Nghiên cứu chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano cacbon cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ  NGUYỄN MẠNH HỒNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-CACBON CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số : 9.44.01.23 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI – 2018 Cơng trình hồn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS Phan Ngọc Minh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sỹ, họp Học viện Khoa học Công nghệ-Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi ngày tháng năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án thƣ viện: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính chấp thiết luận án Các trang thiết bị xe chở khí tài quân sự, xe tăng, xe thiết giáp, tàu thủy thiết bị nòng cốt quân đội Việc gia tăng độ bền, tuổi thọ công suất hoạt động động xe chở khí tài, xe tăng, xe thiết giáp, tàu thủy có ý nghĩa quan trọng Một số nghiên cứu giới cho thấy việc sử dụng vật liệu CNTs vào dầu tản nhiệt giúp làm giảm hệ số ma sát động cơ, tăng độ dẫn nhiệt qua nâng cao hiệu suất hoạt động động cơ, tiết kiệm nhiên liệu đặc biệt nâng cao độ bền, tuổi thọ cho động Các sản phẩm dầu tản nhiệt đặc chủng dùng quân đội sử dụng vật liệu nano cacbon chế tạo Hoa Kỳ, số nước Châu Âu, Hàn Quốc, không thương mại hóa Vì vậy, việc làm chủ cơng nghệ để tự sản xuất nước vấn đề cần thiết có chiến tranh xảy ra, việc nhập dầu bơi trơn trở nên khó khăn Từ tình hình thực tế đó, chúng tơi lựa chọn đề tài: "Nghiên cứu chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon cho động đốt thiết bị quân sự" làm đề tài nghiên cứu cho luận án Mục tiêu nghiên cứu luận án – Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt sử dụng ống nano-cacbon từ dầu gốc – Xây dựng mơ hình truyền nhiệt động sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt có thành phần CNTs đánh giá số tính chất dầu tản nhiệt – Ứng dụng dầu bôi trơn tản nhiệt cho động đốt thiết bị quân Các nội dung nghiên cứu luận án – Chế tạo dầu bơi trơn tản nhiệt sử dụng vật liệu ống nanocacbon – Đo đạc, đánh giá cấu trúc khảo sát tính chất lý, nhiệt, điện vật liệu tản nhiệt chế tạo – Tính tốn, xây dựng mơ hình tản nhiệt động đốt sử dụng dầu bơi trơn tản nhiệt có chứa ống nano-cacbon so sánh với kết thực nghiệm – Nghiên cứu thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chế tạo cho động đốt số thiết bị quân – Trên sở thực nghiệm tính tốn có được, tiến hành tối ưu hóa điều kiện cơng nghệ chế tạo đồng thời định hướng ứng dụng thực tiễn dầu bôi trơn tản nhiệt chế tạo Bố cục luận án Luận án gồm 142 trang: Mở đầu - 04 trang; Chương 1: Tổng quan chất lỏng chứa nano cacbon – 39 trang; Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm – 10 trang; Chương 3: Kết chế tạo dầu tản nhiệt chứa nano cacbon – 31 trang; Chương 4: Ứng dụng dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon cho động đốt thiết bị quân - 41 trang; Kết luận chung – 02 trang; Danh mục cơng trình công bố - 03 trang; Tài liệu tham khảo – 11 trang Những đóng góp luận án - Đã làm chủ công nghệ chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon sở dầu gốc PAO sử dụng cho động đốt thiết bị quân - Đã chế tạo loại dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nanocacbon sử dụng cho động đốt tàu thủy cỡ nhỏ, xe tăng, xe thiết giáp xe chở khí tài quân - Đã tiến hành thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nanocacbon cho động đốt thiết bị quân với hiệu suất cao, tiết