Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano trong dầu bôi trơn, tản nhiệt cho trang thiết bị quân sự Mã số: VAST. AN-QP.03/14-16

Chủ nhiệm đề tài PGS.TS. Phan Ngọc Minh
Đơn vị thực hiện Trung tâm Phát triển công nghệ cao
Thời gian thực hiện 2014 - 2016
Thuộc chương trình Dự án KHCN Trọng điểm cấp Viện Hàn lâm KHCNVN
Cán bộ tham gia
Tổng kinh phí 9.350 triệu VNĐ
Xếp loại đề tài Xuất sắc
Mục tiêu đề tài

Nghiên cứu làm chủ công nghệ chế tạo dầu bôi trơn, tản nhiệt ứng dụng vật liệu nano trên cơ sở dầu gốc, định hướng ứng dụng cho các trang thiết bị phục vụ AN-QP.

Kết quả đạt được

-    Về khoa học:
    + Đã thành công trong việc chế tạo CNTs số lượng lớn để phục vụ cho hợp phần dự án, đã tiến hành biến tính vật liệu CNTs với nhóm chức –OH để phục vụ cho việc chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt nanô. Kết quả biến tính đã được khảo sát và chứng minh bằng các phép đo phổ Raman và phổ FTIR.
    + Đã phát triển mô hình tính toán lý thuyết độ dẫn nhiệt của chất lỏng chứa thành phần CNTs do chính tập thể tác giả xây dựng để tính toán cho dầu bôi trơn tản nhiệt nanô. Kết quả tính toán cho thấy sự phù hợp cao giữa mô hình tính toán lý thuyết với kết quả thực nghiệm của dầu bôi trơn tản nhiệt nano. Với hàm lượng 1,2 vol% của CNTs thì hệ số dẫn nhiệt của dầu bôi trơn tản nhiệt nano tăng lên khoảng 0,292 W/mK.
    + Đã thành công trong việc chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt nanô cho động cơ tàu thủy cỡ nhỏ, động cơ xe tăng, xe thiết giáp và xe chở khí tài quân sự. Các phép đo sự phân tán của CNTs đã được tiến hành khảo trên các thiết bị Zeta Sizer và cho kết quả phân tán tốt. Các tính chất của dầu bôi trơn như độ nhớt, chỉ số nhớt, hàm lượng kiềm tổng, điểm chớp cháy cốc hở, tổng hàm lượng kim loại, sức căng bề mặt, v.v... đã được tập thể nghiên cứu khảo sát đo đạc và kiểm định kỹ lưỡng tại Viện Xăng dầu Quân đội. Các loại dầu bôi trơn tản nhiệt nanô chế tạo được có phẩm chất và đặc tính kỹ thuật đáp ứng được với các tiêu chuẩn của Nga dành cho động cơ xe tăng, xe thiết giáp, xe chở khí tài và tàu thủy.
    + Tập thể nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt nanô trên bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ, động cơ xe tăng, xe thiết giáp và xe chở khí tài quân sự tại Viện Kỹ thuật Cơ giới Quân sự. Kết quả thử nghiệm cho thấy dầu bôi trơn tản nhiệt nanô có khả năng tản nhiệt tốt hơn so với dầu thương phần cũng như dầu bôi trơn không chứa thành phần nanô, giúp giảm nhiệt độ của động cơ xuống khoảng 4,2 - 4,6oC so với dầu bôi trơn thương phẩm thông thường. Ngoài ra dầu bôi trơn tản nhiệt nanô còn giúp giảm hệ số ma sát của động cơ từ 1,21 – 1,29 lần, giúp tiết kiệm từ 10,39 % - 15,79 % nhiên liệu cho động cơ. Các phép đo khảo sát cho thấy tuổi thọ của dầu bôi trơn tản nhiệt nanô cao hơn khoảng 4 lần về mặt thời gian so với dầu bôi trơn thương phẩm thông thường.
-    Về ứng dụng:
    + Tập thể nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm thực tế dầu bôi trơn tản nhiệt nanô trên xe thiết giáp và xe chở khí tài quân sự tại Sơn Tây dưới sự chủ trì của Viện Kỹ thuật Cơ giới Quân sự. Kết quả đo đạc khảo sát cho thấy dầu bôi trơn tản nhiệt nanô có hiệu quả bôi trơn và tản nhiệt cao hơn với dầu thương phẩm thông thường, giúp tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ từ 10,19 -15,31 %. Các phép đo khảo sát thông số kỹ thuật của dầu bôi trơn cho thấy độ bền và tuổi thọ của dầu bôi trơn tản nhiệt nanô tăng lên đến 20.000 km so với tuổi thọ 5.000 km của dầu bôi trơn thương phẩm thông thường.
    + Ngoài kết quả thử nghiệm thực tế theo đề cương của hợp phần, hợp phần dự án cũng đã tiến hành thử nghiệm thực tế dầu bôi trơn tản nhiệt nanô trên xe tăng tại tường Sỹ quan Lục quân I. Kết quả ban đầu cho thấy sau quãng đường chạy thực tế 10.000 km trên xe tăng, dầu bôi trơn tản nhiệt nanô vẫn duy trì tốt các phẩm chất kỹ thuật cũng như hiệu quả tản nhiệt, giảm ma sát, tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ xe tăng. Hiện nay xe vẫn đang tiếp tục trong quá trình chạy thử trên quãng đường dài hơn để tiếp tục quá trình khảo sát độ bền, tuổi thọ và phẩm chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nanô.

