[發明專利]一種全氟三乙胺基高導熱潤滑納米流體的制備方法

在審

• 申請號: 201811062275.2
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109021935A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 劉金龍;白明潔;李成明;苗建印;何江;魏俊俊;陳良賢;李振宇
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C09K5/10
• 分類號: C09K5/10;C10M169/04;C01B32/194;C10N30/06
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種基于全氟三乙胺基高導熱潤滑納米流體制備方法，屬于航天器用流體回路系統復合液體工質制備領域。通過制備氟化石墨烯?全氟三乙胺基納米流體實現流體回路系統的高效換熱與有效潤滑，本發明通過水熱法，以氫氟酸為氟化試劑對氧化石墨烯進行氟化，成功制備了多層氟化石墨烯，實驗設備較為簡易，制備過程易于操作。且石墨烯表面的含氟比例可以可控調整。經過氟化處理的石墨烯在全氟三乙胺工質當中具有良好的分散性，且由于無需使用分散劑，可以減少傳熱界面熱阻，顯著提供納米流體的熱導率。氟原子插入到石墨烯片層之間，擴大層間距，降低了層與層之間的作用力，同時氟原子之間強烈的斥力作用更有利于片層之間滑動，可顯著提高納米流體的減磨潤滑性能。

技術領域：

本發明屬于航天器用流體回路系統復合液體工質制備領域；特別是提供了一種制備基于全氟三乙胺納米流體的制備方法，特點是能夠在超疏水疏油的液體工質中均勻分散石墨烯納米顆粒，從而實現液體工質的高效換熱與減磨潤滑。

背景技術：

高效率換熱是流體回路技術發展永恒的主題，而熱載荷與傳熱工質的換熱效率高低則直接影響系統的規模與性能。為實現航天器高效率流體回路散熱系統研制，要求機械泵驅動流體回路散熱技術中的工作介質具有較高的換熱系數，能夠實現對高功率發熱部件進行有效換熱效果。與此同時，高壽命的泵也是泵驅流體回路的關鍵。能夠實現泵體的有效潤滑，無疑會對延長泵的壽命與增加可靠穩定性具有重要價值。

全氟三乙胺是航天領域常用的冷卻工質。它是一種無色、無嗅、透明液體，具有不燃燒、無毒，對熱和各種化學品及金屬材料的高度穩定性，良好的潤滑及耐磨性，優良的介電性和熱傳導性，且傾點低，粘度低等特點，被廣泛應用于航天工業、電子、電力工業中的電絕緣油、導熱冷卻劑、介電液、精密儀器清洗液等。其成分由C、N、F元素組成的，且由氟原子飽和的化合物。其沸點偏低，較易揮發，且導熱系數相對不高，僅為0.1003W/m·K。為提高其導熱系數，將高導熱納米添加劑加入到傳熱工質中改善其導熱性質與潤滑性質，通常稱其為納米流體。

石墨烯作為碳族材料中的優秀代表，不僅具有高的導熱率，還有低的摩擦系數，形成納米流體后將顯著提高熱導率，降低摩擦系數。例如Hajjar等利用改性Hummers法制備了氧化石墨烯，并以不同的質量分數(0.05％～0.25％)添加到去離子水中形成了均勻穩定的氧化石墨烯/水納米流體，納米流體導熱性能測量結果表明，納米流體熱導率大大高于基液的熱導率，常溫下質量分數為0.25％的石墨烯納米流體比去離子的導熱系數增大了33.9％，40℃時增加值為47.5％。(International Communications in Heat and MassTransfer.57(2014)128)。Ijam等使用改性Hummers法制備了氧化石墨烯，并以水/乙二醇做基液(60：40)制備成質量分數為0.01％～0.1％的納米流體，導熱性能結果表明，0.1％的納米流體熱導率提高了6.67％～10.47％(International Journal of Heat and MassTransfer.87(2015)92)。

然而盡管石墨烯通常具有優異的導熱性質與潤滑性質，但由于結構完整的石墨烯是由穩定的類六元環苯單元組合而成表面呈惰性，化學穩定性高，并且石墨烯片與片之間強烈的π-π作用使其在傳熱工質中的分散穩定性受到嚴重影響，特別是對于全氟三乙胺這種特殊的傳熱工質，很容易產生聚集沉淀或團聚，無法充分發揮石墨烯在全氟三乙胺中發揮高導熱和潤滑效果。

發明內容：

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種石墨烯均勻分散于非極性液態工質全氟三乙胺中形成納米流體的方法，從而提升機械泵驅動流體回路中工作介質的換熱性能與減磨性能。通過石墨烯通過表面修飾形成氟終端，利用與工質全氟三乙胺的相似相溶原理，實現氟化石墨烯在換熱工質全氟三乙胺當中的均勻分散。這樣既可以避免分散劑的引入降低石墨烯的熱導率，又可以避免引入較大的官能團分子帶來的不穩定性。