成果報告書詳細
管理番号20110000001059
タイトル平成20年度~平成22年度成果報告書 「グリーンネットワーク・システム技術研究開発プロジェクト(グリーンITプロジェクト)/エネルギー利用最適化データセンタ基盤技術の研究開発/最適抜熱方式の検討とシステム構成の開発/冷却ネットワークとナノ流体伝熱による集中管理型先進冷却システムの開発」1
公開日2011/10/12
報告書年度2008 - 2010
委託先名国立大学法人宇都宮大学
プロジェクト番号P08017
部署名エネルギー対策推進部
和文要約電子機器冷却高性能用伝熱流体(ナノ流体)への適用を目標に、マイクロ波加熱ポリオール法によるポリビニルピロリドン(PVP)被覆銀ナノ粒子分散液の液相合成と、液相還元によるポリエチレンイミン被覆金ナノ流体の合成について、それぞれ検討を行った。銀ナノ流体に関して、得られたエチレングリコースベース分散液には、平均粒子径40-60の球状銀ナノ粒子、200-300nm径の平板状銀ナノフレークまたは70-100nm径、10-20μm長の銀ナノワイヤをそれぞれ主成分とする銀ナノ構造体が含まれていた。これらナノ構造体の形状、サイズはマイクロ波加熱プロファイル、PVP濃度、形状調整剤であるNaCl濃度などの合成条件によって制御出来ることが分かった。得られた各種銀ナノ流体の動的光散乱や表面プラズモン吸収スペクトルの測定結果から、このナノ流体が単分散状態を保ちながら表記に渡って安定な分散状態をとることが分かった。マイクロ波発振モード可変ユニットを設置したシングルモード高出力マイクロ波加熱装置を用いることで、従来のマイクロ波加熱より短時間に粒子状、フレーク状およびワイヤ状の銀ナノ構造体を主成分とする銀ナノ流体の合成に成功した。一方、金ナノ流体は平均粒子径10nmであり、非情に単分散性にすぐれ、かつ金ナノ粒子表面のゼータ電位が正である、特徴的な性質を持つことが分かった。沸騰2相流伝熱への適用可能なフッ素化炭化水素系(FC)溶媒ベースナノ流体として有望な溶液系として、多成分系FCナノ流体の開発に成功した。各種銀ナノ構造体を含む銀ナノ流体の熱伝導率の高精度測定を目標に、非定常細線加熱法プローブに20nm以下の膜厚を持つ種々の絶縁性自己組織化有機超薄膜を被覆する方法を考案した。従来法に比べ数%以下の誤差範囲で再現性よく熱伝導率の測定が実施出来ることを明らかにした。この測定により銀ナノ流体を構成する銀ナノ粒子、ナノプレート、ナノワイヤ等の構造と大きさの違いが銀ナノ流体の有効熱伝導率に及ぼす影響を定量的に把握することが可能となった。1-ブタノールまたは1-ノナノールを含むSelf-rewetting流体およびナノself-rewetting流体の静的、動的表面張力測定結果から、正の表面張力温度依存性が発現する40℃~60℃の温度領域において、銀ナノ粒子、銀ナノフレークあるいは銀ナノワイヤが共存することで、温度に対する正の表面張力勾配がベース流体に比べて著しく増大することが明らかになった。一方で金ナノ流体に長鎖アルキルアルコールを添加した系では、銀ナノ流体の場合と異なり、表面張力勾配はベース流体とほぼ等しい挙動を示した。このことから、銀ナノself-rewetting流体で発現する特異な表面張力特性が、負に帯電した銀ナノ粒子とアルコールの静電的相互作用により生じることがわかった。
英文要約Title: Research and Development Project for Green Network/System Technology (Green IT Project) / Research and Development of Fundamental Technology for Data Centers to Optimize Energy Use / Studies on Optimal Heat Removal Methods and System Configuration Development / Development of Advanced Integrated Thermal Management System with Cooling Network and Nanofluid Heat Transfer Enhancement (FY2009-FY2011) Final Report
Synthesis of polyvinylpyrrolidone (PVP) capped silver nanoparticles and polyethyleneimine (PEI) capped gole nanoparticles dispersions as high performance heat transfer fluids (nano-fluids) for electric device cooling system has been investigated. Obtained ethylene glycol dispersions of silver nanomaterials by microwave-assisted liquid phase reduction method contained varied shaped 40-60 nm in diameter spherical nanoparticles, 200-300 nm plate-like nanoflakes, and 10-20 micrometer in length 70-100 nm in diameter nanowires. These shapes could be controlled by synthesis conditions such as concentrations and average molecular weight of silver surface capping reagent PVP, existence of nanoparticle etching reagent, NaCl, and temperature rising rate of microwave reactor. One the other hand, the size of obtained gold spherical nanoparticles is less than 10 nm and very well monodispersed. The compositions of metallic nanomaterials in dispersant were also checked by using dynamic light scattering (DLS) and UV-VIS surface plasmon resonance (SPR) spectra and these dispersions were stable for several months. The thermal conductivities of uniformly dispersed silver nanofluid synthesized by liquid reduction method were measured by using transit thin hot wire (THW) method. In the present measurement apparatus, a platinum thin wire coated with three different types of organic ultra-thin films (< 20 nm thickness) by using self-assembled monolayer techniques was used as a heating element and a resistance thermometer. Comparing with obtained values of thermal conductivities by using bare platinum wire, high quality thermal conductivity measurement could be achieved by using these organic insulator coated platinum thin wire because of minimizing electrical leakage of nanofluid in measurement cell. Also, the thermal conductivity of silver nanofluids containing spherical nanoparticle, nano plate or nanowire were measured by using the insulated platinum thin wire, and the influence of size and shape of the silver nanosized materials on the thermal conductivities was discussed. The static and dynamic surface tension characteristics of small amount of long-chain alcohol containing polyvinylpyrrolidone (PVP)-capped silver nanofluid synthesized by the liquid phase reduction method have been investigated experimentally. In the case of dilute aqueous solution of 1-butanol or 1-nonanol without silver nanoparticle, it was found that the temperature at which the surface tension temperature dependencies turns negative to positive is around 40-60 Celsius. On the other hand, coexisting silver nanoparticle, nanoflake or nanowire resulted in significantly increased the surface tension gradient with temperature around 40-60 Celsius comparing with the base solutions.
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