pnminh2

Những đóng góp mới

Hợp phần dự án đã làm chủ được công nghệ chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt ứng dụng vật liệu nanô cácbon trên cơ sở dầu gốc PAO sử dụng cho các trang thiết bị quân sự. Hợp phần dự án đã chế tạo thành công 04 loại dầu bôi trơn tản nhiệt nanô cho động cơ tàu thủy cỡ nhỏ, xe tăng, xe thiết giáp và xe chở khí tài quân sự. Kết quả thử nghiệm chạy thực tế cho thấy sau quãng đường 20.000 km chạy thử, dầu bôi trơn tản nhiệt nanô vẫn duy trì tốt các thông số kỹ thuật và phẩm chất chất lượng, đáp ứng tốt các tiêu chuẩn kỹ thuật của Nga cho từng loại động cơ xe quân sự, đồng thời giúp giảm nhiệt độ, giảm hệ số ma sát, tiết kiệm nhiên liệu và nâng cao tuổi thọ cho động cơ trang thiết bị quân sự.

Sản phẩm

+ Bài báo quốc tế thuộc danh mục SCI-E:
- 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, 4 pp. DOI:  10.1049/mnl.2016.0280, Online ISSN 1750-0443.
- 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, “Thermo-mechanical properties of Carbon nanotubes and applications in thermal management”, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, vol 7, issue 3 (2016)
- 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)
- 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)
- Phan Ngoc Hong , Tran Thi Tuoi, Nguyen Thi Kim Ngan, Bui Thi Trang, Phan Ngoc Minh, Tran Dai Lam, Nguyen Thi Hanh, Dang Van Thanh, “Preparation of Crumpled Graphite Oxide from Recycled Graphite Using Plasma Electrolysis and Its Application for Adsorption of Cadmium in Aqueous Environment”, Journal of Electronic Materials, vol 45, issue 5, 2472-2476 (2016)
+ Bài báo quốc tế thuộc danh mục SCI-E đang gửi đăng:
- Nguyen Manh Hong, Bui Hung Thang, Phan Ngoc Hong, Nguyen Tuan Hong, Phan Hong Khoi, and Phan Ngoc Minh, “Calculation and Experimental Results on Thermal Conductivity of PAO/CNTs nanofluids”, to be submitted in Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology
+ Bài báo quốc gia đã được chấp nhận đăng:
- Nguyễn Mạnh Hồng, Bùi Hùng Thắng, Phan Hồng Khôi, Phan Ngọc Minh, “Nghiên cứu dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành phần ống nanô cácbon cho động cơ đốt trong”, Tạp chí Khoa học Đại học Huế, chấp nhận đăng ngày 27/4/2016.
+ Báo cáo hội nghị khoa học chuyên ngành:
- Nguyen Manh Hong, Bui Hung Thang, Phan Ngoc Hong, Nguyen Tuan Hong, Phan Hong Khoi, Phan Ngoc Minh “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).
- Bui Hung Thang, Nguyen Manh Hong, Pham Van Trinh, Phan Ngoc Hong, Nguyen Tuan Hong, Nguyen Van Chuc, Le Dinh Quang, Phan Hong Khoi, and Phan Ngoc Minh, “Thermo-mechanical properties of Carbon nanotubes and applications in thermal management”, The EMN Meeting on Carbon Nanostructures 2016, Hawaii, USA from March 27th to 31th, 2016 (invited speaker).
- 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
- Phan Ngoc Minh, Bui Hung Thang, and Phan Hong Khoi, “Carbon-based nanofluids and their potential applications in high power electronic devices and solar thermal electric generation”, The 5th International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA 2015), 83-87
- Bùi Hùng Thắng, Nguyễn Mạnh Hồng, Phan Hồng Khôi, Phan Ngọc Minh, “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nanô cácbon trong dầu bôi trơn tản nhiệt”, Hội nghị VLCR 2015, 347-350
- Nguyen Manh Hong, Bui Hung Thang, Phan Hong Khoi and Phan Ngoc Minh, “Application of Carbon Nanotubes in Lubricating Oils”, The International Workshop on Nanoscience and Nanotechnology: Opportunities for Academia & High Tech Industry Joint 4th Asia-Pacific Chemical and Biological Microfluidics Conferences (IWNN-APCBM 2015), 2-4 November 2015 – Da Nang, Vietnam
- 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
- Nguyễn Văn Chúc, Bùi Hùng Thắng, Phan Ngọc Hồng, Cao Thị Thanh, Phạm Văn Trình, Nguyễn Văn Tú, Ngô Thị Thanh Tâm, Lê Đình Quang, Nguyễn Mạnh Hồng, Nguyễn Hải Bình, Trần Đại Lâm, Nguyễn Tuấn Dung, Đoàn Đình Phương, Phan Hồng Khôi và Phan Ngọc Minh, “Nghiên cứu công nghệ chế tạo, đặc trưng tính chất và ứng dụng vật liệu cácbon cấu trúc nano”, Hội thảo 40 năm thành lập Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Tiểu ban Khoa học vật liệu, 48 – 74 (2015)
10.2. Bằng sáng chế, giải pháp hữu ích:
- Đăng ký sáng chế “Quy trình chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano cacbon” đã được Cục Sở hữu trí tuệ chấp nhận đơn ngày 18/1/2016 theo quyết định số 2563/QĐ-SHTT.

