金屬粒子納米流體的單步液相製備方法
2023-08-05 11:28:51 3
專利名稱：金屬粒子納米流體的單步液相製備方法
技術領域：
本發明涉及一種用於熱交換系統的高效傳熱冷卻工質，特別是一種金屬粒子納米流體的單步液相製備方法。
二 背景技術納米流體是指以一定的方式和比例在液體中添加納米級金屬或非金屬氧化物粒子，形成一類具有高導熱係數、均勻、穩定的新型傳熱冷卻工質。可廣泛應用於車輛、航天航空、電子、化工、建築、食品等領域，滿足動力裝置、大功率發動機、絕熱發動機、空調裝置、熱泵系統、超導磁體、大功率電子設備、超級計算機等設備的高負荷的傳熱及冷卻要求。其中，相比較其他種類的納米流體，金屬粒子納米流體的導熱係數、傳熱性能最佳。
納米流體的製備是應用納米粒子增強液體工質傳熱性能的關鍵一步。如何使納米粒子均勻、穩定地分散在液體介質中，形成分散性好、穩定性高、持久及低團聚的納米流體，是將納米流體應用於強化傳熱所必需的。現有技術中納米流體的製備程序如下先製備金屬納米顆粒，再將金屬納米粒子分散於基液中製備金屬納米流體，金屬納米顆粒和金屬粒子納米流體的製備是分步完成的。雖然此種製備方法較適合於實際應用，但金屬納米粒子在製備後是以乾粉狀態儲存，金屬納米粒子的表面活性極易使粒子團聚在一起，形成帶有若干弱連接界面的較大的團聚體。將已經發生團聚的金屬納米粒子加入液體中，即使添加表面活性劑(或分散劑)以及超聲振動等分散措施，也很難將粒子完全分散開，而不能形成穩定性高、低團聚的金屬粒子納米流體，因為納米流體內部粒子的聚集結構對納米流體的熱物性和能量傳遞特性起著至關重要的影響。該現有技術製備的納米流體懸浮穩定性較差，影響了納米流體的傳熱性能。另外，現有技術中納米粒子在製備過程中是以乾粉狀態儲存，金屬納米粒子極易氧化，無法製備粒子純度高的金屬粒子納米流體。
三 發明內容本發明的目的在於提供一種粒子純度高、分散性好、懸浮穩定性高的金屬粒子納米流體的單步液相製備方法。
實現本發明目的的技術解決方案為一種金屬粒子納米流體的單步液相製備方法，包括以下步驟首先，將金屬鹽和還原劑分別溶於基液中攪拌製成金屬鹽溶液和還原劑溶液；其次，將還原劑溶液加入到金屬鹽溶液中，攪拌混合，加熱反應；最後，將反應後的混合溶液冷卻至室溫，離心洗滌去除雜質離子即得到金屬粒子納米流體。
本發明金屬粒子納米流體的單步液相製備方法中，在離心洗滌後得到的金屬粒子納米流體中加入分散劑，然後加熱攪拌得到更穩定的金屬粒子納米流體。
本發明金屬粒子納米流體的單步液相製備方法中，分散劑為十二烷基苯磺酸鈉或聚乙烯吡咯烷酮，添加量為納米金屬粒子質量的3％～5％。
本發明金屬粒子納米流體的單步液相製備方法中，金屬鹽為銅、鎳或錳的硫酸鹽，還原劑為次亞磷酸鈉、甲醛或水合肼，該金屬鹽與還原劑的摩爾比為1～1.3∶1。
本發明金屬粒子納米流體的單步液相製備方法中，基液為水或乙二醇。
本發明金屬粒子納米流體的單步液相製備方法中，在還原劑溶液加入到金屬鹽溶液時，加熱溫度為200-250℃，時間10-15分鐘。
本發明與現有技術相比，其顯著優點為在金屬納米粒子製備的同時將粒子分散到基液中，金屬納米粒子和銅納米流體的製備同時完成，避免金屬納米粒子製備過程中由於乾粉狀態儲存所引起的團聚和氧化問題，製備粒子純度高、分散性好、懸浮穩定性高的金屬粒子納米流體。
四
附圖是本發明金屬粒子納米流體的單步液相製備方法的流程圖。
五具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
結合附圖，本發明的金屬粒子納米流體的單步液相製備方法的實施步聚為首先，將金屬鹽和還原劑分別溶於基液中攪拌製成金屬鹽溶液和還原劑溶液；金屬鹽為銅、鎳或錳的硫酸鹽，還原劑為次亞磷酸鈉、甲醛或水合肼，該金屬鹽與還原劑的摩爾比為1～1.3∶1；基液為水或乙二醇。
其次，將還原劑溶液加入到金屬鹽溶液，攪拌混合，加熱反應，在200-250℃條件下加熱10-15分鐘反應；金屬離子被還原成單質的納米金屬粒子，同時懸浮於基液中。
