Вплив домішок фулерену С60 на значення показника заломлення та температури фазових переходів технічного парафіну

Автор(и)

  • Я.О. Глек Одеська національна академія харчових технологій, Ukraine
  • Д.О. Івченко Одеська національна академія харчових технологій, Ukraine
  • О.Я. Хлієва Національний університет "Одеська морська академія", Ukraine
  • В.П. Желєзний Одеська національна академія харчових технологій, Ukraine
  • Ю.О. Желіба Одеська національна академія харчових технологій, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.18524/0367-1631.2022.60.267062

Ключові слова:

технічний парафін, фулерен C60, розчин, показник заломлення, фазовий перехід

Анотація

Технічний парафін, як матеріал з фазовим переходом, є  перспективним для його застосування у термоакумулювальних системах. Однак його широке впровадження обмежене низькою теплопровідністю. Згладити цей недолік можна за рахунок додавання до парафіну фулерену C60. Тому система парафін/С60 є перспективною для дослідження її властивостей.

У роботі наведено результати експериментального дослідження показника заломлення розчинів С60 у технічному парафіні з температурою плавлення 52...54 °С у діапазонах концентрацій 0...0,052 мас. % С60 та температур 41…65°С. Відзначено складний характер концентраційної залежності показника заломлення на ізотермах для досліджуваної термодинамічної системи як в рідкій фазі, так й в твердій. Наведено дані про вплив концентрації С60 у парафіні на температури початку та кінця його фазового переходу. Показано, що в інтервалі концентрацій 0…0.01 мас. % С60 в парафіні температури початку та кінця фазового переходу зменшуються, при вмісті С60 0.01…0.04 мас. % - збільшуються (перевищуючи ці показники для парафін), а з підвищенням вмісту С60більш ніж 0.04 мас. % - знову зменшуються.

Отримані ефекти зменшення та збільшення показника заломлення на ізотермах та температур початку та кінця кристалізації парафіну пов'язані зі структурними перетвореннями в парафіні в присутності С60. На думку авторів, причиною екстремальної поведінки концентраційної залежності показника заломлення об’єктів дослідження є вплив С60 на величину флуктуацій густини та квазікристалічну структуру рідкої та твердої фази. Ці структурні перетворення у парафіні, у свою чергу, призводять до аналогічних змін концентраційних залежностях температур початку та кінця фазових переходів об’єктів дослідження.

Посилання

Grosu Y., Zhao Y., Giacomello A., Meloni S., Dauvergne J. L., Nikulin A., ...&Faik A. Hierarchical macro-nanoporous metals for leakage-free high-thermal conductivity shape-stabilized phase change materials. Applied Energy.2020. Vol. 269. 115088. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115088

KhliyevaO.Ya., Zhelezny V.P., Nikulin A.G., Lapardin M., Ivchenko D.O., Palomo del Barrio E. Paraffin wax enhanced with carbon nanostructures as phase change materials: preparation and thermal conductivity measurement. 2021 IEEE 11th International Conference on “Nanomaterials: Applications & Properties” (NAP-2021).Odesa, Ukraine, Sept. 5-11, 2021. https://doi.org/10.1109/NAP51885.2021.9568522

HlekYa., Khliyeva O., Ivchenko D., Lapardin N., Khalak V., Zhelezny V. Express method of experimental study of carbon nanostructures effect on paraffin wax caloric properties, Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies, 2022, Vol. 20 (3), in press.

Mchedlov-Petrossyan N. O. Fullerenes in Liquid Media: An Unsettling Intrusion into the Solution Chemistry. Chem. Rev. 2013.Vol. 113 (7). P. 5149–5193. https://doi.org/10.1021/cr3005026

Tao Y. B., Lin C. H., He Y. L. Preparation and thermal properties characterization of carbonate salt/carbon nanomaterial composite phase change material. Energy Convers. Manage. 2015. Vol. 97. P. 103-110. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.03.051

Pielichowska K., Pielichowski K. Crystallization behaviour of PEO with carbon-based nanonucleants for thermal energy storage. Thermochimicaacta.2010. Vol.510(1-2). P. 173-184. https://doi.org/10.1016/j.tca.2010.07.012

Ioffe B. V. Refractometric methods in chemistry. Khimiya: Leningrad. 1983. 352 p. (in Russian)

