CN1464024A

CN1464024A - 高导热系数的“金刚石—水”系纳米流体的制备及应用

Info

Publication number: CN1464024A
Application number: CN 02133334
Authority: CN
Inventors: 朱斌; 朱颉安; 章丽云
Original assignee: CHENGDU SIMO NANOMETER TECHN Co Ltd
Current assignee: CHENGDU SIMO NANOMETER TECHN Co Ltd
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2003-12-31

Abstract

本发明是一种高导热系数的“金刚石－水”系纳米流体的制备方法，此方法首先是采用高速气流粉碎机或其它高效粉碎设备制备金刚石微粒，再采用浮选方法选取粒径小于500纳米的金刚石微粒，经酸洗除杂质和干燥制成金刚石微粉备用；选用合适的离子型、非离子型或两者按一定比例复合的表面活性剂，配制成浓度为0.O1－0.5％的表面活性剂水溶液；在搅拌和超声振动条件下，将金刚石微粉添加到含表面活性剂的水溶液中形成“金刚石－水”系悬浮液，该悬浮液具有高的导热系数，可作为高换热或冷却工质予以使用。

Description

高导热系数的“金刚石-水”系纳米流体的制备及应用

本发明属于材料制备领域，具体是将具有高导热系数的金刚石微粒添加到水中制成高导热系数的“金刚石-水”系纳米流体的方法，可作为高效换热工质予以使用。

随着科学技术的发展和能源问题的日益突出，对热交换设备的高效低阻紧凑等性能指标的要求越来越高。通常强化传热的措施主要从强化换热表面、制造工艺入手，取得了一些成果。但随着对热交换设备换热表面强化传热技术研究的深入，换热工质的传热性能成为影响热交换设备高效紧凑性能的一个主要因素。要进一步研制体积小、重量轻、传热性能好的高效紧凑式热交换设备，满足高负荷传热要求，研究高强度传热及冷却技术，必须从工质本身入手研制高导热系数、传热性能好的高效新型换热工质。

自从Maxwell理论(1881年)发表以来，许多学者进行了大量关于在液体中添加固体粒子以提高其导热系数的理论和实践研究，并取得了一些成果。由于早先的研究都局限于当时的技术条件，只能使用毫米或微米级的固体粒子悬浮于液体中，在实际应用中易造成磨损和颗粒堵塞等不良效果，因而大大限制了其在工业中的应用。自上世纪九十年代以来，研究人员使用纳米颗粒添加到液体中以提高液体的导热系数。1995年，美国Argonne国家实验室的Choi等人提出一个新的概念-纳米流体，即以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或金属氧化物粒子，形成一类新的传热冷却工质。与原纯液体相比，纳米流体的导热系数显著提高，具有极优越的传热性能。如在乙二醇中添加4％体积比的氧化铜纳米颗粒导热系数提高20％(Lee等，1999年)；在水中添加小于1％体积比的氧化铜纳米粒子，在相同的流动状态下可提高对流换热系数20％以上(Eastman等，1997年)。用纳米流体和微型热交换器构成高效冷却***以解决高强度X射线作用下晶体硅镜片的高负荷散热问题。***的冷却强度可达30MW/M²(Lee等，1996年)。国内最近的研究也表明，在去离子水中添加2％体积分数的铜纳米粒子，所形成的纳米流体的导热系数比去离子水提高20％；在水中添加1％体积分数的铜纳米粒子，其纳米流体的导热系数提高5％，而在流动状态下的纳米流体的对流换热系数比纯水提高约24％。通过对纳米流体强化传热机理的研究，可研制新型高效传热工质，可有效提高热交换设备的传热性能，大大提高热交换设备的高效紧凑等性能，降低热交换设备的制造成本，满足微尺度条件下强化传热要求，满足大功率发动机、超导磁体和超级计算机等设备的高负荷传热及冷却要求。

本发明的目的是为了制备高导热系数的“金刚石-水”系纳米流体，并作为新型的高效换热工质予以应用。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：1.制备金刚石纳米微粒。

采用高速气流粉碎机或其它高效粉碎设备将人工合成的金刚石颗粒予以进一步粉碎，然后采用浮选法从中选出粒径小于250纳米的金刚石微粒，并对其进行酸洗，以除去催化剂和其它杂质，再用纯净水将金刚石微粒洗净，烘干备用。2.配置含有表面活性剂的水溶液。

根据金刚石表面特性，可选用离子型、非离子型以及两者按一定比例复合的表面活性剂，配置成含表面活性剂的水溶液。如选用氟碳型的阴离子表面活性剂，其水溶液浓度为0.01-0.1％。3.在搅拌和超声振动条件下，将金刚石微粉添加到含有表面活性剂的水溶液中，制成“金刚石-水”系悬浮液，其中金刚石的体积含量为1-5％。

采用本发明所制备的“金刚石-水”系悬浮液经北京市建设工程质量控制中心第四检测所测定，其导热系数为0.981w.m^-1.k^-1，比纯净水的导热系数提高80％左右，将其作为换热工质，在相当宽的雷诺数条件下，均具有很高的换热或冷却效率。

Claims

1.高导热系数的“金刚石-水”系纳米流体，其特征是选用高导热系数的金刚石微粒在搅拌或超声振动条件下，添加到含有离子型、非离子型或两者按一定比例复合的表面活性剂的水溶液中，形成“金刚石-水”系悬浮液。

2.根据权利要求1所述的高导热系数的“金刚石-水”系纳米流体的制备方法，其特征在于选用了高导热系数的金刚石微粒，金刚石微粒的粒径应小于500纳米。

3.根据权利要求1所述的高导热系数的“金刚石-水”系纳米流体的制备方法，其特征在于所述的表面活性剂可选用离子型、非离子型或两者按一定比例复合的表面活性剂，表面活性剂的浓度为0.01-0.5％。

4.根据权利要求1、2、3所述的高导热系数的“金刚石-水”系纳米流体的制备方法，其特征在于除选用金刚石微粒之外，还可选用其它高导热系数的纳米微粒，如高结晶度的氮化铝、碳60等非金属微粒。