Вплив домішок фулерену С60 на значення показника заломлення та температури фазових переходів технічного парафіну
DOI:
https://doi.org/10.18524/0367-1631.2022.60.267062Ключові слова:
технічний парафін, фулерен C60, розчин, показник заломлення, фазовий перехідАнотація
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
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