最後，將反應後的混合溶液冷卻至室溫，進行離心洗滌去除雜質離子即得到金屬離子的納米流體。為了進一步提高金屬納米粒子的懸浮性能，在混合溶液中加入分散劑，其添加量為金屬納米粒子質量的3％-5％，經過攪拌混合即可製備出懸浮穩定的金屬粒子納米流體。其中，分散劑為十二烷基苯磺酸鈉或聚乙烯吡咯烷酮。
實施例1本發明的金屬粒子納米流體的單步液相製備方法的實施步聚為1、將0.6242克五水硫酸銅溶於25ml水中，形成濃度為0.1mol·l-1的溶液，磁力攪拌器攪拌10分鐘。
2、將0.6624克次亞磷酸鈉溶於25ml水中，形成濃度為0.25mol·l-1的溶液，磁力攪拌器攪拌10分鐘。
3、將25ml次亞磷酸鈉水溶液倒入滴定管中，滴入五水硫酸銅的水溶液中，此過程進行磁力攪拌，持續15分鐘。
4、待溶液混合均勻後，放入馬弗爐中，在250℃下加熱10分鐘，當溶液的顏色由藍色變為暗紅色時，從馬弗爐中取出溶液，冷卻至室溫。
5、溶液在4000rpm的轉速下離心1小時後將上層溶液倒出，加水稀釋。
6、重複步驟5，直至上部廢液全部離心清除完畢。
7、將0.02克十二烷基苯磺酸鈉加入含有納米銅粒子的溶液中，加熱至70℃，磁力攪拌器攪拌30分鐘。
8、製備銅-水納米流體完成。
實施例2本發明的金屬粒子納米流體的單步液相製備方法的實施步聚為1、將0.617克六水硫酸鎳溶於25ml乙二醇中，磁力攪拌器攪拌10分鐘。
2、將0.6624克甲醛溶於25ml乙二醇中，磁力攪拌器攪拌10分鐘。
3、將25ml甲醛乙二醇溶液倒入滴定管中，滴入六水硫酸鎳的乙二醇溶液中，此過程進行磁力攪拌，持續15分鐘。
4、待溶液混合均勻後，放入馬弗爐中，在200℃下加熱15分鐘，從馬弗爐中取出溶液，冷卻至室溫。
5、溶液在4000rpm的轉速下離心1小時後將上層溶液倒出，加乙二醇稀釋。
6、重複步驟5，直至上部廢液全部離心清除完畢。
7、將0.03克聚乙烯吡咯烷酮加入含有納米鎳粒子的溶液中，加熱至70℃，磁力攪拌器攪拌30分鐘。
8、製備鎳-乙二醇納米流體完成。
同理，硫酸錳溶液與水合肼溶液製備錳-水合肼納米流體步驟同上述實施例。
權利要求
1.一種金屬粒子納米流體的單步液相製備方法，其特徵在於包括以下步驟首先，將金屬鹽和還原劑分別溶於基液中攪拌製成金屬鹽溶液和還原劑溶液；其次，將還原劑溶液加入到金屬鹽溶液中，攪拌混合，加熱反應；最後，將反應後的混合溶液冷卻至室溫，離心洗滌去除雜質離子即得到金屬粒子納米流體。
2.根據權利要求1所述的金屬粒子納米流體的單步液相製備方法，其特徵在於在離心洗滌後得到的金屬粒子納米流體中加入分散劑，然後加熱攪拌得到更穩定的金屬粒子納米流體。
3.根據權利要求2所述的金屬粒子納米流體的單步液相製備方法，其特徵在於分散劑為十二烷基苯磺酸鈉或聚乙烯吡咯烷酮，添加量為納米金屬粒子質量的3％～5％。
4.根據權利要求1所述的金屬粒子納米流體的單步液相製備方法，其特徵在於金屬鹽為銅、鎳或錳的硫酸鹽，還原劑為次亞磷酸鈉、甲醛或水合肼，該金屬鹽與還原劑的摩爾比為1～1.3∶1。
5.根據權利要求1所述的金屬粒子納米流體的單步液相製備方法，其特徵在於基液為水或乙二醇。
6.根據權利要求1所述的金屬粒子納米流體的單步液相製備方法，其特徵在於在還原劑溶液加入到金屬鹽溶液時，加熱溫度為200-250℃，時間10-15分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種金屬粒子納米流體的單步液相製備方法。它包括以下步驟首先，將金屬鹽和還原劑分別溶於基液中攪拌製成金屬鹽溶液和還原劑溶液；其次，將還原劑溶液加入到金屬鹽溶液中，攪拌混合，加熱反應；最後，將反應後的混合溶液冷卻至室溫，離心洗滌去除雜質離子即得到金屬粒子納米流體。本發明具有如下優點在金屬納米粒子製備的同時將粒子分散到基液中，金屬納米粒子和銅納米流體的製備同時完成，避免金屬納米粒子製備過程中由於乾粉狀態儲存所引起的團聚和氧化問題，製備粒子純度高、分散性好、懸浮穩定性高的金屬粒子納米流體。
文檔編號C09K5/10GK1966604SQ20051009546
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月17日 優先權日2005年11月17日
發明者李強, 宣益民 申請人:南京理工大學