專利名稱：一種乙二醇基含碳納米管納米流體的優(yōu)化制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于傳熱領(lǐng)域的具有強(qiáng)化傳熱性能的乙二醇基含碳納米管納米流體的優(yōu) 化制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，納米流體已成為強(qiáng)化傳熱和材料研究領(lǐng)域的一個新興的熱點(diǎn)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(dǎo)熱系數(shù)和對流換熱系數(shù)。同時，納米流體的 固-液兩相能夠均勻分布且能長期穩(wěn)定，從而避免了在傳統(tǒng)流體工質(zhì)中添加微米尺度固體顆粒 時易積淀，導(dǎo)致在小徑管道內(nèi)阻塞的缺點(diǎn)。因此，納米流體介質(zhì)是一種具有廣闊應(yīng)用前景的 高效新型換熱介質(zhì)材料。
根據(jù)混合物有效導(dǎo)熱系數(shù)理論，固-液兩相混合物的有效導(dǎo)熱系數(shù)不僅和固相的導(dǎo)熱系數(shù) 密切相關(guān)，而且還取決于固相的形狀因子。固相高導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)。因此，具有高導(dǎo)熱系數(shù)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(qiáng)酸氧化方法對碳 納米管進(jìn)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(wěn)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(dǎo)熱系數(shù)增加達(dá)20%以上。但這 只是一個比較初步的研究。因?yàn)殡m然碳納米管長徑比大，有助于提高納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)， 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(chǎn)生嚴(yán)重團(tuán)聚，這不僅不利于納米流體的穩(wěn)定，而且會使其粘度變大，在小管 道流動中也容易發(fā)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(yōu)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(jìn)行強(qiáng)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(diǎn)是如果碳納米管含量低則流體導(dǎo)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(wěn)定性很差，常容易沉淀，在應(yīng)用 中堵塞換熱系統(tǒng)管道，進(jìn)而限制其在換熱領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種優(yōu)化制備具有強(qiáng)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(xiàn)有技術(shù)中將碳納米管進(jìn)行強(qiáng)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(dǎo)致碳納米管含量低則流體導(dǎo)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(wěn)定性很差，常容易沉淀，在應(yīng)用中堵塞換熱系統(tǒng)管道等弊端。本發(fā)明采用機(jī)械球磨 技術(shù)將強(qiáng)酸處理得到的碳納米管截斷成不同長度，根據(jù)碳納米管長度對納米流體導(dǎo)熱性能的 影響，來優(yōu)化制備具有強(qiáng)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(yōu)化制備方法，其特征在于先對碳納米管進(jìn)行強(qiáng) 酸處理，然后采用機(jī)械球磨技術(shù)，對碳納米管進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)酸氧化處理將180ml濃硫酸與60ml硝酸混合，伴隨機(jī)械攪拌將8. Og 碳納米管加入到混合酸中。于90"C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(jī)械球磨將上述強(qiáng)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(nèi)。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(dǎo)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(tǒng)測定含有不同濃度、不同長度碳納米管納米流體導(dǎo)熱系數(shù)，測量誤差小于±1%。
本發(fā)明采用機(jī)械球磨技術(shù)對強(qiáng)酸處理得到的表面功能化的碳納米管迸行球磨，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(dǎo)熱系數(shù)隨碳納 米管長度變化關(guān)系來優(yōu)化制備具有高導(dǎo)熱性能的納米流體。
采用本發(fā)明方法制備的納米流體，當(dāng)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(dǎo)熱系數(shù)比乙二醇導(dǎo)熱系數(shù)提高達(dá)40%以上。
本發(fā)明與現(xiàn)有制備方法相比，其優(yōu)點(diǎn)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(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)高。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:將強(qiáng)酸處理的多壁碳納米管未經(jīng)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(jīng)過超聲得到的納米流體導(dǎo)熱系數(shù)比基 體流體乙二醇的導(dǎo)熱系數(shù)增加10. 5%。
實(shí)施例2:將強(qiáng)酸處理的多壁碳納米管經(jīng)過10小時球磨處理后，按照體積份額配比為0. 2 %與體積份額配比為99.8%的乙二醇相混合，經(jīng)過超聲得到的納米流體導(dǎo)熱系數(shù)比基體流體 乙二醇的導(dǎo)熱系數(shù)增加10. 5%。
實(shí)施例3:將強(qiáng)酸處理的多壁碳納米管經(jīng)過10小時球磨處理后，按照體積份額配比為0. 6 %與體積份額配比為99.4%的乙二醇相混合，經(jīng)過超聲得到的納米流體導(dǎo)熱系數(shù)比基體流體 乙二醇的導(dǎo)熱系數(shù)增加18. 6 %。
實(shí)施例4:將強(qiáng)酸處理的多壁碳納米管經(jīng)過18小時球磨處理后，按照體積份額配比為0. 4 %與體積份額配比為99. 6%的乙二醇相混合，經(jīng)過超聲得到的納米流體導(dǎo)熱系數(shù)比基體流體 乙二醇的導(dǎo)熱系數(shù)增加8. 0%。
實(shí)施例5:將強(qiáng)酸處理的多壁碳納米管經(jīng)過28小時球磨處理后，按照體積份額配比為0. 6 %與體積份額配比為99.4%的乙二醇相混合，經(jīng)過超聲得到的納米流體導(dǎo)熱系數(shù)比基體流體 乙二醇的導(dǎo)熱系數(shù)增加9. 99%。
實(shí)施例6:將強(qiáng)酸處理的多壁碳納米管經(jīng)過40小時球磨處理后，按照體積份額配比為0. 8 %與體積份額配比為99.2%的乙二醇相混合，經(jīng)過超聲得到的納米流體導(dǎo)熱系數(shù)比基體流體 乙二醇的導(dǎo)熱系數(shù)增加11. 5%。
實(shí)施例7:將強(qiáng)酸處理的多壁碳納米管經(jīng)過10小時球磨處理后，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(jīng)過超聲得到的納米流體導(dǎo)熱系數(shù)比基體流體 乙二醇的導(dǎo)熱系數(shù)增加42. 9%。
權(quán)利要求
1.一種乙二醇基含碳納米管納米流體的優(yōu)化制備方法，其特征在于先將碳納米管進(jìn)行強(qiáng)酸氧化處理，然后采用機(jī)械球磨技術(shù)，對碳納米管進(jìn)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(qiáng)化傳熱性能的乙二醇基含碳納米管納米流體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種乙二醇基含碳納米管納米流體的優(yōu)化制備方法，其特征在于 所述的球磨時間控制在0-40小時。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種乙二醇基含碳納米管納米流體的優(yōu)化制備方法，其特征在于-所述的碳納米管為多壁碳納米管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種乙二醇基含碳納米管納米流體的優(yōu)化制備方法，其特征在于所述的基體流體為乙二醇。
全文摘要
一種乙二醇基含碳納米管納米流體的優(yōu)化制備方法，其特點(diǎn)是先將碳納米管進(jìn)行強(qiáng)酸氧化處理，然后采用機(jī)械球磨技術(shù)，對碳納米管進(jìn)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(qiáng)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。碳納米管為多壁碳納米管。采用本發(fā)明方法制得的含碳納米管乙二醇基納米流體分散均勻、穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)高。
文檔編號C09C1/44GK101293646SQ20081003894
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者謝華清, 陳立飛 申請人:上海第二工業(yè)大學(xué)