CN101264525A - 一种铜纳米流体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜纳米流体的制备工艺方法，属于无机材料制备工艺领域。将金属铜盐与聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇中形成澄清溶液，然后加入还原剂，混合均匀；将混合液放入微波炉中加热反应，冷却后，得到Cu/乙二醇纳米流体。本发明具有制备工艺简单、成本低、产率高等特点，有利于工业化生产，所制备的产品分散性好，长期稳定，其各项性能均优于现有产品，具有广泛的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜纳米流体的工艺方法，属于无机材料制备工艺领域。
背景技术
1995年，美国Argonne国家实验室的Choi首次提出纳米流体(nanofluids)的概念。纳米流体是指以一定的方式和比例，在液体介质中添加纳米级的金属或非金属粒子形成的一类新型传热工质。与传统传热流体或含有微米级固体颗粒的流体相比，纳米流体具有诸多优越的性能：1)由于纳米颗粒具有较大的比表面，它有望大幅度提高纳米流体的导热能力和热容量，从而降低循环泵的能量消耗，降低运行成本，以及减轻热交换器的体积；2)由于纳米颗粒尺度较小，它在流体介质中的布朗运动能抵御重力引起的聚沉，从而可以长时间稳定；3)由于其粒径较小，也可以作为润滑介质，从而减轻管道和设备的磨损；4)由于纳米颗粒粒径较小，从而有望发展新型微型换热设备，特别在微电子和信息领域。
Cu/乙二醇体系纳米流体具有诸多优点：金属铜具有较高的导热系数，添加纳米铜颗粒的纳米流体可望具有较好的导热性能；乙二醇的导热系数较大、沸点较高，以乙二醇为基液的纳米流体，可广泛用于汽车发动机冷却液、微电子器件及温度较高的场所；铜/乙二醇纳米流体可长期稳定存在，因而使用寿命更长。
目前，铜纳米流体的制备方法主要有两种：一种是分散法，一种是物理气相沉积法。分散法是把制备好的纳米粉体，通过适当的分散手段分散到液相介质中。但由于纳米颗粒巨大的比表面积及表面活性，纳米颗粒易形成团聚体。这些团聚体在纳米流体制备时一般难以打开。而团聚体的存在，既降低了纳米流体的稳定性，又大大削弱了纳米流体强化传热的效果。同时，金属纳米粉体在空气中易自燃，这为分散法制备纳米流体带来了难度。物理气相沉积法，即流动液面上真空沉积法。它是在真空条件下，把金属加热蒸发，金属蒸气遇到冷的液体，在液相中冷凝为纳米粒子，把金属纳米颗粒与液体一起收集得到纳米流体。该法适合在低蒸汽压的流体中制备含金属粒子的纳米流体。它对设备要求较高，费用高，产量小，不易于工业化生产。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种铜/乙二醇纳米流体的制备方法，通过实施这种方法可以得到一种长期稳定、分散好的铜纳米流体，同时该方法工艺简单，原料利用率高、成本低、易于工业化。
为了实现上述目的，本发明制备铜纳米流体的方法包括以下步骤：
先将金属铜可溶性盐与聚乙烯吡咯烷酮溶解于乙二醇中，形成澄清的溶液；再在搅拌的条件下，将还原剂加入到上述溶液中混合均匀；最后将混合液放入微波炉中，微波加热一定时间，使混合液变为黑色悬浮液。冷却到室温后，得到Cu/乙二醇纳米流体。
本发明所述的铜纳米流体的制备方法，其特征在于所述的金属铜可溶性盐为硫酸铜或醋酸铜。所述的澄清溶液中Cu2+的浓度为0.01～0.5molL-1。
本发明所述的铜纳米流体的制备方法，其特征在于聚乙烯吡咯烷酮与液相中Cu2+的摩尔比为0～0.1。
本发明所述的铜纳米流体的制备方法，在其特征在于所述的还原剂为水合肼或抗坏血酸或肼中；还原剂与液相中Cu2+的摩尔比为1～10。
本发明所述的铜纳米流体的制备方法，其特征在于所述的加热方式为微波加热。
本发明所述的铜纳米流体的制备方法，其特征在于产品制备时其成分比例为可溶性铜盐∶聚乙烯吡咯烷酮∶还原剂∶乙二醇为0.01～0.5摩尔∶0～0.05摩尔∶0.01～5摩尔∶1升。
对所制备的Cu/乙二醇纳米流体进行透射电镜及X射线衍射分析，结果表明其产品优于现有产品，所得铜颗粒的直径为10-30nm。
由此可见，本发明提供的Cu/乙二醇纳米流体制备方法的特点是：
(1)所制备的Cu/乙二醇纳米流体粒径小、分散好、稳定时间长。
(2)原料廉价易得，所需生产设备简单，能源消耗低，易于实现工业化生产
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
称取0.01mol硫酸铜和0.001mol聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于100ml乙二醇中形成澄清的溶液，然后加入2毫升水合肼混合均匀。把混合液放入微波炉中微波加热3-5分钟，混合液变为黑色悬浮液。冷却到室温，即得到Cu/乙二醇纳米流体。其中铜纳米颗粒的大小为20nm左右。
实施例2：
称取0.001mol硫酸铜溶解于100ml乙二醇中形成澄清的溶液，然后加入0.5毫升水合肼混合均匀。把混合液放入微波炉中微波加热3-5分钟，混合液变为黑色悬浮液。冷却到室温，即得到Cu/乙二醇纳米流体。其中铜纳米颗粒的大小为10nm左右。
实施例3：
称取0.2mol硫酸铜和0.01mol聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于100ml乙二醇中形成澄清的溶液，然后加入5毫升水合肼混合均匀。把混合液放入微波炉中微波加热3-5分钟，混合液变为黑色悬浮液。冷却到室温，即得到Cu/乙二醇纳米流体。其中铜纳米颗粒的大小为30nm左右。
Claims (6)
1. 一种铜纳米流体的制备方法，其特征在于，先将金属铜可溶性盐与聚乙烯吡咯烷酮溶解于乙二醇中，形成澄清的溶液；再在搅拌的条件下，将还原剂加入到上述溶液中混合均匀；最后将混合液放入微波炉中，微波加热一定时间，使混合液变为黑色悬浮液。冷却到室温后，得到Cu/乙二醇纳米流体。
2. 根据权利要求1所述的铜纳米流体的制备方法，其特征在于，所述的金属铜可溶性盐为硫酸铜或醋酸铜。
3. 根据权利要求1所述的铜纳米流体的制备方法，其特征在于，所述的澄清溶液中Cu2+的浓度为0.01～0.5molL-1；聚乙烯吡咯烷酮与液相中Cu2+的摩尔比为0～0.1。
4. 根据权利要求1所述的铜纳米流体的制备方法，在其特征在于，所述的还原剂为水合肼或抗坏血酸或肼中；还原剂与液相中Cu2+的摩尔比为1～10。
5. 根据权利要求1所述的铜纳米流体的制备方法，其特征在于，所述的加热方式为微波加热。
6. 根据权利要求1所述的铜纳米流体的制备方法，其特征在于，产品制备时其成分比例为可溶性铜盐∶聚乙烯吡咯烷酮∶还原剂∶乙二醇为0.01～0.5摩尔∶0～0.05摩尔∶0.01～5摩尔∶1升。
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