基于石墨烯及其復(fù)合材料水基納米流體的性能研究.pdf

1、石墨烯是一種單層或少層的碳原子層平面結(jié)構(gòu)，具有超高的比表面積(～2620m2/g)和極高的導(dǎo)熱系數(shù)(～5300W/m·K)。因此石墨烯作為納米流體的添加劑引起了研究者的關(guān)注。石墨烯分散在水溶液中因其片層間很強(qiáng)的范德瓦耳斯力很容易團(tuán)聚或堆疊在一起，這樣就嚴(yán)重影響了納米流體的導(dǎo)熱性能。如何制備出穩(wěn)定性好的石墨烯納米懸浮液成為亟待解決的問題。氧化石墨烯的片層上含有很多親水性官能團(tuán)，能夠很好的分散在水溶液中。因此本文以氧化石墨烯為切入點(diǎn)，主要研

2、究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)使用改性Hummers法制備的氧化石墨，再經(jīng)過超聲得到分散性好的氧化石墨烯溶液(GO)，然后與NaBH4溶液回流還原得到不同還原程度的石墨烯(CRGO)。材料測(cè)試分析得知：石墨烯的結(jié)構(gòu)保持完整且在其表面還殘留著一些親水性官能。采用兩步法制備了不同濃度的CRGO-水基納米流體，并且研究了pH對(duì)其分散穩(wěn)定性的影響，當(dāng)pH在4.3-11.4間，懸浮液的Zeta電位絕對(duì)值均大于30mV，在pH=7.3左右，納米流體

3、的Zeta電位值達(dá)到了-48.8mV，表現(xiàn)出很好的分散穩(wěn)定性；另外測(cè)試了納米流體經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間靜置后的導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)果顯示其導(dǎo)熱系數(shù)變化很小。以上結(jié)果說明CRGO/H2O納米流體具有很好的分散穩(wěn)定性。研究CRGO-水基納米流體的導(dǎo)熱性能發(fā)現(xiàn):低濃度時(shí)納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度升高不明顯，高濃度添加量的導(dǎo)熱系數(shù)增加顯著，在體系溫度升高到60℃，添加劑的濃度為0.1wt％時(shí)，納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)相較于基液提高了32.2%；另外還研究了懸浮液的粘度與

4、溫度和剪切速率的關(guān)系，其粘度隨溫度升高而減小，表現(xiàn)出近似牛頓型流體行為，而且粘度也隨著剪切速率的增加呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，在高剪切速率下趨向于某一個(gè)定值，表現(xiàn)出明顯的剪切變稀行為。
　　(2)采用水熱法原位水解四氯化鈦生成二氧化鈦并且同時(shí)還原氧化石墨烯一步法制備了二氧化鈦@石墨烯復(fù)合材料(TiO2-G)。分析測(cè)試結(jié)果得知：經(jīng)過水熱反應(yīng)后，二氧化鈦小顆粒(5-10nm)成功地錨定到石墨烯片層上，而且得到的石墨烯片層上仍殘留一些親水性的含氧

5、官能團(tuán)。然后利用兩步法制備了不同濃度的TiO2-G的水基納米流體，分別研究了納米流體的分散穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性能。濃度為0.02wt%和0.05wt%的TiO2-G/H2O納米流體的Zeta電位絕對(duì)值均大于30mV，表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性；pH對(duì)TiO2-G/H2O納米流體的穩(wěn)定性也有一定的影響，在pH為4-11之間，TiO2-G/H2O納米流體具有比較好的穩(wěn)定性，當(dāng)pH為6.7時(shí)懸浮液的Zeta電位達(dá)到了-52.26mV，納米流體的穩(wěn)定性最好。