专利名称：一种乙二醇基含碳纳米管纳米流体的优化制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于传热领域的具有强化传热性能的乙二醇基含碳纳米管纳米流体的优 化制备方法。
背景技术：
近年来，纳米流体已成为强化传热和材料研究领域的一个新兴的热点研究课题。研究表明， 在液体中添加纳米粒子，可以显著增加液体的导热系数和对流换热系数。同时，纳米流体的 固-液两相能够均匀分布且能长期稳定，从而避免了在传统流体工质中添加微米尺度固体颗粒 时易积淀，导致在小径管道内阻塞的缺点。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。
根据混合物有效导热系数理论，固-液两相混合物的有效导热系数不仅和固相的导热系数 密切相关，而且还取决于固相的形状因子。固相高导热性能、固相为柱状及固相大长径比均 有利于提高混合物的有效导热系数。因此，具有高导热系数及大长径比的碳纳米管非常适合 用来制备纳米流体。为解决碳纳米管在基体流体中难分散的问题，可采用强酸氧化方法对碳 纳米管进行表面功能化。Xie等[H. Xie et al., J. Appl. Phys. (2003) 94: 4967]利用该 方法处理碳纳米管并制备出分散性好、稳定性高、不含分散剂的清洁无污染的乙二醇基含碳 纳米管纳米流体，仅含1%体积浓度的碳纳米管纳米流体的导热系数增加达20%以上。但这 只是一个比较初步的研究。因为虽然碳纳米管长径比大，有助于提高纳米流体的导热系数， 但是，过大长径比的碳纳米管分散在基体流体中，容易缠绕在一起，尤其在较高固相含量的 情况下，往往产生严重团聚，这不仅不利于纳米流体的稳定，而且会使其粘度变大，在小管 道流动中也容易发生堵塞。因此，把碳纳米管截断成具有最佳长径比，将有利于优化制备含 碳纳米管纳米流体。
目前制备不添加分散剂的含碳纳米管纳米流体，采用的方法是将碳纳米管进行强酸氧化处 理，再将处理得到的碳纳米管分散到基体流体中。其缺点是如果碳纳米管含量低则流体导热 性能提高的较小，如果碳纳米管含量高则制备的纳米流体稳定性很差，常容易沉淀，在应用 中堵塞换热系统管道，进而限制其在换热领域的实际应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种优化制备具有强化传热性能的乙二醇基含碳纳米管纳米流体的 方法，克服现有技术中将碳纳米管进行强酸处理，然后再将处理得到的碳纳米管分散到基体 流体中，导致碳纳米管含量低则流体导热性能提高的较小，如果碳纳米管含量高则制备的纳 米流体稳定性很差，常容易沉淀，在应用中堵塞换热系统管道等弊端。本发明采用机械球磨 技术将强酸处理得到的碳纳米管截断成不同长度，根据碳纳米管长度对纳米流体导热性能的 影响，来优化制备具有强化传热性能的含碳纳米管纳米流体。
一种乙二醇基含碳纳米管纳米流体的优化制备方法，其特征在于先对碳纳米管进行强 酸处理，然后采用机械球磨技术，对碳纳米管进行截断处理，通过控制球磨时间来控制碳纳 米管长度，在碳纳米管体积浓度为0.2-1.0%的较低浓度下制备具有强化传热性能的乙二醇基 含碳纳米管纳米流体。
所述的球磨时间控制在0-40小时。
所述的碳纳米管为多壁碳纳米管。
所述的基体流体为乙二醇。
制备步骤如下
(1) 碳纳米管强酸氧化处理将180ml浓硫酸与60ml硝酸混合，伴随机械搅拌将8. Og 碳纳米管加入到混合酸中。于90"C回流20分钟，停止加热。自然冷却到室温后，将碳纳米管 洗涤至中性，干燥待用。
(2) 碳纳米管截断处理利用机械球磨将上述强酸氧化处理得到的碳纳米管截断成不同 长度。球磨时间控制在0-40小时范围内。通过透射电镜观察碳纳米管长度随球磨时间变化效 果。
(3) 纳米流体导热性能确定配制乙二醇基含碳纳米管纳米流体，并采用短热丝测试系 统测定含有不同浓度、不同长度碳纳米管纳米流体导热系数，测量误差小于±1%。