Johnson J. F. Phase transformations in commercial paraffin waxes, Industrial & Engi-neering Chemistry. 1954.Vol. 46(5). P. 1046-1048. https://doi.org/10.1021/ie50533a062

Kuryakov V. N., Ivanova D. D., Tkachenko A. N., Sedenkov P. N. Determination of phase transition temperatures (melting, crystallization, rotator phases) of n-alkanes by the optical method. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 848, N 1. https://doi.org/10.1088/1757-899X/848/1/012044

Han W., Rebow M., Lian X., Liu D., Farrell G., Wu Q., Ma Y., SemenovaY. SNS optical fiber sensor for direct detection of phase transitions in C18H38 n-alkane material. Exp. Therm. Fluid Sci. 2019.Vol. 109. 109854. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2019.109854

Ruoff R. S., Tse D. S., Malhotra R., Lorents D. C. Solubility of fullerene (C60) in a va-riety of solvents. J. Phys. Chem. 1993. Vol. 97 (13). P. 3379–3383. https://doi.org/10.1021/j100115a049

Lamosa R. A., Motovoy I., Khliiev N., Nikulin A., ... & del Barrio Elena P. Tetralin+ fullerene C60 solutions for thermal management of flat-plate photovoltaic/thermal col-lector. Energy Convers. Manage. 2021. Vol. 248. 114799. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114799

Zhelezny V. P., Khanchych K. Y., Motovoy I. V., Nikulina A. S. On the nonmonotonous behavior of the thermal properties of fullerene C60/o-xylene solutions.J. Mol. Liq. 2021. Vol. 338. 116629. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116629

Zhelezny V., Motovoy I., Khanchych K., Sechenyh V., Hlek Y. Temperature and con-centration dependencies of the saturated vapor pressure for the solutions of nanoparti-cles AL2O3 in isopropanol and fullerenes C60 in o-xylene. J. Mol. Liq. 2020. Vol. 319.114362. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114362

Zhelezny V. P., Khanchych K. Y., Motovoy I. V., Nikulina A. S. Viscous behaviour of o-xylene/fullerene C60 solutions. J. Mol. Liq.2021.Vol. 328.115416. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.115416

Semenov K.N., Charykov N.A., Keskinov V.A., Piartman A.K., Blokhin A.A., Kopyrin A.A., Solubility of light fullerenes in organic solvents.J. Chem. Eng. Data.2010. Vol. 55(1).P. 13-36. https://doi.org/10.1021/je900296s

Ginzburg B.M., Tuichiev S., Tabarov S.K., Formation of zero density regions during the dissolving of C60 and C70.J. Macromol. Sci. Part B.2013. Vol. 52 (6).P. 773-787. http://doi.org/10.1080/00222348.2012.721654

Ginzburg B.M., Tuichiev S., Tabarov S.K., Concentration-dependent variations in the density of C60 fullerene solutions in aromatic solvents.Tech. Phys. Lett. 2007. Vol. 33(8).P. 639-640. http://doi.org/10.1134/s1063785007080044

Ginzburg B.M., Tuichiev S., Rashidov D., Sodikov F.H., Tabarov S.H., Shepelevskii A.A., Step-wise concentration influence of fullerenes C60 and C70 on the various parameters of condensed systems, J. Macromol. Sci. Part B.2015. Vol. 54 (5).P. 533-543. http://dx.doi.org/10.1080/00222348.2015.1010635

Amer M.S., Bennet M., Maguire J.F., A Brillouin scattering study of C60/toluene mix-tures.Chem. Phys. Lett.2008. Vol. 457 (4-6).P. 329-331. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2008.04.015

Michaelides E.E.S., Nanofluidics: thermodynamic and transport properties. Springer International Publishing: Switzerland. 2014. 335 p. http://doi.org/10.1007/978-3-319-05621-0

Rashidi M. M., Nazari M. A., Mahariq I., Assad M. E. H., Ali M. E., Almuzaiqer R., ...&Murshid N. Thermophysical properties of hybrid nanofluids and the proposed models: An updated comprehensive study. Nanomaterials. 2021. Vol. 11(11). 3084. https://doi.org/10.3390/nano11113084

FrenkelYa.I., Kinetic theory of liquids.Nauka: Leningrad. 1975. 592 p. (in Russian)

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-12-15

Номер

Розділ

Теплофізика дисперсних систем