納米流體的制備、表征及性能研究.pdf

1、納米流體是指以一定的方式和比例，在液體介質(zhì)中添加納米級(jí)的金屬或非金屬粒子形成的一類新型傳熱工質(zhì)。與傳統(tǒng)傳熱流體或含有微米級(jí)固體顆粒的流體相比，納米流體具有導(dǎo)熱能力高、穩(wěn)定性好、對(duì)設(shè)備磨損小等優(yōu)點(diǎn)。納米流體在能源生產(chǎn)、電力供應(yīng)、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻、集成電路中微孔道冷卻等眾多方面具有巨大的應(yīng)用前景，從而成為材料、物理、化學(xué)、傳熱學(xué)等研究的熱點(diǎn)。 目前研究的內(nèi)容主要集中在以下七個(gè)方面：納米流體體系的研究；納米流體的制備方法研究；納米流體的穩(wěn)定

2、性；納米流體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；納米流體的流變特性；納米流體導(dǎo)熱性能的研究；納米流體的應(yīng)用。本論文主要進(jìn)行以下幾個(gè)方面研究： 一． CePO4納米流體的制備與表征 1)利用探頭式強(qiáng)力超聲技術(shù)，采用一步化學(xué)法制備了CePO4納米流體。采用XRD、TEM、SEM、Zeta電位、靜置沉降等技術(shù)和手段對(duì)CePO4納米流體進(jìn)行分析和表征。研究發(fā)現(xiàn)，采取H3PO4溶液等摩爾逐滴滴加到Ce(NO3)3溶液的方式，強(qiáng)力超聲時(shí)間為30 min，濃

3、度小于0.3 M時(shí)可制備穩(wěn)定性好具有纖維狀結(jié)構(gòu)的CePO4納米流體；增大反應(yīng)體系的pH值，CePO4由長(zhǎng)徑比較大的纖維狀變?yōu)殚L(zhǎng)徑比較小的短棒狀；CTAB的加入，使CePO4纖維長(zhǎng)度變短且成束狀，使CePO4納米流體出現(xiàn)明顯的觸變性。 2)采用水熱和摻入Eu、La的方式，大幅度提高了CePO4發(fā)光強(qiáng)度，利用熒光標(biāo)識(shí)技術(shù)，采用熒光顯微鏡可實(shí)現(xiàn)對(duì)納米流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的直觀表征；利用冷凍復(fù)型技術(shù)，也可更加直觀的觀測(cè)到CePO4納米流體聚集結(jié)

4、構(gòu)，提出了表征納米流體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)新方法。 二． CaCO3納米流體的制備與表征 1)利用工業(yè)化的CaCO3料漿，采用改進(jìn)后的浮選-分散兩步法制備了CaCO3納米流體。該法制備工藝簡(jiǎn)單、工序少、易于批量化生產(chǎn)，又克服了傳統(tǒng)兩步法在納米流體的制備、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)冗^程中納米顆粒易團(tuán)聚的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)CaCO3納米流體的低成本、工業(yè)化制備。 2)在陰離子表面活性劑PMAA-NH4存在的情況下，當(dāng)超聲時(shí)間為20 min，pH值

5、在9.1-9.5之間可制備粒徑小、團(tuán)聚少、分散性好、穩(wěn)定性好的CaCO3納米流體；表面活性劑P90的加入不利于CaCO3納米流體的穩(wěn)定。 3)利用冷凍復(fù)型技術(shù)，更加直觀的觀測(cè)到CaCO3顆粒約20 nm，均勻分散在流體中，團(tuán)聚很小，這為CaCO3納米流體的穩(wěn)定性提供更為直觀的證據(jù)，提出了納米流體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)新方法。 三．納米流體的流變特性研究 1)制備的CePO4納米流體為非牛頓型納米流體，在5-100 s-1剪切

6、速率范圍內(nèi)呈現(xiàn)出剪切變稀現(xiàn)象，在100-300 s-1剪切速率范圍內(nèi)粘度基本保持不變；制備的CaCO3納米流體為牛頓型納米流體，在5-100 s-1剪切速率范圍內(nèi)粘度基本保持恒定。此外，在相同剪切速率下，CePO4納米流體和CaCO3納米流體粘度均隨體積分?jǐn)?shù)的增加而增大。 2)CePO4納米流體和CaCO3納米流體的相對(duì)粘度均隨體積分?jǐn)?shù)的增加而增大。經(jīng)典的相對(duì)粘度公式不適用于這兩種體系，為了計(jì)算目的提出了適用于CePO4納米流體

7、和CaCO3納米流的公式，相關(guān)因子分別為0.975和0.988。 3)CePO4納米流體和CaCO3納米流體的粘度均隨溫度的升高而降低。 四．納米流體導(dǎo)熱儀的設(shè)計(jì)與組裝 根據(jù)瞬態(tài)熱絲法測(cè)量納米流體導(dǎo)熱系數(shù)的原理，自己設(shè)計(jì)組裝了納米流體導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試裝置，對(duì)測(cè)試裝置進(jìn)行了誤差分析。通過測(cè)試乙二醇和蒸餾水的導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)儀器進(jìn)行了校驗(yàn)，證明測(cè)試裝置具有較高的精度，可以用于納米流體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定。 五．納米流體導(dǎo)熱