal。 [110]は、2 vol。％TiO ₂ を添加すると、R123の粘度が5.2％しか増加しないことを発見しました。 ナノ粒子。センら。 [78]およびYapicietal。 [118]は、粒子の体積パーセントの約20倍の粘度の相対的な増加を発見しました。また、TiO ₂ ナノ粒子は、特に高温で粘度の相対的な増加を低くすることができるため、有機液体に適しています。 Yiamsawas etal。 [123] TiO ₂ との混合物で実験を行った ナノ粒子とEG /水（20/80 wt。％）で、体積負荷は0〜4％の範囲で、温度は15〜60°Cの範囲でした。彼らは実験データを使用して、粘度を予測するための有用な相関関係を示しました。

せん断速度の影響

TiO ₂ の粘度に関するもう1つの主な違い さまざまな研究におけるナノ流体は、流体がさまざまなせん断速度のニュートン流体であるかどうかということです。典型的なニュートン流体は、前述の図11にあります。ただし、表3から、結果の半分以上がTiO ₂ であることがわかります。 彼らの研究におけるナノ流体はニュートン流体ですが、他のいくつかは反対の結論に達します。レオロジー特性に関する研究により、TiO ₂ ナノ流体はニュートン挙動を示し、ベース流体のタイプ、温度、粒子負荷などの他の要因の影響も受けます。典型的な例は、Chen et al。の研究[64]にあり、TiO ₂ で作られた4種類のナノ流体の粘度を測定しました。 ナノ粒子（25 nm）およびTiO ₂ 水とEGに分散したナノチューブ（10nm×100nm）。彼らは、EG–TiO ₂ ナノ流体はニュートン挙動を示しましたが、水-TiO ₂ 、水-TNT、およびEG-TNTナノ流体は、非ニュートン挙動を示しました。彼らは、TiO ₂ のレオロジー挙動を示しました。 ナノ流体は、粒子の形状や液体の状況など、特定の成分や環境の影響を受けます。 TiO ₂ のレオロジー特性 ナノ流体も温度に関係しています。 Yapici etal。 [118]は、9 wt。％TiO ₂ のレオロジー特性を調査しました。 –温度に対して異なる界面活性剤を含む水ナノ流体。結果を図12に示します。ベース流体PEGは、あらゆる種類の温度で典型的なニュートン流体であることがわかります。ただし、TiO ₂ –PEG200ナノ流体は、低温および高せん断速度ではほぼニュートン流体でしたが、高温および低せん断速度では非ニュートン流体に変化しました。また、Said et al。の結果[94]では、TiO ₂ 0.1 vol。％の負荷のナノ流体は55°Cでニュートン流体でしたが、0.3 vol。％の粒子負荷ではこの温度未満では非ニュートン流体でした。

5 wt。％TiO ₂ の温度の関数としての粘度のせん断速度依存性 –PEG200ナノ流体[118]。 Springerの許可を得て複製

実行時間の影響

ナノ流体が実際に実行中のシステムで使用される場合、ナノ流体の時間依存特性は、持続可能なアプリケーションにとって重要な問題になるはずです。しかし、この問題は、ナノ流体の開発に欠陥があるため、広く研究されていません。一般に、ナノ流体の熱的およびレオロジー的特性は、システム内で長時間実行された後のナノ粒子の凝集のために劣化すると考えられています。ただし、逆の結果として、TiO ₂ の時間依存粘度が発生します。 ナノ流体は、Said etal。の研究[94]で観察できます。 TiO ₂ の粘度に関する結果 –体積負荷と温度、および実行時間が異なる水ナノ流体を図13に示します。平板ソーラーコレクターで1か月間実行した後の、新鮮なサンプルと古いサンプルの粘度が明らかに異なっていることがわかります。 TiO ₂ の粘度 ナノ流体は、サイクル内の温度と流量の代替変化を受けた後に減少しました。この観察は非常に興味深く、文献の他のどこにも説明できませんでした。彼らは、この発見が長期使用のためのナノ流体の応用のための新しい研究範囲を開くことができると考えました。

TiO ₂ の粘度 –さまざまな体積濃度とさまざまな温度の水ナノ流体[94]。エルゼビアの許可を得て複製

TiO ₂ の粘度の不一致 ナノ流体は非常に明白です。 TiO ₂ の粘度の成長強度 粒子負荷のあるナノ流体は、さまざまな研究で大きく異なります。また、TiO ₂ の粘度に対する温度、ベース流体、および界面活性剤の影響については、まだ普遍的な合意はありません。 ナノ流体。さらに、ナノ流体の粘度に関する最大の論争は、ナノ流体がニュートン流体であるかどうかということです。表3の結果は、TiO ₂ のかなりの部分が 彼らの研究におけるナノ流体はニュートン流体ですが、他のいくつかは非ニュートン挙動を示します。異なるサンプルでの顕著な違いは、主にレオロジー特性に対する複雑な影響要因によるものです。せん断速度はレオロジー特性に大きな影響を与えることが証明されており、また、温度、せん断時間、粒子負荷、ベース流体の種類、粒子形状などの他の要因と組み合わされており、かなり困難です[124]。実験的手段を除いて、ナノ流体がニュートン流体であるかどうかを予測するため。