kiệm nhiên liệu từ 10-15%, tăng tuổi thọ dầu lên lần so với dầu thông thường giảm ma sát CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CHẤT LỎNG CHỨA ỐNG NANO-CACBON 1.1 Tổng quan ống nano-cacbon 1.1.1 Giới thiệu ống nano-cacbon Vật liệu nano cacbon vật liệu có kích thước nano nghiên cứu có khả ứng dụng cao, thường tồn hai dạng: Ống nano-cacbon (CNTs) sợi nano cacbon (CNF) Năm 1991 Sumio Iijma làm việc hãng NEC (Nhật) phát tinh thể nhỏ dạng ống rỗng đường kính ống vào cỡ 1,4 nm cịn dài đến vài µm chí milimet Ngay sau đó, phát cơng bố tạp chí Nature người ta gọi ống nano cacbon (CNTs) 1.1.2 Cấu trúc tính chất ống nano-cacbon Bản chất liên kết ống nano cacbon giải thích xen phủ orbital Liên kết hóa học ống nano cacbon cấu thành hoàn tồn liên kết sp2, tương tự than chì Cấu trúc liên kết mạnh liên kết sp3 kim cương, tạo phân tử có độ bền đặc biệt Các ống nano cacbon thường xếp thành "sợi dây thừng" giữ với lực Van der Waals Có hai loại ống nano cacbon là: Ống nano cacbon đơn lớp hay gọi ống nano cacbon đơn tường (SWCNT) ống nano cacbon đa lớp hay gọi ống nano cacbon đa tường (MWCNTs) 1.1.3 Các phương pháp chế tạo ống nano cacbon Hiện có nhiều phương pháp khác để tổng hợp vật liệu CNTs, phổ biến phương pháp bốc bay laze phương pháp lắng đọng hóa học từ pha (CVD) 1.1.4 Một số tính chất vật liệu ống nano cacbon 1.1.4.1 Tính chất học Vật liệu CNT có nhiều tính chất học đặc biệt như: độ bền cao, độ đàn hồi cao, độ cứng lớn hẳn so với số vật liệu khác 1.1.4.2 Tính chất quang quang điện Những sai hỏng cấu trúc ống nano cacbon đặc biệt SWCNT, dẫn tới xuất vùng cấm thẳng với cấu trúc vùng hồn tồn xác định, sở cho ứng dụng quang quang điện CNTs 1.1.4.3 Tính chất nhiệt CNT có khả dẫn nhiệt tốt dọc theo trục ống Độ dẫn nhiệt tốt vật liệu CNT mở hướng nghiên cứu ứng dụng vật liệu CNT tản nhiệt linh kiện điện tử công suất cao LED, CPU, v.v… 1.2 Chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần ống nano-cacbon 1.2.1 Khái niệm chất lỏng nano Chất lỏng nano (nanofluilds) loại chất lỏng tạo cách phân tán vật liệu kích thước nanomet chất lỏng sở như: Nước, dầu, ethylene glycol… Nói cách khác, chất lỏng nano hệ thống hai pha bao gồm pha rắn nằm pha lỏng 1.2.2 Các phương pháp chế tạo Để chế tạo chất lỏng nano, người ta sử dụng hai phương pháp chính, bao gồm: Phương pháp hai bước (Two - Step Method) phương pháp bước (One - Step Method) 1.2.3 Chất lỏng nano chứa thành phần CNTs 1.2.3.1 Chế tạo chất lỏng nano chứa thành phần CNTs Cho đến phương pháp hai bước sử dụng tất nghiên cứu biết đến Một tiêu chuẩn quan trọng chế tạo chất lỏng nano chứa thành phần CNTs tránh tụ đám tạo độ ổn định lâu dài chất lỏng 1.2.3.2 Tính chất nhiệt chất lỏng nano chứa CNTs Trong số loại vật liệu nano CNTs loại vật liệu có nhiều tính chất ưu việt CNTs có khả dẫn nhiệt tốt với độ dẫn nhiệt lớn từ 4.000 - 12.000 lần so với độ dẫn nhiệt chất lỏng 1.2.3.3 Mơ hình tính tốn độ dẫn nhiệt chất lỏng chứa CNTs Mơ hình độ dẫn nhiệt Hemanth:  k p rm  keff  km 1   km (1   )rp  Mơ hình dẫn nhiệt H E Patel  ks rl  keff  kl 1   kl (1   )rs   Tuy nhiên thấy mơ hình H E Patel chưa hồn tồn xác kết tính tốn cao so với kết thực nghiệm 1.2.4 Ứng dụng chất lỏng nano Chất lỏng nano có nhiều ứng dụng thực tế đặc biệt lĩnh vực như: tản nhiệt cho linh kiện điện tử, tản nhiệt cho động cơ, tản nhiệt công nghiệp tản nhiệt lĩnh vực không qn quốc phịng 1.3 Dầu bơi trơn tản nhiệt 1.3.1 Giới thiệu dầu bôi trơn Dầu bôi trơn sản phẩm cuối từ hai thành phần dầu gốc chất phụ gia Dầu