CN108359414B - Go与球形银纳米颗粒复合醇基纳米流体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了GO与球形银纳米颗粒复合醇基纳米流体及其制备方法，属于纳米介质在传热换热领域的应用。本发明将GO与球形银纳米颗粒进行复合，使球形银纳米颗粒均匀的分布在片状GO表面，通过设定不同的超声剥离时间来得到不同片层尺寸的GO，同时调整GO/乙二醇纳米流体与硝酸银溶液的体积比来控制复合效果，导热系数相对于基液和单一组分的纳米流体而言有了很大的提高。当复合纳米流体中GO片层尺寸为20μm，GO/乙二醇纳米流体质量分数为0.25wt%，GO/乙二醇纳米流体与硝酸银溶液的体积比为1:3时,作为热管的工作介质，传热换热效果相对较好。

Description

GO与球形银纳米颗粒复合醇基纳米流体及其制备方法
技术领域
本发明涉及GO与球形银纳米颗粒复合醇基纳米流体及其制备方法，属于复合纳米介质在传热换热领域的应用。
背景技术
现如今，社会各领域内仪器设备的发热量逐年增加，无论从经济效益还是环境收益的方面来说，实现良好的传热散热是至关重要的。例如，在汽车冷却、电器冷却、微槽道散热器等方面都涉及到传热散热系统。热管是应用较广泛的传热元件，但是由于传统的传热介质传热效率偏低，不利于快速且高效的传热散热。而近年来，对纳米流体的研究发现，纳米流体有明显由于传统传热介质的传热性能，因此，以纳米流体作为热管的工作介质开发出纳米流体热管，不仅可以进一步提高换热设备的换热效率，还可以保护能源和节约资本。石墨烯的出现，引发了各领域的研究热潮，石墨烯导热性能优异且氧化石墨烯亲水性能良好，是作为纳米添加物制备纳米流体的极佳选择。同时研究发现，在液体中添加纳米级的金属或金属氧化物粒子制备成纳米流体后，纳米流体传热散热性能会明显提高，考虑到银的导热系数在金属及金属氧化物中都相对较高，且在不同环境下有较高的稳定性。因此，将球形银纳米颗粒添加到氧化石墨烯 (GO) 纳米流体中，制备出导热性能优异，稳定性良好的复合纳米流体，提高了单一纳米流体的传热换热效率，各纳米颗粒间接触界面的相互作用，使得复合纳米流体稳定性明显提高，传导热阻相对降低，为其在传热换热领域及热管中的应用奠定了理论基础。
发明内容
本发明的目的在于GO与球形银纳米颗粒复合醇基纳米流体及其制备方法，提高单一纳米流体的传热换热效率，从而扩大单一纳米流体的应用范围。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下。
GO与球形银纳米颗粒复合醇基纳米流体及其制备方法，（1）GO的制备：石墨粉、NaNO3和一定体积的浓H2SO4在冰水浴环境中混合，后将KMnO4缓慢加入到混合液中，反应液在35℃下搅拌一段时间后，加入去离子水，再将反应液在85℃搅拌再加入去离子水和H2O2，酸洗水洗后超声、烘干得到片状的GO；（2）将（1）中制备的片状GO研磨成粉状，添加到乙二醇中，制备出不同质量分数的GO/乙二醇纳米流体；（3）将（2）中制备的GO/乙二醇纳米流体与硝酸银溶液以一定的体积比相混合，混合溶液在反应釜中反应，一段时间后，酸洗水洗后烘干得复合纳米颗粒，再将复合纳米颗粒加入到乙二醇溶液中，超声振动得复合醇基纳米流体。
本发明所述步骤（1）中KMnO4、石墨粉和NaNO3的质量比为6:2:1，浓H2SO4的体积为50-100ml。
本发明所述步骤（1）中搅拌时间为1-3h。
本发明所述步骤（1）35℃搅拌后所加的去离子水的体积为50-200ml。
本发明所述步骤（1）85℃搅拌后所加的去离子水的体积为100-500ml，H2O2的体积为1-10ml。
本发明所述步骤（1）中所用GO片层的横向尺寸为5~20μm。
本发明所述步骤（2）中制备的GO/乙二醇纳米流体质量分数为0.05~0.25wt.%。
本发明所述步骤（3）中GO/乙二醇纳米流体与硝酸银溶液体积比范围为1：1~1：10。
本发明所述步骤（3）中反应温度的范围为160~240℃。
本发明所述步骤（3）中反应时间为12~36h，干燥温度为60℃。
本发明的有益效果：实现GO与球形银纳米颗粒的复合，改善传统热管工作介质的传热效率，进一步扩大热管在工程上的应用范围。
附图说明
图1 是所形成的GO与球形银纳米颗粒复合醇基纳米流体示意图。
1是氧化石墨烯片层结构，2是乙二醇分子，3是球形银纳米颗粒。
具体实施方式
实施例1
（1）GO的制备：3g石墨粉、1.5g NaNO3和70ml浓H2SO4在冰水浴环境中混合，后将9gKMnO4缓慢加入到混合液中，反应液在35℃下搅拌2h后，加入150ml去离子水，再将反应液在85℃搅拌再加入450ml去离子水和5mlH2O2，酸洗水洗后分别超声剥离3h，烘干得到片状尺寸20μm的GO；（2）将（1）中制备的片状GO研磨成粉状，添加到乙二醇中，制备出0.25%的GO/乙二醇纳米流体，（3）将（2）中制备的GO/乙二醇纳米流体与硝酸银溶液以1:3的体积比相混合，混合溶液在反应釜中180℃反应24h后，酸洗水洗后60℃下烘干得复合纳米颗粒，再将复合纳米颗粒加入到乙二醇溶液中，超声振动得复合醇基纳米流体。其导热系数比乙二醇的导热系数提高了36.42%，比单一的GO纳米流体和球形银纳米流体提高了14.78%和23.05%。
实施例2
（1）GO的制备：3g石墨粉、1.5g NaNO3和70ml浓H2SO4在冰水浴环境中混合，后将9gKMnO4缓慢加入到混合液中，反应液在35℃下搅拌2h后，加入150ml去离子水，再将反应液在85℃搅拌再加入450ml去离子水和5mlH2O2，酸洗水洗后分别超声剥离6h，烘干得到片状尺寸10μm的GO。（2）将（1）中制备的片状GO研磨成粉状，添加到乙二醇中，制备出0.25%的GO/乙二醇纳米流体。（3）将（2）中制备的GO/乙二醇纳米流体与硝酸银溶液以1:3的体积比相混合，混合溶液在反应釜中180℃反应24h后，酸洗水洗后60℃下烘干得复合纳米颗粒，再将复合纳米颗粒加入到乙二醇溶液中，超声振动得复合醇基纳米流体。其导热系数比乙二醇的导热系数提高了35.56%，比单一的GO纳米流体和球形银纳米流体提高了13.88%和22.29%。
实施例3
（1）GO的制备：3g石墨粉、1.5g NaNO3和70ml浓H2SO4在冰水浴环境中混合，后将9gKMnO4缓慢加入到混合液中，反应液在35℃下搅拌2h后，加入150ml去离子水，再将反应液在85℃搅拌再加入450ml去离子水和5mlH2O2，酸洗水洗后分别超声剥离9h，烘干得到片状尺寸5μm的GO。（2）将（1）中制备的片状GO研磨成粉状，添加到乙二醇中，制备出0.25%的GO/乙二醇纳米流体。（3）将（2）中制备的GO/乙二醇纳米流体与硝酸银溶液以1:3的体积比相混合，混合溶液在反应釜中180℃反应24h后，酸洗水洗后60℃下烘干得复合纳米颗粒，再将复合纳米颗粒加入到乙二醇溶液中，超声振动得复合醇基纳米流体。其导热系数比乙二醇的导热系数提高了34.19%，比单一的GO纳米流体和球形银纳米流体提高了12.84%和22.31%。
实施例4
（1）GO的制备：3g石墨粉、1.5g NaNO3和70ml浓H2SO4在冰水浴环境中混合，后将9gKMnO4缓慢加入到混合液中，反应液在35℃下搅拌2h后，加入150ml去离子水，再将反应液在85℃搅拌再加入450ml去离子水和5mlH2O2，酸洗水洗后分别超声剥离3h，烘干得到片状尺寸20μm的GO。（2）将（1）中制备的片状GO研磨成粉状，添加到乙二醇中，制备出0.2%的GO/乙二醇纳米流体。（3）将（2）中制备的GO/乙二醇纳米流体与硝酸银溶液以1:5的体积比相混合，混合溶液在反应釜中180℃反应24h后，酸洗水洗后60℃下烘干得复合纳米颗粒，再将复合纳米颗粒加入到乙二醇溶液中，超声振动得复合醇基纳米流体。其导热系数比乙二醇的导热系数提高了35.89%，比单一的GO纳米流体和球形银纳米流体提高了14.12%和22.63%。

