##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Анотація
Дана робота присвячена комплексному експериментальному дослідженню питомої теплоємності порошків наночастинок оксиду міді (CuO) в температурному діапазоні від 20 до 120 °C. Актуальність дослідження продиктована розвитком технологій сонячної енергетики та необхідністю створення високоефективних термоакумулювальних матеріалів, властивості яких критично залежать від достовірності даних про теплоємність нанорозмірних включень. В якості об'єкта дослідження використано промисловий порошок наночастинок CuO із середнім діаметром частинок менше 50 нм і питомою поверхнею 65,38 м²/г. Експериментальні вимірювання виконані методом монотонного нагрівання в спеціально модернізованому адіабатному калориметрі об'ємом 165,54 см³, оснащеному системою вимірювання радіального градієнта температури зразка. Ключовою особливістю експериментальної установки є наявність капіляра, що дозволяє проводити вакуумну десорбцію домішок безпосередньо в процесі калориметричного досвіду. У роботі детально проаналізовано вплив сорбованої вологи на вимірювану «ефективну» теплоємність. Встановлено, що навіть при незначній вологості порошку (0,16%) процеси десорбції води викликають виражені ендотермічні ефекти, які в традиційних калориметричних дослідженнях (DSC) можуть бути помилково інтерпретовані як справжня теплоємність матеріалу. Проведено порівняння теплової поведінки зразків у відкритій термодинамічній системі (з безперервним вакуумним відкачуванням) і в замкнутій системі (герметичний калориметр). Показано, що в герметичних умовах вище 102 °C встановлюється квазірівноважний стан між зволоженим порошком і парою, що стабілізує значення швидкості нагрівання. Результати серії експериментів у відкритій системі продемонстрували, що багаторазова термічна дегазація дозволяє істотно знизити вплив побічних теплових ефектів. Виявлено, що в міру видалення вологи ефективна теплоємність нанопорошку CuO закономірно знижується, прагнучи до значень, характерних для об'ємного матеріалу (грубозернистого порошку), при цьому відхилення в фінальних тестах не перевищують сумарну похибку вимірювань, яка оцінена в 2-4%. Сформульовано висновок про те, що попередня високотемпературна дегідратація є обов'язковим етапом для отримання відтворюваних і фізично обґрунтованих даних про теплофізичні властивості нанопорошків
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Посилання
2. Tian, Y., & Zhao, C. Y. (2013). A review of solar collectors and thermal energy storage in solar thermal applications. Applied Energy, 104, 538-553.
3. Taylor, R. A., Phelan, P. E., Otanicar, T. P., Adrian, R. J., & Buongiorno, J. (2011). Nanofluid optical property characterization: towards efficient direct absorption solar collectors. Nanoscale Research Letters, 6(1), 225.
4. Das, S. K., Choi, S. U., Yu, W., & Pradeep, T. (2007). Nanofluids: Science and technology. John Wiley & Sons, 397.
5. Zhelezny, V., Ivchenko, D., Hlek, Y., Khliyeva, O., Zajdel, P., Shestopalov, K., Khliiev, N., & Grosu, Y. (2023). Effect of fullerene C60 on phase transition enthalpy of paraffin wax: Calorimetry and structural analysis. Journal of Energy Storage, 72, 108713.
6. Zhou, L. P., Wang, B. X., Peng, X. F., Du, X. Z., & Yang, Y. P. (2010). On the specific heat capacity of CuO nanofluid. Advances in mechanical engineering, 2, 172085.
7. Mahian, O., Kianifar, A., Kalogirou, S. A., Pop, I., & Wongwises, S. (2013). A review of the applications of nanofluids in solar energy. International Journal of Heat and Mass Transfer, 57(2), 582-594.
8. Al Shdaifat, M. Y., Zulkifli, R., Sopian, K., & Salih, A. A. (2020). Thermal and hydraulic performance of CuO/water nanofluids: a review. Micromachines, 11(4), 416.
9. Wang, L., Wu, M., Wu, D., Zhang, C., Zhu, Q., & Zhu, H. (2015). Optical absorption and photothermal conversion properties of CuO/H2O nanofluids. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 15(4), 3178-3181. https://doi.org/10.1166/jnn.2015.9657
10. Chen, N., Ma, H., Li, Y., Cheng, J., Zhang, C., Wu, D., & Zhu, H. (2017). Complementary optical absorption and enhanced solar thermal conversion of CuO-ATO nanofluids. Solar Energy Materials and Solar Cells, 162, 83-92.
11. Fang, J., & Xuan, Y. (2017). Investigation of optical absorption and photothermal conversion characteristics of binary CuO/ZnO nanofluids. RSC ad-vances, 7(88), 56023-56033.
12. Moghaieb, H. S., Amendola, V., Khalil, S., Chakrabarti, S., Maguire, P., & Mariotti, D. (2023). Nanofluids for direct-absorption solar collectors – DASCs: a review on recent progress and future perspectives. Nanomaterials, 13(7), 1232.