bơi trơn có nhiều cơng dụng như: bơi trơn, chống ăn mịn kim loại, làm chi tiết, mát máy kín máy… 1.3.2 Một số thông số dầu bôi trơn Có số quan trọng cần lưu ý SAE API: - Chỉ số SAE: Chỉ số SAE số phân loại dầu nhớt theo nhiệt độ 1000C -180C hiệp hội kĩ sư Hoa Kỳ - Chỉ số API: Chỉ số API la số đánh giá chất lượng dầu nhớt Viện dầu Hoa Kỳ (American Petroleum Institute) 1.3.3 Các chất phụ gia có dầu bơi trơn Phụ gia hợp chất vơ hữu chí ngun tố hóa học thêm vào chất bơi trơn nhằm nâng cao hay mang lại tính chất mong muốn Các loại phụ gia thường sử dụng dầu tản nhiệt là: phụ gia tăng số độ nhớt, phụ gia chống oxy hóa, phụ gia tẩy rửa, phụ gia phân tán, phụ gia ức chế ăn mòn, phụ gia ức chế tẩy gỉ, phụ gia biến tính giảm ma sát… 1.3.4 Pha trộn dầu bôi trơn Vấn đề pha chế dầu bôi trơn động công việc phức tạp, tốn kém, đòi hỏi nhiều ngành kỹ thuật tham gia, sức cạnh tranh công ty dầu bôi trơn Thành phần, tỷ lệ chất phụ gia dầu gốc yếu tố quan trọng dầu thành phẩm chất lượng cao, làm giảm mặt hạn chế dầu gốc, nâng cao phẩm cấp chất có sẵn dầu tạo cho dầu bôi trơn tính chất cần thiết 1.3.5 Dầu tản nhiệt chứa ống nano-cacbon Trong dầu bôi trơn nano, phân tử nano cacbon phân tán dầu với kích thước nhỏ tiếp xúc với bề mặt kim loại tạo thành lớp màng bảo vệ cho chi tiết Khi nhiệt độ áp suất động tăng phân tử nano cacbon tạo thành lớp màng bảo vệ bền chắc, điều giúp cho việc bôi trơn chống ma sát trở nên hữu hiệu, chi tiết động đốt khơng bị mài mịn, giảm ma sát tối đa Dầu bôi trơn sử dụng vật liệu nano cacbon chịu áp lực cao, làm kín buồng đốt động cơ, giảm thiểu tối đa rị rỉ nhiên liệu tạp chất sinh trình đốt cháy nhiên liệu, giúp cho động ln sạch, tiết kiệm nhiên liệu chống hình thành cặn bẩn đáy caste động 1.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc thuộc lĩnh vực luận án 1.4.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Trên giới có nhiều nghiên cứu liên quan đến dầu bôi trơn chứa thành phần nano cacbon Dầu tản nhiệt chứa thành phần CNTs nhận quan tâm lớn nhà khoa học giới 1.4.2.Tình hình nghiên cứu nước Hiện Việt Nam chưa có tác giả cơng bố kết nghiên cứu dầu tản nhiệt chứa thành phần CNTs sử dụng cho động đốt mà dừng lại việc nghiên cứu phân tán CNTs dầu gốc Từ chúng tơi mong muốn làm chủ việc chế tạo dầu tản nhiệt, tiếp mở rộng nghiên cứu sâu khả bơi trơn, chống mài mịn, giảm ma sát, tiết kiệm nhiên liệu dầu bôi trơn nano cho động đốt Chƣơng – CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phƣơng pháp thực nghiệm 2.1.1 Phương pháp biến tính CNTs Sử dụng phương pháp biến tính hóa học cách sử dụng chất oxi hóa mạnh Các nhóm chức dùng để gắn kết lên bề mặt CNTs nhóm chức –COOH nhóm chức –OH 2.1.2 Phương pháp pha trộn dầu bôi trơn tản nhiệt nano Mỗi loại động có đặc điểm riêng cấu trúc, công suất, nhiên liệu, điều kiện môi trường hoạt động nên loại động có địi hỏi riêng tiêu chuẩn kỹ thuật dầu bôi trơn 2.1.3 Phương pháp đo đạc, khảo sát tính chất vật liệu Để khảo sát cấu trúc tính chất vật liệu CNTs dầu tản nhiệt nano, sử dụng số phương pháp đo như: Hiển vi điện tử quét SEM, phổ tán xạ Raman, phổ hấp thụ hồng ngoại FTIR phép đo phổ phân tán theo kích thước Zeta-Sizer 2.1.4 Phương pháp đo đạc thông số kỹ thuật dầu nano Để đo đạc khảo sát thông số kỹ thuật dầu tản nhiệt nano sử dụng số thiết bị đo như: Máy đo độ nhớt động học 9410P (Bỉ), thiết bị đo giá trị kiềm tổng, thiết bị đo số căng mặt ngồi, tổng hàm lượng kim loại, điểm đơng đặc dầu, thiết bị đo độ dẫn nhiệt 2.2 Phƣơng pháp mơ hình hóa tính