Published March 28, 2011 | Version v1
Publication Open

Gold-ionic liquid nanofluids with preferably tribological properties and thermal conductivity

Creators

  • 1. Lanzhou Institute of Chemical Physics
  • 2. Chinese Academy of Sciences
  • 3. Shandong University

Description

Gold/1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (Au/[Bmim][PF6]) nanofluids containing different stabilizing agents were fabricated by a facile one-step chemical reduction method, of which the nanofluids stabilized by cetyltrimethylammonium bromide (CTABr) exhibited ultrahighly thermodynamic stability. The transmission electron microscopy, UV-visible absorption, Fourier transform infrared, and X-ray photoelectron characterizations were conducted to reveal the stable mechanism. Then, the tribological properties of these ionic liquid (IL)-based gold nanofluids were first investigated in more detail. In comparison with pure [Bmim][PF6] and the nanofluids possessing poor stability, the nanofluids with high stability exhibited much better friction-reduction and anti-wear properties. For instance, the friction coefficient and wear volume lubricated by the nanofluid with rather low volumetric concentration (1.02 × 10-3%) stabilized by CTABr under 800 N are 13.8 and 45.4% lower than that of pure [Bmim][PF6], confirming that soft Au nanoparticles (Au NPs) also can be excellent additives for high performance lubricants especially under high loads. Moreover, the thermal conductivity (TC) of the stable nanofluids with three volumetric fraction (2.55 × 10-4, 5.1 × 10-4, and 1.02 × 10-3%) was also measured by a transient hot wire method as a function of temperature (33 to 81°C). The results indicate that the TC of the nanofluid (1.02 × 10-3%) is 13.1% higher than that of [Bmim][PF6] at 81°C but no obvious variation at 33°C. The conspicuously temperature-dependent and greatly enhanced TC of Au/[Bmim][PF6] nanofluids stabilized by CTABr could be attributed to micro-convection caused by the Brownian motion of Au NPs. Our results should open new avenues to utilize Au NPs and ILs in tribology and the high-temperature heat transfer field.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم تصنيع الموائع النانوية الذهبية/1 -بيوتيل-3 -ميثيل إيميدازوليوم سداسي فلورو الفوسفات (Au /[ Bmim][PF6]) المحتوية على عوامل تثبيت مختلفة بواسطة طريقة اختزال كيميائية سهلة من خطوة واحدة، والتي أظهرت الموائع النانوية المستقرة بواسطة بروميد سيتيلتري ميثيل أمونيوم (CTABr) ثباتًا ديناميكيًا حراريًا فائقًا. تم إجراء الفحص المجهري الإلكتروني للإرسال، والامتصاص المرئي للأشعة فوق البنفسجية، وتحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء، وخصائص الإلكترونات الضوئية بالأشعة السينية للكشف عن الآلية المستقرة. بعد ذلك، تم التحقيق لأول مرة في الخصائص الثلاثية لهذه السوائل النانوية الذهبية القائمة على السائل الأيوني (IL) بمزيد من التفصيل. بالمقارنة مع [Bmim][PF6] النقي والسوائل النانوية التي تتمتع بثبات ضعيف، أظهرت السوائل النانوية ذات الثبات العالي خصائص أفضل بكثير لتقليل الاحتكاك ومقاومة التآكل. على سبيل المثال، يكون معامل الاحتكاك وحجم التآكل المشحم بواسطة السائل النانوي بتركيز حجمي منخفض إلى حد ما (1.02 × 10-3 ٪) مستقر بواسطة CTABr تحت 800 نيوتن أقل بنسبة 13.8 و 45.4 ٪ من [Bmim][PF6] النقي، مما يؤكد أن الجسيمات النانوية الناعمة (Au NPs) يمكن أن تكون أيضًا إضافات ممتازة لمواد التشحيم عالية الأداء خاصة تحت الأحمال العالية. علاوة على ذلك، تم أيضًا قياس الموصلية الحرارية (TC) للسوائل النانوية المستقرة بثلاثة أجزاء حجمية (2.55 × 10-4، 5.1 × 10-4، و 1.02 × 10-3 ٪) بطريقة السلك الساخن العابر كدالة لدرجة الحرارة (33 إلى 81 درجة مئوية). تشير النتائج إلى أن TC للسائل النانوي (1.02 × 10-3 ٪) أعلى بنسبة 13.1 ٪ من [Bmim] [PF6] عند 81 درجة مئوية ولكن لا يوجد اختلاف واضح عند 33 درجة مئوية. يمكن أن يعزى اعتماد TC المعتمد على درجة الحرارة بشكل واضح والمعزز بشكل كبير للسوائل النانوية Au /[ Bmim][PF6] المستقرة بواسطة CTABr إلى الحمل الحراري الدقيق الناجم عن الحركة البراونية لـ Au NPs. يجب أن تفتح نتائجنا طرقًا جديدة للاستفادة من الجسيمات النانونية والألياف الضوئية في علم الثلاثي ومجال نقل الحرارة عالي الحرارة.

