[发明专利]一种水基含碳纳米管纳米流体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于热交换系统的高效强化传热冷却液的制备方法，具体涉及一种分散稳定的具有高导热系数的水基含碳纳米管纳米流体的制备方法。

背景技术

研制导热系数高、换热性能好的高效传热流体，可以解决随着热交换系统的传热负荷和传热强度日益增大，低传热性能的换热工质很难满足高负荷传热和特殊条件下强化传热技术要求，尤其是在能源、化工、微电子、信息等领域。

目前研究较多的是纳米流体，它是指把具有高导热性能的金属或非金属纳米粉体分散到导热系数较低的水、醇、机油等传统换热介质中，制备成具有高导热性能的新型换热介质；其导热和比热等热物理性能均大幅度提高，从而显著改善传热性能，将其应用于换热系统，可极大提高换热效率，因此，纳米流体介质是一种具有广阔应用前景的高效新型换热介质材料。可满足高负荷传热和特殊条件下强化传热的要求，符合换热系统向小型化和低能耗方向发展的趋势。然而，纳米流体的制备主要存在两个问题亟待解决：其一是制备具有高导热性能的纳米流体；其二是制备分散均匀、稳定性好的纳米流体。如果制备的纳米流体容易沉淀，那么将严重阻碍纳米流体在换热领域的应用。

普通碳纳米管的导热系数为3000～3500W/m·K，是金钢石导热系数的1.5～3倍，是制备纳米流体的理想添加物。然而，碳纳米管的惰性表面以及管与管之间固有的范德华力，使其不能分散在极性基体流体中[C.Park et al.，Chem.Phys.Lett.(2002)364：303]。采用添加表面活性剂的方法可以解决碳纳米管难分散的问题，目前采用的方法是添加传统表面活性剂(如：M.J.Assael et al.，Int.J.Thermophys.26(2005)647)，将碳纳米管直接分散到水基液中，其缺点是制备的纳米流体稳定性很差，非常容易沉淀，导热性能提高很小，同时添加传统表面活性剂的用量很大，极大地增加了碳纳米管表面与基体流体之间的热阻。此外，未经处理的碳纳米管长径比很大，直线度很低，极大的降低了碳纳米管的有效传热路径，制备的纳米流体不稳定、导热性能提高较小，这是当前含碳纳米管纳米流体制备的最大障碍。

发明内容

为克服上述缺点：即未经处理的碳纳米管长径比大，直线度低，导致降低有效传热路径，添加传统表面活性剂用量大、稳定性差、易沉淀等缺点，本发明公开了一种新的水基含碳纳米管纳米流体制备方法，其目的在于提供一种碳纳米管分散均匀、稳定、具有高导热系数的水基含碳纳米管纳米流体及其制备方法。首先采用机械球磨技术，对碳纳米管进行截断短化处理；其次，通过添加新型阳离子偶联表面活性剂，将处理过的碳纳米管采用超声技术分散到水基液中；制得的含碳纳米管水基纳米流体分散均匀、稳定性好、导热系数高。

所述的新型阳离子偶联表面活性剂活性高、临界胶束浓度低，可减少偶联表面活性剂的用量，因此选择添加偶联表面活性剂是制备分散均匀稳定且具有较高导热性能含碳纳米管纳米流体的有效途径之一。采用机械球磨的方法处理碳纳米管，可以得到具有最佳长径比且直线度高的碳纳米管是制备具有高导热性能含碳纳米管纳米流体的有效途径之二。通过添加新型阳离子偶联表面活性剂将已被截断化处理的碳纳米管分散到水中，得到水基含碳纳米管纳米流体。

一种水基含碳纳米管纳米流体的制备方法，其特征在于：它由被截断短化的碳纳米管、水和阳离子偶联表面活性剂按照体积比：0.1～0.8％，97.4～99.7％，0.2～1.8％的比例组成；首先将水和阳离子偶联表面活性剂按照所述比例直接共混，然后在其中按照所述比例添加已被截断短化的碳纳米管，再进行超声振动，制得悬浮稳定的水基含碳纳米管纳米流体。

所述的分散剂为季铵盐型阳离子偶联表面活性剂，具体为1，3-N，N二甲基十二烷基溴化铵，可记为12-3-12，2Br^-1。

本发明对碳纳米管截断短化处理：将碳纳米管以250r/min的转速进行球磨，通过控制球磨时间得到所需长度的碳纳米管；碳纳米管的分散化处理：是在超声振动条件下，通过添加新型分散剂将截断短化的碳纳米管分散到水基体流体中，制得均匀稳定的含碳纳米管纳米流体；所指的碳纳米管为多壁碳纳米管；所述的基体流体为水。

本发明与现有制备方法相比，其优点和积极效果是：制备工艺简单、成本低，纳米流体分散均匀、稳定时间长，导热系数高。本发明制备的纳米流体当碳纳米管体积含量为0.8％时纳米流体导热系数比水提高达25％。

具体实施方式