ナノ流体の表面張力

TiO ₂ の表面張力に関する研究 –h ₂ Oナノ流体は、熱伝導率や粘度よりもはるかに低くなります。いくつかの結果は、TiO ₂ を追加することを示しました ナノ粒子は、ナノ流体の表面張力にほとんど影響を与えませんでした。 Liu etal。 [125]準備されたTiO ₂ –h ₂ 粒子サイズが11〜50 nmで、表面張力がTiO ₂ のOナノ流体 –h ₂ Oナノ流体を実験的に調べた。彼らは、ナノ流体（1％質量分率）の表面張力が脱イオン水と比較してわずか1.6％しか増加しなかったため、粒子負荷の増加に伴って表面張力に明らかな変化がないことを発見しました。 Hu etal。 [126]は、TiO ₂ の表面張力を発見しました –h ₂ ナノ粒子を追加すると、Oナノ流体がわずかに増加します。そして、表面張力は温度の上昇とともに減少しました。 BuschmannとFranzke [127]は、TiO ₂ の大量の体積分率（5 vol。％）を追加しても、明らかな変化が発生しないことを発見しました。 水中のナノ粒子。 TianとWang [128]は、TiO ₂ の表面張力を測定しました。 –ジョリーバランスおよび早期剥離法による水ナノ流体。彼らは、TiO ₂ の表面張力挙動を発見しました。 –水ナノ流体は水と同じでした。表面張力は温度が上昇するにつれて減少しました。ただし、表面張力の変動はナノ粒子の含有量に関連しています。ナノ粒子の含有量が急激に増加すると、TiO ₂ の表面張力の低下率が低下します。 –水ナノ流体は遅くなります。ヤンら。 [129]は、ナノ粒子はほとんど効果がないが、界面活性剤の負荷が臨界ミセル濃度（CMC）を下回ると、界面活性剤がナノ流体の表面張力を大きく変化させる可能性があることを観察しました。そして彼らはこの外観を次のように説明しました：液体の表面張力に対する界面活性剤の効果はナノ粒子のそれよりはるかに大きいです。負荷がCMC未満の界面活性剤を含む流体にナノ粒子を添加すると、「遊離」界面活性剤がナノ粒子の表面に吸収されてから液体に浸され、液体の表面張力に対する界面活性剤の還元効果が弱まる可能性があります。

しかし、いくつかの結果は、ナノ粒子がナノ流体の表面張力に不可欠な役割を果たしていることも明らかにしました。 Chinnam etal。 [130]はAl ₂ の表面張力を測定しました O ₃ 、ZnO、TiO ₂ , and SiO₂ nanofluids with a mixture of 60% propylene glycol and 40% water as base fluids, respectively. They only used one average particle size of 15 nm for TiO₂ nanofluid due to limiting of manufacturer. They presented a single correlation as a function of volume loading and particle size as well as temperature for all the nanofluids by statistical analysis based on the experimental results. The experimental and fitting results related to TiO₂ nanofluids are shown in Fig. 14. It was observed that the surface tension of nanofluids decreased as the temperature and particle volume loading increase and the correlation perfectly fitted the experimental data. In addition, they also observed that the surface tension decreased as the particle size decrease for a certain loading and temperature of nanofluids except the ZnO nanofluid.

Variation of measured surface tension values of the TiO₂ nanofluids with temperature [130]. For different volumetric concentrations up to 1.5% and containing 15 nm particles.エルゼビアの許可を得て複製

Although the surface tension study of nanofluid is not as prevalent as studies in thermal conductivity or viscosity, surface tension is also an important parameter which can affect the film flow especially the initial infiltration of film and the probability of forming channel flow. Due to the effect of surfactant on surface tension of nanofluids is greater than nanoparticles, some researchers thought that the reduction in surface tension by surfactant SDBS can produce a superior enhancement of pool boiling performance in R141b-based nano-refrigerant [131].

Conclusions

The first part of the review focuses on the preparation and two properties viz. viscosity and surface tension of TiO₂ ナノ流体。 It can be concluded that although one-step method is expected to achieve better dispersion stability, the side effects of the one-step method such as producing by-product and requiring special solution environment seem more fatal because they severely restrict the application scope of nanofluids. Suitable treatments such as adding dispersant, adjusting pH values, and physical means (stirring and sonication) used singly or in combination can greatly improve the dispersion stability. And the two-step method is recommended to be employed with appropriate post-treatment for the preparation of TiO₂ ナノ流体。

Particle loading is positively correlated to the viscosity, but the effects of other factors are not unified. The viscosities greatly differ in different researches which make the viscosity models hard to predict the experimental value, and hence, the experimental mean is firstly recommended. The surface tension of TiO₂ nanofluids is more sensitive to surfactant than nanoparticles. The surfactant with low concentration is suggested to be used when it not brings obvious increase in viscosity and foaming ability due to the potential advantages such as reduction in surface tension and improvement in re-dispersible property.