Claims (1)

1.GO与球形银纳米颗粒复合醇基纳米流体的制备方法，其特征在于包含以下具体步骤：
（1）GO的制备：石墨粉、NaNO3和一定体积的浓H2SO4在冰水浴环境中混合，后将KMnO4缓慢加入到混合液中，反应液在35℃下搅拌一段时间后，加入去离子水，再将反应液在85℃搅拌再加入去离子水和H2O2，酸洗水洗后超声、烘干得到片状的GO；（2）将（1）中制备的片状GO研磨成粉状，添加到乙二醇中，制备出不同质量分数的GO/乙二醇纳米流体；（3）将（2）中制备的GO/乙二醇纳米流体与硝酸银溶液以一定的体积比相混合，混合溶液在反应釜中反应，一段时间后，酸洗水洗后烘干得复合纳米颗粒，再将复合纳米颗粒加入到乙二醇溶液中，超声振动得复合醇基纳米流体；
步骤（1）中KMnO4、石墨粉和NaNO3的质量比为6:2:1，浓H2SO4的体积为50-100mL；
步骤（1）中35℃下搅拌时间为1-3h；
步骤（1）中35℃搅拌后所加的去离子水的体积为50-200mL；
步骤（1）中85℃搅拌后所加的去离子水的体积为100-500mL，H2O2的体积为1-10mL；GO片层的横向尺寸为5~20μm；
步骤（2）制备的GO/乙二醇纳米流体的质量分数为0.05~0.25wt.%；
步骤（3）中GO/乙二醇纳米流体与硝酸银溶液体积比范围为1：1~1：10；
步骤（3）中反应温度的范围为160~240℃；
步骤（3）中反应时间为12~36h，烘干温度为60℃。
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