[發明專利]一種乙二醇基含碳納米管納米流體的優化制備方法

無效

• 申請號: 200810038947.6
• 申請日: 2008-06-13
• 公開（公告）號: CN101293646A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 陳立飛;謝華清
• 申請（專利權）人: 上海第二工業大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;C09C3/04;C09C1/44
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司
• 代理人: 寧芝華

技術領域

本發明涉及一種用于傳熱領域的具有強化傳熱性能的乙二醇基含碳納米管納米流體的優化制備方法。

背景技術

近年來，納米流體已成為強化傳熱和材料研究領域的一個新興的熱點研究課題。研究表明，在液體中添加納米粒子，可以顯著增加液體的導熱系數和對流換熱系數。同時，納米流體的固-液兩相能夠均勻分布且能長期穩定，從而避免了在傳統流體工質中添加微米尺度固體顆粒時易積淀，導致在小徑管道內阻塞的缺點。因此，納米流體介質是一種具有廣闊應用前景的高效新型換熱介質材料。

根據混合物有效導熱系數理論，固-液兩相混合物的有效導熱系數不僅和固相的導熱系數密切相關，而且還取決于固相的形狀因子。固相高導熱性能、固相為柱狀及固相大長徑比均有利于提高混合物的有效導熱系數。因此，具有高導熱系數及大長徑比的碳納米管非常適合用來制備納米流體。為解決碳納米管在基體流體中難分散的問題，可采用強酸氧化方法對碳納米管進行表面功能化。Xie等[H.Xie?et?al.，J.Appl.Phys.(2003)94：4967]利用該方法處理碳納米管并制備出分散性好、穩定性高、不含分散劑的清潔無污染的乙二醇基含碳納米管納米流體，僅含1％體積濃度的碳納米管納米流體的導熱系數增加達20％以上。但這只是一個比較初步的研究。因為雖然碳納米管長徑比大，有助于提高納米流體的導熱系數，但是，過大長徑比的碳納米管分散在基體流體中，容易纏繞在一起，尤其在較高固相含量的情況下，往往產生嚴重團聚，這不僅不利于納米流體的穩定，而且會使其粘度變大，在小管道流動中也容易發生堵塞。因此，把碳納米管截斷成具有最佳長徑比，將有利于優化制備含碳納米管納米流體。

目前制備不添加分散劑的含碳納米管納米流體，采用的方法是將碳納米管進行強酸氧化處理，再將處理得到的碳納米管分散到基體流體中。其缺點是如果碳納米管含量低則流體導熱性能提高的較小，如果碳納米管含量高則制備的納米流體穩定性很差，常容易沉淀，在應用中堵塞換熱系統管道，進而限制其在換熱領域的實際應用。

發明內容

本發明目的在于提供一種優化制備具有強化傳熱性能的乙二醇基含碳納米管納米流體的方法，克服現有技術中將碳納米管進行強酸處理，然后再將處理得到的碳納米管分散到基體流體中，導致碳納米管含量低則流體導熱性能提高的較小，如果碳納米管含量高則制備的納米流體穩定性很差，常容易沉淀，在應用中堵塞換熱系統管道等弊端。本發明采用機械球磨技術將強酸處理得到的碳納米管截斷成不同長度，根據碳納米管長度對納米流體導熱性能的影響，來優化制備具有強化傳熱性能的含碳納米管納米流體。

一種乙二醇基含碳納米管納米流體的優化制備方法，其特征在于：先對碳納米管進行強酸處理，然后采用機械球磨技術，對碳納米管進行截斷處理，通過控制球磨時間來控制碳納米管長度，在碳納米管體積濃度為0.2-1.0％的較低濃度下制備具有強化傳熱性能的乙二醇基含碳納米管納米流體。

所述的球磨時間控制在0-40小時。

所述的碳納米管為多壁碳納米管。

所述的基體流體為乙二醇。

制備步驟如下：

(1)碳納米管強酸氧化處理：將180ml濃硫酸與60ml硝酸混合，伴隨機械攪拌將8.0g碳納米管加入到混合酸中。于90℃回流20分鐘，停止加熱。自然冷卻到室溫后，將碳納米管洗滌至中性，干燥待用。

(2)碳納米管截斷處理：利用機械球磨將上述強酸氧化處理得到的碳納米管截斷成不同長度。球磨時間控制在0-40小時范圍內。通過透射電鏡觀察碳納米管長度隨球磨時間變化效果。

(3)納米流體導熱性能確定：配制乙二醇基含碳納米管納米流體，并采用短熱絲測試系統測定含有不同濃度、不同長度碳納米管納米流體導熱系數，測量誤差小于±1％。

本發明采用機械球磨技術對強酸處理得到的表面功能化的碳納米管進行球磨，通過控制球磨時間來控制碳納米管長度。其次通過考察乙二醇基含碳納米管納米流體導熱系數隨碳納米管長度變化關系來優化制備具有高導熱性能的納米流體。

采用本發明方法制備的納米流體，當球磨時間為10小時即得到的碳納米管平均長度為600nm、體積含量為1.0％時納米流體導熱系數比乙二醇導熱系數提高達40％以上。

本發明與現有制備方法相比，其優點和積極效果是：制得的含碳納米管乙二醇基納米流體分散均勻、穩定性好、導熱系數高。

具體實施方式

實施例1：將強酸處理的多壁碳納米管未經球磨(球磨時間為0小時)按照體積份額配比為1.0％與體積份額配比為99.0％的乙二醇相混合，經過超聲得到的納米流體導熱系數比基體流體乙二醇的導熱系數增加10.5％。