Examination of Rheological Behavior of Water-Based Graphene Oxide Nanofluids

In this study, the rheological properties of nanofluids obtained by loading of Graphene oxide nanoparticles produced by the improved Hummers method into the deionized water base fluid in a mass fraction range of 0.1-1% were investigated. The stability analysis of the nanofluids were conducted through considering the zeta potential measurement values, and all nanofluids were determined as quite stable. Rheological measurements were carried out at 5°C, 15°C, 25°C, and 35°C with using stress-controlled rheometer. Rheological measurements were conducted for two different methods, nonlinear viscoelastic and linear viscoelastic measurements. In nonlinear viscoelastic experiments, the variation of viscosity with the shear rate of the fluid was investigated for both different nanoparticles mass fractions and a fixed constant mass fraction at different temperatures. In the second type of experiments, the elastic behavior of the fluid was determined by measuring frequency-dependent storage G ' and loss modulus G " under small oscillation shear stress. As a result of detailed rheological analysis,  it was determined that water based graphene oxide nanofluids containing nanoparticles mass fractions of 0.1% shows a flow behavior that conforms  to the Newton’s rule, whereas, due to the increase of graphene oxide mass fractions, the flow behavior changes to the pseudoplastic behavior that does not conform to the Newton's rule. In addition, at high graphene oxide mass fractions, it was seen that the visible viscosity decreased with the increasing temperature. As a result of the conducted linear rheological measurements, it was observed that nanofluids having high concentrated nanoparticle showed viscoelastic behavior properties.

Bu çalışmada iyileştirilmiş Hummers metodu ile üretilen Grafen oksit  nanoparçacıkların kütlece %0.1-1 bölüntülerinde su taban akışkanı içerisine katkılanması suretiyle elde edilen nanoakışkanların reolojik özellikleri incelenmiştir. Nanoakışkanların kararlılık analizi zeta potansiyel ölçüm değerleri göz önüne alınarak gerçekleştirilmiş olup tüm nanoakışkanların oldukça kararlı oldukları belirlenmiştir. Reolojik ölçümler stress kontrollü reometre kullanılarak  5^οC, 15^οC, 25^οC, 35^οC sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Reolojik ölçümler, doğrusal olmayan viskoelastik ve doğrusal viskoelastik ölçümler olmak üzere iki farklı yöntem için yürütülmüştür. Doğrusal olmayan viskoelastik deneylerde akışkanın kayma hızına karşı viskozitesinin değişimi, hem farklı nanoparçacık kütle bölüntüleri için hemde sabit bir kütle bölüntüsünde farklı sıcaklıklar için incelenmiştir. İkinci tip deneylerde ise frekans bağımlı depolama G^’ ve kayıp modülü G^”, küçük salınım kayma gerilimi altında ölçülerek akışkanın elastik davranışı belirlenmiştir. Gerçekleştirilen detaylı reolojik analizler sonucunda; kütlece %0.1 bölüntüde grafen oksit nanoparçacık katkılanan  nanoakışkanın Newton kuralına uyan akış davranışı gösterdiği buna karşılık grafen oksit kütle bölüntüsünün artmasına bağlı olarak akış davranışının değişerek Newton kuralına uymayan sanki-plastik davranışına dönüştüğü belirlenmiştir. Buna ek olarak yüksek grafen oksit kütle bölüntülerinde, görünür viskozitenin artan sıcaklıkla azaldığı görülmüştür. Gerçekleştirilen doğrusal reolojik ölçümler sonucunda yüksek bölüntülerde grafen oksit katkılanan nanoakışkanların, viskoelastik davranış özelliği gösterdiği gözlenmiştir.