열렌즈 효과를 이용한 나노유체의 광학적 및 열적 특성 측정. 사용된 나노유체는 로다민 6G, 탄소 나노튜브 및 이산화바나듐 분산액이었습니다.
서 론
이 론
본 연구에서 열렌즈 효과는 물질이 흡수한 빛 에너지가 열로 방출되어 물질의 굴절률이 변화하는 과정 주변에 온도 구배가 형성될 때 나타나는 현상이다. 그림 2(a)는 매질이 없을 때 렌즈를 통과하는 광선의 경로를 보여주고 매질이 없을 때 굴절 없이 이동하는 광선을 보여줍니다. 레이저 빔의 강도는 중심으로 갈수록 증가하고, 매질의 온도는 빔 근처의 중심으로 갈수록 증가합니다.
신호는 열 렌즈 효과의 영향을 받고 결과적으로 시간이 지남에 따라 감소합니다. 열확산율은 2차 미분방정식의 계수로 존재하므로 신호 발진 곡선의 곡률과 직접적인 관련이 있습니다. 이는 그래프에 표시된 곡선의 기울기를 분석하여 열확산율의 크기를 비교할 수 있음을 의미합니다.
비선형계수를 측정하는 방법으로는 간섭계, 4파장 혼합법, 빔왜곡 측정법 등 다양한 방법이 있으나 비교적 복잡한 실험장비와 상세하고 정확한 측정이 요구된다. 빔의 방향을 z축 방향으로 설정하고 렌즈의 초점을 0으로 설정한다. 따라서 그림 8과 같이 샘플을 z축 방향으로 이동시키면 분산 곡선을 얻을 수 있다. 레이저와 에너지는 광검출기에서 측정됩니다.
실험 및 결과
두 표 모두 상변화가 증가함에 따라 굴절률 변화와 온도변화가 증가하였고, 레일리수 역시 증가하였다. 이번 측정 결과는 빛과 시료의 파장을 비슷한 방식으로 측정한 기존 연구 결과와 직접 비교하기는 어렵지만, 굴절률 변화, 온도 변화, 레일리 수의 범위가 유사한 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 대부분의 열렌즈 효과 연구는 그림 2와 같이 장치에서 발생하는 레이저빔의 굴절에 따른 빛의 세기 변화를 측정하는데, 본 연구에서는 온도 구배에 따른 액체 시료의 대류뿐만 아니라 마이컬슨 간섭계를 이용하여 굴절률 변화를 동시에 측정할 수 있다는 점은 이를 정확하게 측정할 수 있다는 점에서 의의가 있다.
농도가 증가함에 따라 peak-trough 변화가 증가하는 것을 확인하였다. 샘플의 위치가 레이저 빔의 허리 부분에 있을 때 피크가 관찰되었고, 뒤쪽에 있을 때 밸리가 관찰되었다. 4가지 농도에서는 tc의 변화가 최소화되었는데, 이는 액체 시료의 열 렌즈 효과가 셀 내 간섭이나 대류로 인한 불균일로 인해 tc를 단축시키는 특성을 갖기 때문입니다.
이산화바나듐 나노유체의 열확산도 변화의 주요 원인이 이산화바나듐의 상전이에 따른다고 가정하면, 식(1)에 대입된 열전도도 k는 이산화바나듐의 질량에 대한 문헌값이다[39]. 이 온도 변화 동안 순수 에틸렌 글리콜의 열확산도는 실온에 비해 약간 감소했습니다. 이러한 결과로부터 이산화바나듐 분산액의 열확산도 변화는 이산화바나듐의 열확산도에 큰 영향을 미치며, 특정 온도에서의 열확산도 변화는 이산화바나듐의 MIT 현상임을 확인하였다.
결 론
이는 온도가 높아질수록 사용된 용매인 에틸렌글리콜의 열확산율이 상온에 비해 약간 감소하는 불균일성으로 인해 tc가 짧아지는 특성을 갖기 때문이다. 이 결과는 에틸렌 글리콜이 분산액의 열확산도 변화에 거의 영향을 미치지 않음을 의미합니다. 속도변화는 이산화바나듐이 열확산에 큰 영향을 미친다는 것을 확인시켜 주었다. 이산화바나듐의 가장 큰 특징인 MIT 현상은 고체뿐만 아니라 액체에서도 확인됐다.
본 실험을 통해 나노유체의 비선형 광학적, 열적 특성은 초점거리에서 시료의 농도, 온도, 용매 및 위치에 의해 크게 영향을 받는다는 것을 확인하였다.
참고문헌
In this study, the optical and thermal properties of various nanofluids were measured using the thermal lens effect. In the case of Rhodamine 6G, the refractive index, temperature change, and Rayleigh number were obtained by analyzing the phase change of the fringe of interference generated by causing the thermal lensing effect using a pump laser in the compound Michelson Interferometer. In addition, since the lens thermal signal includes the energy quenching process, the thermal diffusivity was also obtained by measuring the lens thermal signal with sample position fixation in the z-scan experiment.
In experiments using the Michelson interferometer, when the pump lasers were 38.2 mW and 77.0 mW, the peak transit times of the interference fringes were measured as 0.80 s and 0.88 s, respectively. The thermal expansion of the carbon nanotube dispersion and the vanadium dioxide dispersion can also be measured by fitting the thermal lens signal to the theoretical value. In the case of the carbon nanotube distribution, the changes in the four concentrations were small, because the thermal lens effect of the flowing sample is characterized by shortening due to non-uniformity due to interference or convection in the cell.
This experimental method can be used to measure the optical and thermal properties of various nanofluids.
영문요약