Translated Description (French)

Les nanofluides d'or/1-butyl-3-méthylimidazolium hexafluorophosphate (Au/[Bmim][PF6]) contenant différents agents stabilisants ont été fabriqués par une méthode facile de réduction chimique en une étape, dont les nanofluides stabilisés par le bromure de cétyltriméthylammonium (CTABr) présentaient une stabilité thermodynamique ultra-élevée. La microscopie électronique à transmission, l'absorption UV-visible, l'infrarouge à transformée de Fourier et les caractérisations photoélectroniques aux rayons X ont été menées pour révéler le mécanisme stable. Ensuite, les propriétés tribologiques de ces nanofluides d'or à base de liquide ionique (IL) ont d'abord été étudiées plus en détail. En comparaison avec le [Bmim][PF6] pur et les nanofluides possédant une faible stabilité, les nanofluides à haute stabilité présentaient de bien meilleures propriétés de réduction du frottement et anti-usure. Par exemple, le coefficient de frottement et le volume d'usure lubrifiés par le nanofluide à concentration volumétrique plutôt faible (1,02 × 10-3%) stabilisé par CTABr sous 800 N sont inférieurs de 13,8 et 45,4% à celui du [Bmim][PF6] pur, confirmant que les nanoparticules d'Au doux (Au NPs) peuvent également être d'excellents additifs pour les lubrifiants haute performance, en particulier sous des charges élevées. De plus, la conductivité thermique (TC) des nanofluides stables avec trois fractions volumétriques (2,55 × 10-4, 5,1 × 10-4 et 1,02 × 10-3%) a également été mesurée par une méthode de fil chaud transitoire en fonction de la température (33 à 81°C). Les résultats indiquent que la CT du nanofluide (1,02 × 10-3%) est supérieure de 13,1% à celle de [Bmim][PF6] à 81°C mais pas de variation évidente à 33°C. La CT manifestement dépendante de la température et grandement améliorée des nanofluides Au/[Bmim][PF6] stabilisés par CTABr pourrait être attribuée à la micro-convection causée par le mouvement brownien des NP d'Au. Nos résultats devraient ouvrir de nouvelles voies pour utiliser les NP d'Au et les IL en tribologie et dans le domaine du transfert de chaleur à haute température.

Translated Description (Spanish)