13. Negrescu, A. M., Killian, M. S., Raghu, S. N., Schmuki, P., Mazare, A., & Cimpean, A. (2022). Metal oxide nanoparticles: review of synthesis, characterization and biological effects. Journal of Functional Biomaterials, 13(4), 274.
14. Joudeh, N., & Linke, D. (2022). Nanoparticle classification, physicochemical properties, characte-rization, and applications: a comprehensive review for biologists. Journal of nanobiotechnology, 20(1), 262.
15. Schmid, G., & Fenske, D. (2010). Metal clusters and nanoparticles. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 368(1915), 1207-1210.
16. Ayesh, A. I. (2016). Metal/Metal‐Oxide Nanoclusters for Gas Sensor Applications. Journal of Nanomaterials, 2016(1), 2359019.
17. Spyrou, A. V., Zodhiates, K., & Deligiannakis, Y. (2025). Comparison of Single Atoms vs. Sub-Nanoclusters as Co-Catalysts in Perovskites and Metal Oxides for Photocatalytic Technologies. Nanomaterials, 15(3), 226.
18. Ahsan, F., Razmi, J., & Ladani, L. (2020). Ex-perimental measurement of thermal diffusivity, conductivity and specific heat capacity of metallic pow-ders at room and high temperatures. Powder Technology, 374, 648-657.
19. Guo, L., Li, Y., Song, W., He, B., Yang, M., & Zhu, L. (2022). Effect of humidity on the thermal properties of aluminum nanopowders with different surface coatings. Coatings, 12(8), 1147.
20. Cabaleiro, D., Gracia-Fernández, C., Legido, J. L., & Lugo, L. (2015). Specific heat of metal oxide nanofluids at high concentrations for heat transfer. International journal of heat and mass transfer, 88, 872-879.
21. Mondragón, R., Juliá, J. E., Cabedo, L., & Navarrete, N. (2018). On the relationship between the specific heat enhancement of salt-based nanofluids and the ionic exchange capacity of nanoparticles. Scientific reports, 8(1), 7532.
22. Riazi, H., Murphy, T., Webber, G. B., Atkin, R., Tehrani, S. S. M., & Taylor, R. A. (2016). Specific heat control of nanofluids: A critical review. International journal of thermal sciences, 107, 25-38.
23. Dudda, B., & Shin, D. (2013). Effect of nanoparticle dispersion on specific heat capacity of a binary nitrate salt eutectic for concentrated solar power applications. International journal of thermal sciences, 69, 37-42.
24. Shahrul, I. M., Mahbubul, I. M., Khaleduzzaman, S. S., Saidur, R., & Sabri, M. F. M. (2014). A comparative review on the specific heat of nanofluids for energy perspective. Renewable and sustainable energy reviews, 38, 88-98.
25. Schick, C., & Androsch, R. (2022). Fast scanning calorimetry. Thermal Analysis of Polymeric Materials: Methods and Developments, 1, 75-168.
26. Espinosa, S., Díaz, S., & Fornari, T. (2005). Extension of the group contribution associating equation of state to mixtures containing phenol, aromatic acid and aromatic ether compounds. Fluid phase equilibria, 231(2), 197-210.
27. Das, P. K., Santra, A. K., Ganguly, R., Dash, S. K., Muthusamy, S., Sha, M., & Sadasivuni, K. K. (2024). An extensive review of preparation, stabilization, and application of single and hybrid nanofluids. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 149 (17), 9523-9557.
28. Kole, M., & Dey, T. K. (2010). Viscosity of alumina nanoparticles dispersed in car engine coolant. Experimental Thermal and Fluid Science, 34(6), 677-683.
29. Zhelezny V., Borysov V, Kvasnytskyi B., Shumskyi О., Ivchenko D. (2024). Influence of fullerene C60 impurities on spectral light absorption coefficients in technical fluids. Physics of Aerodisperse Systems, 62, 48-56.
30. Zhelezny, V., Hlek, Y., Grosu, Y., Kvasnytskyi, B., & Ivchenko, D. (2024). Effect of Fullerene Additives on the Optical and Thermodynamic Properties of Eicosane. 2024 IEEE 14th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), 1-4.
31. Navrotsky, A. (2007). Calorimetry of nanoparticles, surfaces, interfaces, thin films, and multilayers. The Journal of Chemical Thermodynamics, 39(1), 1-9.
32. National Institute of Standards and Technology. (n.d.). Trimethylethylene. NIST Chemistry WebBook, SRD 69. Retrieved 24 October 2023, from https:// webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C1317380&Mask=2
33. Chen, J., Zhao, C. Y., & Wang, B. X. (2020). Effect of nanoparticle aggregation on the thermal radiation properties of nanofluids: an experimental and theoretical study. International Journal of heat and mass transfer, 154, 119690.
34. Singh, M., Lara, S. O., & Tlali, S. (2017). Effects of size and shape on the specific heat, melting entropy and enthalpy of nanomaterials. Journal of Taibah University for Science, 11(6), 922-929.
35. Wang, B. X., Zhou, L. P., & Peng, X. F. (2006). Surface and size effects on the specific heat capacity of nanoparticles. International journal of thermophysics, 27(1), 139-151.