tốn lý thuyết Tìm hiểu mơ hình tính tốn lý thuyết nhóm nghiên cứu khác giới Từ xây dựng mơ hình tính tốn lý thuyết khắc phục hạn chế tồn với độ xác cao so với mơ hình tính tốn lý thuyết biết đến trước 2.3 Ngun liệu hóa chất sử dụng nghiên cứu 2.3.1 Nguyên liệu phụ gia cho dầu bôi trơn Sử dụng số phụ gia như: Phụ gia chống mài mòn (Triphenylphosphorothionat), phụ gia ức chế gỉ (Alkylated Succinic axit), phụ gia biến tính giảm ma sát (Molybdenum Disulfit), phụ gia ức chế bọt (Etylen bis Stearamit), phụ gia chống oxy hóa (Kẽm diankyl di-thiophotphat)… 2.3.2 Nguyên liệu tản nhiệt - Vật liệu ống nano-cacbon - Dầu gốc Poly-Alpha-Olefins (Mỹ) - Chất hoạt động bề mặt Tween-80 (Sigma Aldrich) - Các hóa chất biến tính CNTs: HNO3 (Merck), H2SO4 (Merck), SOCl2 (Sigma Aldrich), H2O2 (Merck), - Một số dung môi khác: Nước cất, etanol, axeton, 2.4 Trang thiết bị chế tạo sử dụng nghiên cứu 2.4.1 Thiết bị phân tán CNT dầu bôi trơn Các trang thiết bị sử dụng để phục vụ cho việc phân tán CNTs dầu bôi trơn sử dụng luận án bao gồm: máy rung siêu âm Microson XL2000; bể rung siêu âm Elma S40H; máy khuấy 2.4.2 Một số thiết bị dùng chế tạo dầu bôi trơn chứa thành phần nano cacbon + Một số thiết bị chế tạo vật liệu khác như: Máy lọc hút chân không, cân vi lượng, tủ hút, tủ sấy chân không, Chƣơng - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ CHẾ TẠO DẦU TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-CACBON 3.1 Kết biến tính CNTs Hình 3.1 Phổ FTIR vật liệu CNTs chưa biến tính, CNTs biến tính gắn nhóm chức –COOH CNTs biến tính gắn nhóm chức –OH Phổ hồng ngoại truyền qua CNTs - COOH cho thấy xuất thêm số đỉnh sau CNTs xử lý hỗn hợp axit H2SO4 HNO3 Kết khẳng định hỗn hợp axit tạo nhóm chức bề mặt CNTs Hình 3.2 Phổ tán xạ Raman vật liệu CNTs chưa biến tính, CNTs biến tính gắn nhóm –COOH CNTs biến tính gắn nhóm –OH Trên phổ tán xạ thấy hai dải phổ đặc trưng dải D (1333,69 cm-1) dải G (1583,10 cm-1) Tỷ lệ cường độ đỉnh (ID /IG) dải D dải G 0,99 1,87 tương ứng với vật liệu CNTs - COOH CNTs - OH, lớn so với CNTs chưa biến tính (ID/IG = 0,79) Tỷ lệ cường độ đỉnh D đỉnh G thay đổi khẳng định thay đổi cấu trúc bề mặt CNTs 3.2 Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon 3.2.1 Phân tán CNTs – OH dầu gốc PAO Kết hợp với trình nghiên cứu thực nghiệm, chúng tơi tìm quy trình phân tán CNTs-OH đồng vào dầu gốc PAO mơ tả hình 3.4 10 Hoạt động bề mặt Tween-80 CNTs biến tính Hỗn hợp CNTs/Tween 80 Khuấy trộn Dầu gốc PAO chứa CNTs phân tán Khuấy trộn Rung siêu âm công suất 100W (2 giai đoạn) Dầu gốc PAO Hỗn hợp dầu gốc Hình 3.4 Quy trình để phân tán CNTs dầu gốc 3.2.2 Tối ưu hàm lượng CNTs trong dầu tản nhiệt nano Qua nghiên cứu thấy thời gian rung siêu âm tối thiểu để phân tán tốt CNTs chất phụ gia dầu gốc 60 phút Khả phân tán CNTs dầu đạt đến giá trị bão hịa 0,12% thể tích, vượt giá trị CNTs không phân tán tốt dầu xảy tượng tụ đám hàm lượng CNTs dầu 0,13% thể tích 3.2.3 Cơ chế phân tán CNTs Việc CNTs phân tán tốt dầu tản nhiệt cách đồng với quy trình giải thích thơng qua chế sau: - Biến tính hóa học: giúp tăng khả tương tác hóa học với mơi trường tạo tương tác đẩy ống với - Chất hoạt động bề mặt: làm tăng lực liên kết nước với vật liệu CNTs, góp phần vào việc tăng cường khả phân tán CNTs vào chất lỏng 11 - Rung siêu âm: cung cấp lượng dạng nhiệt tăng tính linh động, tính hoạt động khả di chuyển ống 3.2.4 Tối ưu hàm lượng phụ gia loại dầu tản nhiệt nano Do loại động có đặc điểm riêng cấu trúc, công suất, nhiên liệu, điều kiện môi