Los nanofluidos de hexafluorofosfato de oro/1-butil-3-metilimidazolio (Au/[Bmim][PF6]) que contienen diferentes agentes estabilizantes se fabricaron mediante un método de reducción química fácil de una sola etapa, cuyos nanofluidos estabilizados por bromuro de cetiltrimetilamonio (CTABr) exhibieron una estabilidad termodinámica ultraalta. Se realizaron las caracterizaciones de microscopía electrónica de transmisión, absorción UV-visible, transformada de Fourier infrarroja y fotoelectrones de rayos X para revelar el mecanismo estable. Luego, las propiedades tribológicas de estos nanofluidos de oro a base de líquido iónico (IL) se investigaron primero con más detalle. En comparación con [Bmim][PF6] puro y los nanofluidos que poseen poca estabilidad, los nanofluidos con alta estabilidad exhibieron propiedades de reducción de la fricción y antidesgaste mucho mejores. Por ejemplo, el coeficiente de fricción y el volumen de desgaste lubricado por el nanofluido con una concentración volumétrica bastante baja (1.02 × 10-3%) estabilizado por CTABr bajo 800 N son 13.8 y 45.4% más bajos que el de [Bmim][PF6] puro, lo que confirma que las nanopartículas de Au blandas (Au NP) también pueden ser excelentes aditivos para lubricantes de alto rendimiento, especialmente bajo cargas altas. Además, la conductividad térmica (TC) de los nanofluidos estables con tres fracciones volumétricas (2.55 × 10-4, 5.1 × 10-4 y 1.02 × 10-3%) también se midió mediante un método de alambre caliente transitorio en función de la temperatura (33 a 81 ° C). Los resultados indican que el TC del nanofluido (1.02 × 10-3%) es 13.1% mayor que el de [Bmim][PF6] a 81°C pero sin variación obvia a 33°C. El TC notablemente dependiente de la temperatura y muy mejorado de los nanofluidos Au/[Bmim][PF6] estabilizados por CTABr podría atribuirse a la microconvección causada por el movimiento browniano de los NP de Au. Nuestros resultados deberían abrir nuevas vías para utilizar Au NP e IL en tribología y el campo de transferencia de calor a alta temperatura.

Files

1556-276X-6-259.pdf.pdf

Files (3.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:6d8122b872c34880400c4bdb64d53a5a
3.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
السوائل النانوية السائلة الأيونية الذهبية ذات الخصائص الثلاثية المفضلة والتوصيل الحراري
Translated title (French)
Nanofluides liquides ioniques d'or ayant de préférence des propriétés tribologiques et une conductivité thermique
Translated title (Spanish)
Nanofluidos líquidos iónicos de oro con propiedades preferiblemente tribológicas y conductividad térmica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2135066196
DOI
10.1186/1556-276x-6-259

Is supplement to
https://openalex.org/W3150003624 (Other)
https://openalex.org/W3095291729 (Other)
https://openalex.org/W2886903305 (Other)
https://openalex.org/W2809186558 (Other)
https://openalex.org/W2754636322 (Other)
https://openalex.org/W2386990078 (Other)
https://openalex.org/W2078474608 (Other)
https://openalex.org/W2063777876 (Other)
https://openalex.org/W2024765852 (Other)
https://openalex.org/W1938556690 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1969596863
  • https://openalex.org/W1970811355
  • https://openalex.org/W1970831593
  • https://openalex.org/W1972067347
  • https://openalex.org/W1982161876
  • https://openalex.org/W1985400737
  • https://openalex.org/W1992083269
  • https://openalex.org/W1993775517
  • https://openalex.org/W1994077645
  • https://openalex.org/W2000944326
  • https://openalex.org/W2012068140
  • https://openalex.org/W2016386616
  • https://openalex.org/W2020194070
  • https://openalex.org/W2027006268
  • https://openalex.org/W2031255714
  • https://openalex.org/W2039091805
  • https://openalex.org/W2043592906
  • https://openalex.org/W2057322255
  • https://openalex.org/W2067061954
  • https://openalex.org/W2071791957
  • https://openalex.org/W2077228161
  • https://openalex.org/W2083002205
  • https://openalex.org/W2085463797
  • https://openalex.org/W2088100868
  • https://openalex.org/W2090158145
  • https://openalex.org/W2120966911
  • https://openalex.org/W2152519295
  • https://openalex.org/W2162782628
  • https://openalex.org/W2563302130
  • https://openalex.org/W3023319571
  • https://openalex.org/W4361867980