Thermal parameters study of biodiesel containing Au nanoparticles using photothermal techniques

Estudio de parámetros térmicos de biodiesel conteniendo nanopartículas de Au usando técnicas fototérmicas

J.L. Jiménez-Pérez¹*, G. López-Gamboa^1,2, A. Cruz-Orea³ and Z.N. Correa-Pacheco⁴

¹ UPIITA-IPN, Avenida Instituto Politécnico Nacional, No. 2580, C.P. 07340, México D.F., México. *Corresponding author. E-mail: jimenezp@fis.cinvestav.mx Tel. 52-55-5729-6300 ext. 56911.

³ Departamento de Física, CINVESTAV-IPN, Av. Instituto Politécnico Nacional No. 2508, CP. 07360 México, D.F., México.

⁴ IPN-Centro de Desarrollo de Productos Bióticos. Carretera Yautepec-Jojutla, km 6.8, Morelos, México CP 62730.

Received November 9, 2014
Accepted April 27, 2015

Abstract

Thermal parameters of biodiesel containing Au nanoparticles was characterized by thermal lens technique (TL) and inverse photopyroelectric (IPPE) technique. In the case of the TL spectrometry technique, two lasers in the mismatched mode experimental configuration were used in order to obtain the thermal diffusivity (D) of the biodiesel. On the other hand, the sample thermal effusivity (e) was obtained by using the IPPE technique where the temperature variation of the sample, exposed to modulated radiation, is measured with a pyroelectric sensor. In this technique a He-Ne laser was used as the excitation source and was operated at 632 nm with an output power of 120 mW. From the obtained thermal-diffusivity (D) and thermal effusivity (e) values, the thermal conductivity (k) was calculated from the relationship e = k/ √D. The obtained thermal parameters were compared with the values of the thermal parameters of literature. Measurements of particle size and absorption were determined by complementary techniques such as transmission electron microscopy (TEM) and photoacoustic (PA) spectroscopy, respectively. Our work has applications as high functioning heat transfer fluids in automotive electronic cooling systems and in micro-channel heat sinks (Wen et al., 2006).

Key words: Au nanoparticles, thermal lens, thermal diffusivity, thermal effusivity, thermal conductivity.

Resumen

Los parámetros térmicos del biodiesel conteniendo nanopartículas de Au fueron caracterizados por las técnicas de lente térmica (TL) y técnica fotopiroeléctrica inversa (IPPE). En el caso de TL, en la configuración experimental en el modo desacoplado de dos láseres fue usado con la finalidad de obtener la difusividad térmica (D) del biodiesel. Por otra parte, la efusividad térmica de la muestra (e) fue obtenida mediante el uso de la técnica IPPE donde la variación de la temperatura de la muestra, expuesta a la luz modulada, es medida con un sensor piroeléctrico. En esta técnica un láser de He-Ne fue usado como fuente de excitación y fue operado a 632 nm con una potencia de salida de 120 mW. De los valores de la difusividad térmica (D) y la efusividad térmica (e), la conductividad térmica (k) fue calculada de la relación e = k/ √D. Los parámetros térmicos obtenidos fueron comparados con los valores de los parámetros térmicos de la literatura. La mediciones del tamaño de partícula y de la absorción fueron determinados por técnicas complementarias tales como TEM y espectroscopia fotoacústica (PA), respectivamente. Nuestro trabajo tiene aplicaciones en fluidos de alto rendimiento y en microcanales como disipadores de calor (Wen et al., 2006).

Palabras clave: nanopartículas de Au, lente térmica, difusividad térmica, efusividad térmica, conductividad térmica.

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