本发明采用机械球磨技术对强酸处理得到的表面功能化的碳纳米管迸行球磨，通过控制 球磨时间来控制碳纳米管长度。其次通过考察乙二醇基含碳纳米管纳米流体导热系数随碳纳 米管长度变化关系来优化制备具有高导热性能的纳米流体。
采用本发明方法制备的纳米流体，当球磨时间为10小时即得到的碳纳米管平均长度为 600nm、体积含量为1. 0%时纳米流体导热系数比乙二醇导热系数提高达40%以上。
本发明与现有制备方法相比，其优点和积极效果是制得的含碳纳米管乙二醇基纳米流 体分散均匀、稳定性好、导热系数高。
具体实施例方式
实施例1:将强酸处理的多壁碳纳米管未经球磨(球磨时间为0小时)按照体积份额配比 为1.0%与体积份额配比为99.0%的乙二醇相混合，经过超声得到的纳米流体导热系数比基 体流体乙二醇的导热系数增加10. 5%。
实施例2:将强酸处理的多壁碳纳米管经过10小时球磨处理后，按照体积份额配比为0. 2 %与体积份额配比为99.8%的乙二醇相混合，经过超声得到的纳米流体导热系数比基体流体 乙二醇的导热系数增加10. 5%。
实施例3:将强酸处理的多壁碳纳米管经过10小时球磨处理后，按照体积份额配比为0. 6 %与体积份额配比为99.4%的乙二醇相混合，经过超声得到的纳米流体导热系数比基体流体 乙二醇的导热系数增加18. 6 %。
实施例4:将强酸处理的多壁碳纳米管经过18小时球磨处理后，按照体积份额配比为0. 4 %与体积份额配比为99. 6%的乙二醇相混合，经过超声得到的纳米流体导热系数比基体流体 乙二醇的导热系数增加8. 0%。
实施例5:将强酸处理的多壁碳纳米管经过28小时球磨处理后，按照体积份额配比为0. 6 %与体积份额配比为99.4%的乙二醇相混合，经过超声得到的纳米流体导热系数比基体流体 乙二醇的导热系数增加9. 99%。
实施例6:将强酸处理的多壁碳纳米管经过40小时球磨处理后，按照体积份额配比为0. 8 %与体积份额配比为99.2%的乙二醇相混合，经过超声得到的纳米流体导热系数比基体流体 乙二醇的导热系数增加11. 5%。
实施例7:将强酸处理的多壁碳纳米管经过10小时球磨处理后，按照体积份额配比为1. 0 %与体积份额配比为99.0%的乙二醇相混合，经过超声得到的纳米流体导热系数比基体流体 乙二醇的导热系数增加42. 9%。
权利要求
1.一种乙二醇基含碳纳米管纳米流体的优化制备方法，其特征在于先将碳纳米管进行强酸氧化处理，然后采用机械球磨技术，对碳纳米管进行截断处理，通过控制球磨时间来控制碳纳米管长度，在碳纳米管体积浓度为0.2-1.0％的较低浓度下制备具有强化传热性能的乙二醇基含碳纳米管纳米流体。
2. 根据权利要求l所述的一种乙二醇基含碳纳米管纳米流体的优化制备方法，其特征在于 所述的球磨时间控制在0-40小时。
3. 根据权利要求l所述的一种乙二醇基含碳纳米管纳米流体的优化制备方法，其特征在于-所述的碳纳米管为多壁碳纳米管。
4. 根据权利要求l所述的一种乙二醇基含碳纳米管纳米流体的优化制备方法，其特征在于所述的基体流体为乙二醇。
全文摘要
一种乙二醇基含碳纳米管纳米流体的优化制备方法，其特点是先将碳纳米管进行强酸氧化处理，然后采用机械球磨技术，对碳纳米管进行截断处理，通过控制球磨时间来控制碳纳米管长度，在碳纳米管体积浓度为0.2-1.0％的较低浓度下制备具有强化传热性能的乙二醇基含碳纳米管纳米流体。所述的球磨时间控制在0-40小时。碳纳米管为多壁碳纳米管。采用本发明方法制得的含碳纳米管乙二醇基纳米流体分散均匀、稳定性好、导热系数高。
文档编号C09C1/44GK101293646SQ20081003894
公开日2008年10月29日 申请日期2008年6月13日 优先权日2008年6月13日
发明者谢华清, 陈立飞 申请人:上海第二工业大学