[发明专利]一种纳米流体原位制备、表征及防团聚储存的装置及方法

说明书

本发明涉及一种纳米流体原位制备、表征及防团聚储存的装置，包括用于原位制备纳米流体并储存纳米流体的容器、与容器相适配的纳米颗粒分散机构以及与容器相适配的背光表征系统，纳米颗粒分散机构包括超声振动组件及磁力搅拌组件。与现有技术相比，本发明能够实现纳米流体的原位制备、稳定性在线表征和长期稳定储存，在解决纳米流体颗粒易团聚问题的同时，避免了移液带来的误差与污染，还实现了纳米流体稳定性的简便直观表征。

技术领域

本发明属于纳米流体技术领域，涉及一种纳米流体原位制备、表征及防团聚储存的装置及方法。

背景技术

纳米流体是将纳米级的固体颗粒分散到溶液中形成的均匀稳定的二元或多元流体，是一种新型、高效热性能的能量输运工质，可以有效提高液体的导热系数，强化液体的传热性能，满足特殊尺度下的强化传热要求，在工程领域具有广阔的应用前景与研究价值。

理想情况下，纳米粒子均匀悬浮分布于基液之中，但实际上在布朗运动的过程中以及其他各种作用力的影响下，悬浮的纳米粒子之间不可避免地会发生碰撞和团聚，形成团聚体，这种团聚现象会降低纳米流体内部能量传递的速率，削弱其强化传热性能。当团聚体的尺寸变大到一定程度时，甚至还会发生沉淀，从而使得纳米流体失去其原有的优越性能。因此，制备出分散性好、稳定性高的纳米流体，并使纳米粒子在较长时间内均匀、稳定地分散在液体介质中，是纳米流体制备与研究过程中的关键技术之一。

针对制备与表征纳米流体稳定性这一问题，中国发明专利CN110193318A公开了一种基于光声效应的纳米流体防团聚方法，其原理是利用金纳米粒子在通过石英光纤的激光的辐照下产生的微腔，该微腔在周期性的膨胀和收缩中产生定向的超声波，从而使得纳米流体振荡以防止颗粒团聚，同时借助CCD相机实时监测通过纳米流体的光信号强弱变化对其稳定性进行表征。该方案在理论上可一定程度上改善纳米流体的团聚问题，但是所涉及到的装置与材料较为复杂，对部件的精度以及装置复杂程度要求都相对较高。

中国专利CN111829924A公开了一种纳米流体稳定性监测系统及方法，可对纳米流体稳定性进行实时观测与多参数全面表征，其原理是将吸光度、黏度、表面张力等参数的测试系统集成于一体，并通过PLC控制模块对数据统一进行处理。该方案在一定程度上对纳米流体的大部分稳定性表征参数进行了系统的表征与记录，但是其装置本身不便于样品的长期储存，且未考虑被监测的纳米流体一旦发生团聚后如何及时将其分散的问题，同时部分监测技术较为冗余。

此外，包括上述两项专利技术在内，目前所公开的相关技术方案都是直接对制备完成的纳米流体实施外加的分散或稳定性表征，因此都无法避免溶液在转移以及接触外部装置的过程中带来的误差、污染以及对体系分散状况的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米流体原位制备、表征及防团聚储存的装置及方法。经研究发现，开展纳米流体相关研究的关键前提之一是解决纳米流体易团聚的问题。本发明在解决纳米流体颗粒易团聚问题的同时，避免了移液带来的误差与污染，还实现了纳米流体稳定性的简便直观表征。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种纳米流体原位制备、表征及防团聚储存的装置，该装置包括用于原位制备纳米流体并储存纳米流体的容器、与容器相适配的纳米颗粒分散机构以及与容器相适配的背光表征系统，所述的纳米颗粒分散机构包括超声振动组件及磁力搅拌组件。纳米流体盛装在容器。

进一步地，该装置还包括与容器相适配的容器盖。在长期储存纳米流体时，将容器盖盖在容器上。

进一步地，所述的容器为长方体容器，该长方体容器位于背光表征系统的光路中，并且所述的长方体容器的长度方向与光路相垂直，宽度方向与光路相平行。长方体容器在透光方向上距离短，而在非透光方向上距离长。在后续的背光拍照稳定性表征环节中，这种设计可适应高颗粒密度的纳米流体悬浊液的透光性，从而缩短光程，而长方体容器的长边则有利于增大背光拍照表征过程中正视可视区的面积，从而便于对颗粒分散状况进行观察。