trường hoạt động, v.v nên loại động có địi hỏi riêng tiêu chuẩn kỹ thuật dầu bơi trơn dành cho 3.3 Xây dựng mơ hình truyền nhiệt tính tốn độ dẫn nhiệt dầu bôi trơn nano 3.3.1 Xây dựng mô hình truyền nhiệt Cơng thức tính độ dẫn nhiệt chất lỏng chứa thành phần CNTs sau xét đến hình dạng ống CNTs xét đến độ dẫn nhiệt bất đẳng hướng CNTs: keff kl  1 kCNT  rl kl 1    rCNT 3.3.2 So sánh mơ hình truyền nhiệt với nhóm thực nghiệm giới Qua tính tốn lý thuyết chúng tơi so sánh với kết thực nghiệm nhóm nghiên cứu giới Hwang (2006), nhóm Lifei Chen (2008), nhóm Gensheng Wu (2009) Kết nghiên cứu cho thấy tính tốn lý thuyết phù hợp với kết thực nghiệm nhóm trường hợp phân tán CNTs nước cất, ethylen glycol, chất lỏng R113 12 3.3.3 So sánh mơ hình truyền nhiệt lý thuyết với kết thực nghiệm dầu tản nhiệt nano Hình 3.14 So sánh kết tính tốn lý thuyết với kết đo đạc khảo sát độ dẫn nhiệt dầu tản nhiệt với hàm lượng CNTs khác Kết khảo sát cho thấy hàm lượng CNTs 0,12% thể tích độ dẫn nhiệt dầu bôi trơn đạt đến giá trị 0,292 W/mK theo tính tốn lý thuyết, 0,298 W/mK theo kết thực nghiệm Kết tương đối phù hợp với thực nghiệm số nhóm nghiên cứu giới 3.4 Đánh giá số tính chất dầu tản nhiệt nano chế tạo đƣợc 3.4.1 Độ nhớt Kết đo đạc cho thấy nồng độ CNTs tăng lên độ nhớt dầu tản nhiệt tăng theo Tuy nhiên nồng độ 0,03 vol% CNTs, độ nhớt dầu tản nhiệt nhiệt độ 100oC 40oC có xu hướng giảm nhẹ Kết phù hợp với kết thu nhóm nghiên cứu Ehsan-o-llah Ettefaghi 13 3.4.2 Các thông số kỹ thuật dầu tản nhiệt nano Các tính chất dầu tản nhiệt nano bao gồm độ nhớt động học, số nhớt, trị số kiềm tổng, điểm bốc cháy, tổng hàm lượng kim loại, sức căng bề mặt, điểm đông đặc đo đạc Kết cho thấy dầu tản nhiệt chế tạo đáp ứng tiêu chuẩn kĩ thuật đề Việc xác định thông số kỹ thuật dầu bôi trơn tản nhiệt cho loại động khác cho thấy cho thêm CNTs dầu bôi trơn tản nhiệt giúp giảm ma sát, tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ dẫn nhiệt mà đảm bảo yêu cầu không phá vỡ cấu trúc dầu đáp ứng tiêu chuẩn giới Chƣơng – ỨNG DỤNG DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-CACBON CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ 4.1 Thử nghiệm bệ thử động tàu thủy cỡ nhỏ 4.1.1 Kết khảo sát nhiệt độ bệ thử động trình chạy thử Nhiệt độ dầu thương phẩm đạt đến giá trị bão hòa 50,6oC sau khoảng 20 phút chạy máy, với dầu tản nhiệt không chứa nano 49,8oC, dầu tản nhiệt nano 46,1oC, giảm khoảng 4,5oC so với dầu thương phẩm Nhiệt độ nước đạt đến giá trị bão hòa 51,4oC sau khoảng 20 phút chạy máy Với dầu tản nhiệt không chứa nano đạt 50,5oC Tương tự với dầu tản nhiệt nano 46,9oC, giảm khoảng 4,5oC so với dầu thương phẩm 4.1.2 Kết khảo sát độ giảm hệ số ma sát bệ thử động Kết cho thấy dầu tản nhiệt nano giúp giảm hệ số ma sát động xuống 1,22 lần so với dầu thương phẩm 14 4.1.3 Kết khảo sát tiêu hao nhiên liệu bệ thử động Kết thử nghiệm cho thấy dầu tản nhiệt nano giúp tiết kiệm 10,88% nhiên liệu cho động chạy thử nghiệm bệ thử chế độ có tải 4.1.4 Kết khảo sát tính chất dầu bơi trơn trình chạy thử Dầu tản nhiệt nano, kết đo cho thấy sau 250 chạy tính chất đáp ứng tốt tiêu chuẩn ГОСТ 12.337-84, dựa suy giảm chậm dự đoán khả tiếp tục nâng cao thời gian chạy dầu lên đến 500 4.2 Thử nghiệm bệ thử động xe tăng 4.2.1 Kết khảo sát nhiệt độ bệ thử động trình chạy thử Nhiệt độ dầu đạt đến giá trị bão hòa 54,6oC sau khoảng thời gian 20 phút chạy máy, với dầu tản nhiệt không chứa nano, nhiệt độ 53,8oC Với dầu tản nhiệt nano 45,0oC, giảm khoảng 4,6oC so với dầu thương