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、究內(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；另外測試了納米流體經(jīng)過長時間靜置后的導(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，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，在高剪切速率下趨向于某一個定值，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電位絕對值均大于30mV，表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性；pH對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時懸浮液的Zeta電位達(dá)到了-52.26mV，納米流體的穩(wěn)定性最好。