[发明专利]铜纳米流体太阳能冷却液及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及无机材料领域，具体涉及一种铜纳米流体太阳能冷却液。

背景技术

目前，市场上太阳能冷却液大多采用纯水和冰点低、沸点高且不易挥发的乙二醇的混合液为基液配置而成。众所周知，水是导热性最好、比热容最大的液体，加入乙二醇后，混合液的导热系数和比热容都会降低。且如若获得最佳冰点值，乙二醇添加量在混合溶液中的质量分数要达到70%，而随着乙二醇添加量的增加，混合液的导热系数势必会随之降低。太阳能作为低品位能源，在其收集利用的流程中，冷却液的导热性能是非常关键的一环，直接决定了其与夹套内水换热的效率。在保证冷却液具有一定冰点的前提下，还能获得较高的导热系数将是制作高品质冷却液的一道难题。

纳米流体作为一种高导热性能的导热介质，其技术应用于传热领域起始于20世纪90 年代。纳米流体在能源、化工、汽车、建筑、微电子、信息等领域具有巨大的潜在应用前景，从而成为材料、物理、化学、传热学等众领域的研究热点。目前所存在的铜纳米流体，大多采用在溶液中化学法析出纳米铜粉、碳包覆纳米铜粉等，然后通过添加分散剂进行机械分散将纳米铜粉分散在溶剂中形成铜纳米流体。但此类方法所制造出的铜纳米流体普遍存在铜纳米粉分散不稳定、易团聚和沉淀的现象；且采用碳包覆的纳米铜粉会在铜粉表面形成宏观上的碳层，由于碳层是热的不良导体且包覆需要一定的厚度，碳层在会在很大程度上降低铜纳米流体冷却液的导热效果。

    基于以上两点，开发一种导热性能良好的铜纳米流体冷却液及其制备方法，使铜纳米流体能够长时间的维持稳定状态，且在能够在保证其冰点的前提下，大幅度提高冷却液的导热系数，将对太阳能利用技术的提升具有巨大的推动作用。

发明内容

本发明的目的是发明一种具有导热效率高、分散均匀稳定性好、低冰点、防腐蚀性能好、适用盛装材料选材广泛的铜纳米流体冷却液及其制备方法。

一种铜纳米流体太阳能冷却液的制备方法，它包括以下步骤：

（1）先将磷酸盐溶于去离子水采用四氟电动搅拌器搅拌至完全溶解得到磷酸盐水溶液；将苯并三氮唑溶于乙二醇和丙二醇得到醇溶液；分别溶解的目的是为了避免一起溶解时会产生气泡；

（2）将步骤（1）所得到的醇溶液、磷酸盐水溶液以及乙烯基吡啶（试剂）、偶氮二异丁腈（粉剂）、电加热套、真空包装的纳米铜粉、高速分散机、超声波震荡仪、折形变径管、圆底烧瓶等放入真空手套箱，冲入氮气保护，以下操作通过真空手套箱配置的长筒手套操作；

（3）将纳米铜粉加入醇溶液，高速分散3-8min，然后加入乙烯基吡啶、偶氮二异丁腈继续高速分散4-7min；然后转入圆底烧瓶，烧瓶固定于电加热套中，调成低速搅拌，开启电加热套，温度控制在80-90℃之间，在纳米铜粉表面进行以乙烯基吡啶为单体、偶氮二异丁腈为引发剂的单分子膜聚合反应，维持2-4h，停止，冷却至常温，得到铜纳米悬浊液；

（4）将磷酸盐水溶液和得到的纳米铜醇溶液混合在一起，中速搅拌至混合溶液透明无色，加入酰胺基化合物分散剂至完全溶解得到铜纳米混合溶液；

（5）将步骤（4）得到的铜纳米混合溶液转移至超声波震荡仪进行超声波震荡1～4h，得到粗制铜纳米流体；

（6）将步骤（5）得到的产物粗制铜纳米流体倒入折形变径管系统的盛液槽，开启循环泵使粗制铜纳米流体循环流过折形变径管1～7h，得到铜纳米流体太阳能冷却液。

本发明还提供了一种铜纳米流体太阳能冷却液，它是由按重量份计的去离子水45～70份，乙二醇和丙二醇混合溶液25～55份，纳米铜粉0.5～9份，乙烯基吡啶0.4～0.9份，偶氮二异丁腈0.005～0.02份，酰胺基化合物分散剂0.3～1.4份，磷酸盐1～1.5份，苯并三氮唑0.1～0.5份组成。

所需仪器设备包括四氟电动搅拌器（金坛杰瑞尔电器有限公司）、真空手套箱（长沙天创粉末技术有限公司）、高速分散机（德国IKA T10）、超声波震荡仪（上海生析超声仪器有限公司上超DS-8510DT）和折形变径管系统（如图1）。所述折形变径管系统包括与盛液槽连通的高压微型泵，高压微型泵与四段折形变径管小口径端连通，四段折形变径管大口径端与盛液槽连通。

所述乙二醇和丙二醇的混合溶液，乙二醇和丙二醇的体积比为0.6:1～1:3，为了铜纳米流体冷却液获得较低的冰点；

所述纳米铜粉的平均粒径为20nm～100nm，在纳米流体中所占重量份数为0.5～9份，大于100nm的纳米铜粉不容易被良好分散；