phẩm Nhiệt độ nước đạt đến giá trị bão hòa 55,5oC, dầu tản nhiệt 54,6oC sau khoảng thời gian 20 phút chạy máy Dầu tản nhiệt nanolà 50,8oC, giảm khoảng 4,7oC so với dầu thương phẩm 4.2.2 Kết khảo sát độ giảm hệ số ma sát bệ thử động Kết đo đạc cho thấy dầu tản nhiệt nano giúp giảm hệ số ma sát động xuống khoảng 1,21 lần so với dầu thương phẩm 4.2.3 Kết khảo sát tiêu hao nhiên liệu bệ thử động Kết thử nghiệm cho thấy dầu tản nhiệt nano giúp tiết kiệm khoảng 10,39% nhiên liệu cho động chạy thử nghiệm bệ thử chế độ có tải 4.2.4 Kết khảo sát tính chất dầu bơi trơn q trình chạy thử Với dầu tản nhiệt nano, kết đo cho thấy sau 250 chạy tính chất cịn đáp ứng tốt tiêu chuẩn ГОСТ 6360-83, dựa 15 suy giảm chậm dự đốn khả tiếp tục nâng cao thời gian chạy dầu lên đến 500 4.3 Thử nghiệm bệ thử động xe thiết giáp 4.3.1 Kết khảo sát nhiệt độ bệ thử động trình chạy thử Nhiệt độ dầu đạt đến giá trị bão hịa 44,6oC, dầu tản nhiệt khơng chứa nano 43,7oC sau khoảng thời gian 20 phút chạy máy Dầu tản nhiệt nano 40,4oC, giảm khoảng 4,2oC so với dầu thương phẩm Nhiệt độ nước đạt đến giá trị bão hòa 45,2oC sau khoảng thời gian 20 phút chạy máy, với dầu tản nhiệt không chứa nano, nhiệt độ 44,5oC, dầu tản nhiệt nano 41,1oC, giảm khoảng 4,1oC so với dầu thương phẩm 4.3.2 Kết khảo sát độ giảm hệ số ma sát bệ thử động Kết đo cho thấy dầu tản nhiệt nano giúp giảm hệ số ma sát động xuống khoảng 1,24 lần so với dầu thương phẩm 4.3.3 Kết khảo sát tiêu hao nhiên liệu bệ thử động Kết thử nghiệm cho thấy dầu tản nhiệt nano giúp tiết kiệm khoảng 11,21% nhiên liệu cho động chạy thử nghiệm bệ thử chế độ có tải 4.3.4 Kết khảo sát tính chất dầu bơi trơn q trình chạy thử Với dầu tản nhiệt nano, kết đo cho thấy sau 250 chạy tính chất cịn đáp ứng tốt tiêu chuẩn ГОСТ 6360-85 dựa suy giảm chậm dự đốn khả tiếp tục nâng cao thời gian chạy dầu lên đến 500 4.4 Thử nghiệm bệ thử động xe chở khí tài quân 4.4.1 Kết khảo sát nhiệt độ bệ thử động trình chạy thử Nhiệt độ dầu đạt đến giá trị bão hòa 45,4oC , dầu tản nhiệt không chứa nano 44,5oC sau khoảng thời gian 20 phút chạy máy 16 Dầu tản nhiệt nano, nhiệt độ 41,2oC, giảm khoảng 4,3oC so với dầu thương phẩm Nhiệt độ nước đạt đến giá trị bão hòa 46,7oC sau khoảng thời gian 20 phút chạy máy, với dầu tản nhiệt không chứa nano, nhiệt độ 45,9oC, dầu tản nhiệt nano nhiệt độ 42,5oC, giảm khoảng 4,2oC so với dầu thương phẩm 4.4.2 Kết khảo sát độ giảm hệ số ma sát bệ thử động Kết qủa đo cho thấy dầu tản nhiệt nano giúp giảm hệ số ma sát động xuống khoảng 1,29 lần so với dầu thương phẩm 4.4.3 Kết khảo sát tiêu hao nhiên liệu bệ thử động Kết thử nghiệm cho thấy dầu tản nhiệt nano giúp tiết kiệm khoảng 15,79% nhiên liệu cho động chạy thử nghiệm bệ thử chế độ có tải 4.4.4 Kết khảo sát tính chất dầu bơi trơn trình chạy thử Với dầu tản nhiệt nano, kết đo cho thấy sau 250 chạy tính chất cịn đáp ứng tốt tiêu chuẩn ГОСТ 17479.1-85, dựa suy giảm chậm dự đoán khả tiếp tục nâng cao thời gian chạy dầu lên đến 500 4.5 Khảo sát dầu tản nhiệt có chứa thành phần nano thực tế 4.5.1 Thử nghiệm thực tế xe thiết giáp Khi sử dụng dầu bôi trơn thương phẩm, xe thiết giáp tiêu thụ lượng nhiên liệu trung bình 60,9 lít qng đường 100 km tốc độ trung bình 52,8 km/h Khi sử dụng dầu tản nhiệt nano, động xe tiêu thụ lượng nhiên liệu trung bình vào 54,8 lít/giờ chế độ Kết thử nghiệm thực tế cho thấy dầu tản nhiệt nano giúp tiết kiệm khoảng 10,19% nhiên liệu cho động 4.5.2 Thử nghiệm thực tế xe chở khí tài qn Khi sử dụng dầu bơi trơn thương phẩm, xe chở