調製聰明的奈米流體
- 上線日期：2009/4/24 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
傳統流體因加熱產生對流時，對流胞在流體表面會穩定排成六角圖案。最近義大利學物理學家發現，在水中加入均勻分佈的特殊奈米微粒，熱傳速率會比微粒聚集在熱源附近時大，對流圖案也不穩定，而且還可以透過微粒的初始排列來開啟或停止對流。
流體的熱交換主要是透過傳導(conduction)與對流(convection)；傳導是藉由分子彼此碰撞交換能量來傳熱，對流則是流體因溫度不同而產生密度變化，冷暖流體的下沉上升流動導致熱能的交換。科學家認為在流體中添加趨熱性(thermophilic)奈米微粒，這些粒子會被吸引至較溫暖的區域，導致對流的中止。不過最近米蘭大學的Alberto Vailati等人的研究結果卻顯示，如果粒子一開始是在垂直方向均勻分布，奈米流體未必會對流。
Vailati等人將含4%的類鐵氟龍塑膠奈米微粒水溶液，夾在透明藍寶石玻片間厚3 mm的碟型小室中。為了抵銷重力的影響，他們讓上下玻片保持3 K的溫差達三天，以便使奈米微粒均勻分布。接著他們加熱下玻片，並利用陰影作圖法(shadowgraph)由上方觀察流體密度的變化。
起初奈米流體產生類似普通水的穩定對流圖案，但隨即出現水平方向的滾動與波紋，若溫差夠大，此振盪式的對流將持續下去；採用矽奈米微粒也有相同情形。由於結果與理論預測的穩定對流圖案不符，該小組質因而質疑理論需要修正以涵蓋更複雜的交互作用。
該團隊也發現，相較於一開始讓奈米顆粒聚集在底部熱源所產生的靜止傳導態(conducting state)，處於對流態(convecting state)的流體能由下坡片傳送更多的熱至上玻片。由於大部分的傳熱系統都是儘可能地散熱，因此Vailati認為具有兩種熱傳速率的流體具有實用價值，或許可以製成聰明的流體，實現控制下的加熱或冷卻。
原始網站: http://focus.aps.org/story/v23/st9
譯者:劉翼綱(彰化師範大學物理系)
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