ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 28 № 3 2026 186 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ улучшить общую производительность оборудования и снизить эксплуатационные затраты. Для интенсификации теплообмена исследованы различные подходы – от добавления высокотеплопроводных частиц в рабочие жидкости [1, 2] до нанесения функциональных покрытий на поверхности теплообменников. Среди них графеновые наночастицы [3-7] и содержащие их покрытия вызывают наибольший интерес благодаря уникальному сочетанию свойств графена – высокой теплопроводности и гидрофобности. Эти характеристики позволяют уменьшить габариты теплообменников без потери тепловой мощности и делают графен особенно перспективным для покрытий в аппаратах с фазовым переходом, где он способен существенно повысить интенсивность теплообмена. Новаторская работа Гейма (Geim) и Новоселова (Novoselov) [4] в 2004 году ознаменовала появление монослойного графена, отличающегося исключительной жесткостью, электро- и теплопроводностью. Высокая теплопроводность графена привлекла значительное внимание в области теплотехники. В этой области исследователи все чаще обращают внимание на монослойный графен вместо традиционных материалов, таких как золото, медь и углеродные нанотрубки, благодаря его исключительной теплопроводности. Это делает графен весьма эффективным для отвода тепла в компактных электронных устройствах. Баладин (Balandin) и соавторы [8] установили, что свободно лежащий графен может превосходить известную теплопроводность любого материала со значением в диапазоне от 2000 до 4000 Вт/(м ∙К), что также значительно выше, чем у алмаза. Графеновые покрытия на подложках SiO2 показали теплопроводность около 600 Вт/(м ∙ К), что примерно на 50 % выше, чем у меди. Кроме того, тепловые свойства графеновых материалов исследовались с помощью моделирования [9–11] и экспериментов [12–14]. Перссон (Persson) и соавторы [15] изучали механизм теплообмена при поверхностном контакте между слоями графена и подложками SiO2, подчеркивая важность частичного поверхностного контакта в теплообмене. Их результаты показали критическую роль реальных контактных поверхностей в повышении эффективности теплообмена. Концепция фазового перехода нашла применение в технологии теплообмена, вызвав большой интерес в этой области благодаря широкому промышленному использованию таких процессов. Потенциальным решением для улучшения теплопередачи является добавление наночастиц в рабочую жидкость. Ким (Kim) и соавторы [16] отметили, что частицы в жидкости могут собираться на внутренней поверхности стенки и формировать пористые отложения, которые увеличивают шероховатость поверхности и гидрофильность. Эти изменения усиливают скорость испарения и, следовательно, улучшают общую эффективность теплопередачи. В термосифоне Тонг (Tong) и соавторы [17] исследовали и сравнили эффективность рабочей жидкости с добавлением порошка оксида графена (GO) и рабочей жидкости с наночастицами оксида серебра (Ag2O). Они обнаружили, что хотя оксид графена является гидрофобным, он обладает отличной проникающей способностью, поскольку располагается слоями с промежутками между ними и позволяет жидкостям проникать туда. Дальнейшие исследования Ан (Ahn) и соавторов [18, 19] показали, что критический тепловой поток увеличился на 70 % после использования восстановленного оксида графена (RGO), это важный параметр кипящего теплообмена. Данное улучшение подчеркивает потенциал материала в повышении эффективности теплопередачи. Графеновые покрытия, способствующие капельной конденсации (drop-wise condensation, DWC), привлекли внимание благодаря их применению в системах конденсации водяного пара и др. [20, 21]. В традиционных системах конденсация осуществляется в пленочном режиме [21–23], при котором жидкая пленка покрывает более холодную поверхность, и этот режим является предпочтительным для гидрофобных поверхностей металлов, преимущественно используемых в теплообменниках [24]. Однако при снижении смачиваемости поверхности (например, путем нанесения гидрофобного покрытия, такого как графен) могут образовываться дискретные жидкие капли, которые растут до максимального размера, допустимого силами тяжести и другими факторами, а затем скользят по поверхности [25]. Это способствует капельной конденсации вместо пленочной конденсации (fi lm-wise condensation, FWC), что дает существенные преимущества – снижает сопротивление теплопроводности жидкостной
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1