khí tài tiêu thụ 17 lượng nhiên liệu trung bình 49,1 lít qng đường 100 km tốc độ trung bình 63,1 km/h Khi sử dụng dầu tản nhiệt nano, động xe tiêu thụ lượng nhiên liệu trung bình 41,5 lít/giờ chế độ Kết cho thấy dầu tản nhiệt nano giúp tiết kiệm khoảng 15,31% nhiên liệu cho động 4.6 Thử nghiệm dầu tản nhiệt chứa thành phần CNTs tản nhiệt cho đèn LED công suất lớn Nhằm nghiên cứu định hướng, mở rộng ứng dụng dầu bôi trơn tản nhiệt Chúng tiến hành thử nghiệm cho đèn LED công suất lớn Các kết nghiên cứu cho thấy việc sử dụng dầu tản nhiệt chứa thành phần CNTs giúp cho nhiệt độ bão hòa chip LED giảm xuống 8ºC so với khơng sử dụng dầu tản nhiệt Hình 4.34: Đồ thị nhiệt độ đèn pha LED 300W giàn tỏa nhiệt theo thời gian sử dụng không sử dụng phương pháp tản nhiệt dầu tản nhiệt chứa thành phần CNTs 18 KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu nhận được, kết luận số điểm sau: Đã thành cơng việc biến tính vật liệu CNTs phương pháp hóa học tìm quy trình chung chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt Bằng phương pháp rung siêu âm 60 phút, hàm lượng CNTs tối ưu CNTs dầu bơi trơn tản nhiệt 0,12% thể tích Đã xác định hàm lượng tối ưu chất phụ gia để pha chế dầu bôi trơn tản nhiệt khảo sát tính chất dầu bôi trơn tản nhiệt chế tạo Đã sử dụng mơ hình truyền nhiệt để tính tốn độ dẫn nhiệt dầu bôi trơn tản nhiệt Với hàm lượng CNTs 0,12% thể tích hệ số dẫn nhiệt đạt đến giá trị 0,292 W/mK Đã tiến hành chạy thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nanocacbon bệ thử động số thiết bị quân Kết khảo sát cho thấy nhiệt độ nước nhiệt độ dầu bệ thử động giảm khoảng 4,2oC – 4,6oC so với sử dụng dầu bôi trơn thương phẩm dầu bôi trơn khơng có thành phần nano Nhiên liệu động tiết kiệm 10,39% - 15,79% hệ số ma sát động giảm xuống 1,21-1,24 lần Kết thử nghiệm cho thấy tính chất dầu bôi trơn tản nhiệt đáp ứng tốt tiêu chuẩn Nga dự đốn tiếp tục nâng cao thời gian chạy lên đến 500 Đồng thời giúp tiết kiệm nhiên liệu giảm hệ số ma sát động đáng kể Đã tiến hành chạy thử nghiệm thực địa dầu tản nhiệt thương phẩm dầu tản nhiệt chứa thành phần cacbon nano xe thiết giáp BTR-60 PB, xe ZIL 131 Kết khảo sát cho thấy sử dụng dầu bơi trơn tản nhiệt nano tiết kiệm nhiên liệu so với dầu thương phẩm 19 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Các báo báo cáo liên quan đến luận án 1.1 Bài báo quốc tế thuộc danh mục ISI Nguyen Manh Hong, Bui Hung Thang, Phan Ngoc Hong, Nguyen Tuan Hong, Phan Hong Khoi, and Phan Ngoc Minh, “Carbon Nanotubes based Lubricating Oils for UAZ 31512 Engines”, Micro & Nano Letters, doi: 10.1049/mnl.2016.0280, pp 636-639, (2016) Manh Hong Nguyen, Hung Thang Bui, Van Trinh Pham, Ngoc Hong Phan, Tuan Hong Nguyen, Van Chuc Nguyen, Dinh Quang Le, Hong Khoi Phan and Ngoc Minh Phan, “Thermomechanical properties of Carbon nanotubes and applications in thermal management”, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, vol 7, issue (2016) Dang Van Thanh, Nguyen Van Thien, Bui Hung Thang, Nguyen Van Chuc, Nguyen Manh Hong, Bui Thi Trang, Tran Dai Lam, Dang Thi Thu Huyen, Phan Ngoc Hong , Phan Ngoc Minh, “A Highly Efficient and Facile Approach for Fabricating Graphite Nanoplatelets”, Journal of Electronic Materials 45, 5, 2522-2528 (2016) 1.2 Bài báo quốc tế khác Ngoc Minh Phan, Hung Thang Bui, Manh Hong Nguyen and Hong Khoi Phan, “Carbon-nanotube-based liquids: a new class of nanomaterials and their applications”, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, vol 5, 015014 (5pp) (2014) Bui Hung Thang, Le Dinh Quang, Nguyen Manh Hong, Phan Hong Khoi, and Phan Ngoc Minh, "Application of Multiwalled 20 Carbon Nanotube Nanofluid for 450 W LED Floodlight", Hindawi Publishing Corporation Journal of Nanomaterials Volume 2014, Article ID 347909, (6 pp) Nguyen Manh Hong, Bui Hung Thang and Phan Ngoc Minh, "Calculation Containing the Thermal Aligned Conductivity Ultralong Single of Nanofluids Walled Carbon Nanotubes", Physical Science International Journal 10(1): 1-8, 2016, Article no.PSIJ.24520 ISSN: 2348-0130 Pham Van Trinh, Nguyen Ngoc Anh, Bui Hung Thang, Le Dinh Quang, Nguyen Tuan Hong, Nguyen Manh Hong, Phan Hong Khoi, Phan Ngoc Minh and Phan Ngoc Hong, "Enhanced thermal conductivity of nanofl uid-based ethylene glycol containing Cu nanoparticles decorated on a Gr– MWCNT hybrid material", RSC Adv., 2017, 7, 318 1.3 Bài báo đăng tạp chí quốc gia Nguyễn Mạnh Hồng, Bùi Hùng Thắng, Phan Hồng Khôi, Phan Ngọc Minh, “Nghiên cứu dầu tản nhiệt chứa thành phần ống nano cacbon cho động đốt trong”, Tạp chí Khoa học Đại học Huế Vol 121, No 7-A (2016) Phạm Văn Trình, Phan Ngọc Hồng, Nguyễn Mạnh Hồng, Lê Đình Quang, Cao Thị Thanh, Nguyễn Văn Chúc, Bùi Hùng Thắng, Phan Hồng Khôi Phan Ngọc Minh, “Ứng dụng chất lỏng chứa thành phần ống nano cacbon đa tường tản nhiệt cho đèn Led công suất lớn”, Tạp chí khoa học cơng nghệ Việt Nam, Tập 2, 6, (2015) 1.4 Báo cáo đăng kỷ yếu hội nghị khoa học 10 Nguyen Manh Hong, Bui Hung Thang, Phan Ngoc Hong, Nguyen Tuan Hong, Phan Hong Khoi, Phan Ngoc Minh 21 “Carbon Nanotubes based Lubricating Oils for Engines”, The 11th Annual IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (IEEE-NEMS 2016), Matsushima Bay and Sendai MEMS City, Japan, 17-20 April, 2016 (invited speaker) 11 Nguyen Manh Hong, Bui Hung Thang, Phan Hong Khoi, and Phan Ngoc Minh “Lubricating oils containing multi-walled carbon nanotubes for engine”, The 5th International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA 2015), 630-633 12 Nguyen Manh Hong, Bui Hung Thang, Phan Ngoc Hong, Le Dinh Quang, Phan Hong Khoi and Phan Ngoc Minh, “Heat Dissipated Structure for High Brightness LightEmitting Diodes using Carbon Nanotubes based Oil”, The 7th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology (IWAMSN2014) - November 2-6, 2014 - Ha Long City, Vietnam 13 Bùi Hùng Thắng, Nguyễn Mạnh Hồng, Phan Hồng Khôi, Phan Ngọc Minh, “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano cácbon dầu tản nhiệt”, Hội nghị VLCR 2015, 347-350 Sáng chế liên quan đến luận án – Tên sáng chế: "Quy trình chế tạo dầu tản nhiệt chứa ống nano cacbon"; Chủ đơn: Trung tâm Phát triển công nghệ cao; Tác giả: Phan Ngọc Minh, Nguyễn Mạnh Hồng, Bùi Hùng Thắng, Phan Hồng Khôi; Cục Sở hữu trí tuệ chấp nhận đơn theo định số 2563/QĐ-SHTT ngày 18/01/2016 22 ... trơn tản nhiệt chứa ống nano- cacbon cho động đốt thiết bị quân sự" làm đề tài nghiên cứu cho luận án Mục tiêu nghiên cứu luận án – Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt sử dụng ống nano- cacbon từ dầu. .. tản nhiệt động đốt sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt có chứa ống nano- cacbon so sánh với kết thực nghiệm – Nghiên cứu thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chế tạo cho động đốt số thiết bị quân – Trên... Kết chế tạo dầu tản nhiệt chứa nano cacbon – 31 trang; Chương 4: Ứng dụng dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano- cacbon cho động đốt thiết bị quân - 41 trang; Kết luận chung – 02 trang; Danh mục cơng