10.3. Sản phẩm cụ thể:

pnminh1

10.4. Các sản phẩm khác:
+ Quy trình khoa học công nghệ:
- Quy trình chế tạo dầu bôi trơn, tản nhiệt chứa thành phần vật liệu nano cho tàu thủy cỡ nhỏ (đã được nghiệm thu).
- Quy trình chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệtchứa thành phần vật liệu nano cho xe tăng (đã được nghiệm thu).
- Quy trình chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành phần vật liệu nano cho xe thiết giáp (đã được nghiệm thu).
- Quy trình chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành phần vật liệu nano cho xe chở khí tài quân sự (đã được nghiệm thu).
+ Báo cáo kết quả thử nghiệm:
- Báo cáo kết quả thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt nanô trên bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ tại Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự.
- Báo cáo kết quả thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt nanô trên bệ thử động cơ xe tăng tại Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự.
- Báo cáo kết quả thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt nanô trên bệ thử động cơ xe thiết giáp tại Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự.
- Báo cáo kết quả thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt nanô trên bệ thử động cơ xe chở khí tài quân sự tại Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự.
- Báo cáo kết quả thử nghiệm thực tế dầu bôi trơn tản nhiệt nanô trên xe thiết giáp BTR-60 PB tại Trường Sỹ quan Lục quân 1 (Bộ Quốc Phòng).
- Báo cáo kết quả thử nghiệm thực tế dầu bôi trơn tản nhiệt nanô trên xe chở khí tài quân sự ZIL 131 tại Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự.
+ Sản phẩm đào tạo:
- Tham gia đào tạo NCS. Nguyễn Mạnh Hồng thực hiện chính các nội dung liên quan đến Hợp phần dự án, cơ sở đào tạo: Học viện Khoa học và Công nghệ, dự kiến bảo vệ luận án vào 12/2016.
- Hợp phần dự án cũng góp phần đào tạo 02 nghiên cứu sinh đã bảo vệ thành công luận án Tiến sĩ bao gồm: TS. Bùi Hùng Thắng, cơ sở đào tạo: Viện Khoa học vật liệu, bảo vệ luận án 5/2015; TS. Phạm Văn Trình, cơ sở đào tạo: Học viện Khoa học và Công nghệ, bảo vệ luận án 4/2016.
- Ngoài ra hợp phần dự án góp phần đào tạo 01 Nghiên cứu sinh đang trong giai đoạn bắt đầu thực hiện luận án: NCS. Nguyễn Trọng Tâm, cơ sở đào tạo: Học viện Khoa học và Công nghệ.
-  Tham gia đào tạo 01 Thạc sỹ đã bảo vệ thành công luận văn: ThS. Nguyễn Thị Hương, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, bảo vệ luận văn 8/2015.

Địa chỉ ứng dụng

- Trường Sỹ quan Lục quân 1 - Bộ Quốc Phòng.
- Đoàn 384 - Cục Xe Máy - Tổng Cục Kỹ Thuật - Bộ Quốc Phòng.
- Và một số đơn vị khác.
* Kiến nghị của chủ nhiệm hợp phần dự án: Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu và thử nghiệm đã đạt được, đồng thời được sự tin tưởng và đặt hàng từ phía Trường Sỹ quan Lục quân I (Bộ Quốc Phòng) và Đoàn 384 (Cục Xe Máy – Tổng Cục Kỹ Thuật), tập thể hợp phần dự án kính đề nghị Lãnh đạo Trung Tâm Phát triển Công nghệ Cao, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam tiếp tục quan tâm, tạo điều kiện và có phương án tiến tới chế tạo sản phẩm dầu bôi trơn tản nhiệt nanô ở quy mô lớn cũng như tiến hành thương mại hóa sản phẩm.

Bản quyền thuộc về Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Khi phát hành lại thông tin trên Website cần ghi rõ nguồn: "Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam".