CN108929660B - 一种组合物及其制备纳米流体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米流体技术领域，尤其涉及一种组合物及其纳米流体的制备方法。本发明提供了一种组合物，所述组合物由碳包覆金属和氧化石墨烯基二维纳米片组成；所述碳包覆金属为碳包覆铝和/或碳包覆铜。本发明还提供了一种利用上述组合物制备导热纳米流体的方法。经实验测定可得，本发明提供的技术方案制得的导热纳米流体，导热性能良好，且具有极佳的稳定性能。本发明提供的一种组合物及其制备导热纳米流体的方法，解决了现有技术中，纳米流体导热性能差及稳定性差的技术缺陷。

Description

一种组合物及其制备纳米流体的方法
技术领域
本发明属于纳米流体技术领域，尤其涉及一种组合物及其制备导热纳米流体的方法。
背景技术
纳米流体作为一种新型、高效的传热介质，可以有效提高热系统的传热性能，同时满足热系统高负荷传热冷却的要求，在换热器、太阳能制冷、溶液除湿、电子器件冷却、发动机冷却等领域有广泛的应用前景。其中，纳米流体的换热器中的应用最为广泛，不仅提高了换热器传热效率和能量的利用率，同时也为节能减排和保护环境提供了一个有利的途径。
目前，市场上使用的换热器大多利用传统的传热介质如水、乙二醇、泵油等，但是它们由于自身热物性的局限性，已经不能够满足日趋严重的换热要求，因此迫切需要导热系数更高的传热介质来代替传统传热介质。现有技术中，利用石墨烯来制备纳米流体。通常添加表面活性剂来提高石墨烯纳米流体的稳定性，但是由于表面活性剂热稳定性差，从而导致纳米流体的稳定性降低。同时，通过功能化石墨烯来制备纳米流体，但是在制备的过程中，会破坏石墨烯的结构，导致所制得的纳米流体导热性能依然不太理想，无法满足当今的换热要求。
类似的方案包括：
1.[201510658251.3]公开了一种三维石墨烯纳米流体及其制备方法。其以多孔结构的三维石墨烯为填料，通过在碱性条件下经氧化剂(过硫酸盐)对三维石墨烯进行氧化，从而增加纳米流体的稳定性，但是在氧化的过程中破坏了石墨烯的结构降低了导热性能。
2.[200710032556.9]公开了一种石墨烯纳米流体的制备方法。其采用石墨烯为填料，水为基液，通过加入表面活性剂来提高纳米流体的稳定性。由于表面活性剂附着在纳米颗粒表面降低了纳米流体的导热性能，所以形成的纳米流体导热性能不好。
因此，研发出一种组合物及其纳米流体的制备方法，用于解决现有技术中，纳米流体导热性能差和稳定性差的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种组合物及其制备纳米流体的方法，用于解决现有技术中，纳米流体导热性能差和稳定性差的技术缺陷。
本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：填料以及基液，所述填料由碳包覆金属和氧化石墨烯基二维纳米片组成；
所述碳包覆金属为碳包覆铝和/或碳包覆铜。
优选地，以质量份计，所述填料与基液的投料比为(1～10):10000，
所述基液为水和/或乙二醇。
优选地，以质量份计，所述碳包覆金属与所述氧化石墨烯基二维纳米片的投料比为(0.1～1):1。
优选地，所述碳包覆金属的粒径为50～100nm；
所述氧化石墨烯基二维纳米片为单层二维蜂巢状结构，所述氧化石墨烯基二维纳米片的导热率大于5000W/(mK)。
本发明还提供了一种利用以上任意一项所述的组合物制备导热纳米流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
步骤一、氧化剂依次氧化碳包覆金属和石墨烯基二维纳米片，得第一产物；
步骤二、所述第一产物超声分散在基液中，得导热纳米流体。
优选地，步骤一中，所述氧化剂为浓硝酸。
优选地，步骤一中，所述氧化的方法为：
S1：石墨烯基二维纳米片与氧化剂混合，在室温下，第一次超声波水浴反应3h，得第一中间体；
S2：所述第一中间体与碳包覆金属混合，第二次超声波水浴，得第二中间体；
S3：所述第二中间体依次经过滤、洗涤至中性以及干燥后，得第一产物。
优选地，S1中，所述第一次超声波水浴的温度为室温，所述第一次超声波水浴的时间为3h；
S2中，所述第一中间体与碳包覆金属的质量比为(0.1～1):1，所述第二次超声波水浴的温度为室温，所述第二次超声波水浴的时间为30min。
优选地，S3中，所述干燥的方法为：60℃下干燥12h。
优选地，步骤二中，所述超声分散的频率为20～25KHz，所述超声分散的温度为25～30℃，所述超声分散的时间为30～45min。
综上所述，本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：填料以及基液，所述填料由碳包覆金属和氧化石墨烯基二维纳米片组成；所述碳包覆金属为碳包覆铝和/或碳包覆铜。本发明还提供了一种利用上述组合物制备导热纳米流体的方法。经实验测定可得，本发明提供的技术方案制得的导热纳米流体，导热性能良好，且具有极佳的稳定性能。本发明提供的一种组合物及其导热纳米流体的制备方法，解决了现有技术中，纳米流体导热性能差和稳定性差的技术缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为改性前后，碳包覆金属的Zeta电位图。
具体实施方式
本发明提供了一种组合物及制备导热纳米流体的方法，用于解决现有技术中，纳米流体导热性能差的技术缺陷。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的，进行具体地描述。
实施例1
氧化剂氧化碳包覆金属和石墨烯基二维纳米片，得混合产物1；其中，本实施例中，碳包覆金属为碳包覆铜，石墨烯基二维纳米片为石墨烯，氧化剂为浓硝酸。
氧化的方法为：首先，将0.5g的石墨烯置于20ml的浓硝酸中，在室温下，利用超声波水浴反应3h；然后，按照0.5:1的质量比加入0.25g碳包覆铜，继续反应30min，最后，过滤、洗涤至中性，在60℃下干燥12h。
将洗净后干燥的0.01g混合产物超声分散在50ml基液中，得导热纳米流体1；其中，本实施例中，基液为水。超声分散的频率为20KHz，超声分散的温度为25℃，超声分散的时间为30min。
实施例2
氧化剂氧化碳包覆金属和石墨烯基二维纳米片，得混合产物2；其中，本实施例中，碳包覆金属为碳包覆铝，石墨烯基二维纳米片为石墨烯，氧化剂为浓硝酸。
氧化的方法为：首先，将0.5g的石墨烯置于20ml的浓硝酸中，在室温下，利用超声波水浴反应3h；然后，按照0.5:1的质量比加入0.25g碳包覆铝，继续反应30min，最后，过滤、洗涤至中性，在60℃下干燥12h。
将洗净后干燥的0.02g混合产物超声分散在50ml基液中，得导热纳米流体2；其中，本实施例中，基液为水。超声分散的频率为20KHz，超声分散的温度为25℃，超声分散的时间为30min。
实施例3
氧化剂氧化碳包覆金属和石墨烯基二维纳米片，得混合产物3；其中，本实施例中，碳包覆金属为碳包覆铝，石墨烯基二维纳米片为石墨烯，氧化剂为浓硝酸。氧化的方法为：首先，将0.5g的石墨烯置于20ml的浓硝酸中，在室温下，利用超声波水浴反应3h；然后，按照0.5:1的质量比加入0.25g碳包覆铝，继续反应30min，最后，过滤、洗涤至中性，在60℃下干燥12h。
将洗净后干燥的0.03g混合产物超声分散在50ml基液中，得导热纳米流体3；其中，本实施例中，基液为水。超声分散的频率为20KHz，超声分散的温度为25℃，超声分散的时间为30min。
实施例4
氧化剂氧化碳包覆金属和石墨烯基二维纳米片，得混合产物4；其中，本实施例中，碳包覆金属为碳包覆铝，石墨烯基二维纳米片为石墨烯，氧化剂为浓硝酸。
氧化的方法为：首先，将0.5g的石墨烯置于20ml的浓硝酸中，在室温下，利用超声波水浴反应3h；然后，按照0.5:1的质量比加入0.25g碳包覆铝，继续反应30min，最后，过滤、洗涤至中性，在60℃下干燥12h。
将洗净后干燥的0.04g混合产物超声分散在50ml基液中，得导热纳米流体4；其中，本实施例中，基液为水。超声分散的频率为20KHz，超声分散的温度为25℃，超声分散的时间为30min。
对比例1
取碳包覆铝0.03g和去离子水50ml，超声破碎30min，制得含量为0.06％wt纳米流体，为对比物1。
实施例5
本实施例为测定实施例1～4制得的导热纳米流体1～4性能的具体实施例。
本实施例中，采用HotDisk热常数分析仪测量所制备纳米流体的导热系数，误差为5％，测试理论基于瞬态热线法(THW)，在室温下，每个样品重复测试3次，每次测试间隔15分钟获得导热率的平均值。通过测试纯水的导热率与纳米流体的导热率做对比得到导热提高率。通过将所制备的纳米流体置于室温下，静置保存，观察样品的底部出现沉淀情况，来确定样品的放置时间。
所得测定结果请参阅表1和图1。
表1
Figure GDA0002637917810000051
从表1和图1可以得出，本发明提供的技术方案，可有效提高基液的导热性能，基液的导热系数可提高7～14％；同时，制得的导热纳米流体稳定性更好，Zeta电位值也得到了显著的提高。
综上所述，本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：填料以及基液，所述填料由碳包覆金属和氧化石墨烯基二维纳米片组成；所述碳包覆金属为碳包覆铝和/或碳包覆铜。本发明还提供了一种利用上述组合物制备导热纳米流体的方法。经实验测定可得，本发明提供的技术方案制得的导热纳米流体，导热性能良好，且具有极佳的稳定性能。本发明提供的一种组合物及其纳米流体的制备方法，解决了现有技术中，纳米流体导热性能差和稳定性差的技术缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种组合物，其特征在于，所述组合物的原料包括：填料以及基液，所述填料由碳包覆金属和氧化石墨烯基二维纳米片组成；
所述碳包覆金属为碳包覆铝和/或碳包覆铜。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，以质量份计，所述填料与基液的投料比为(1～10):10000，
所述基液为水和/或乙二醇。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，以质量份计，所述碳包覆金属与所述氧化石墨烯基二维纳米片的投料比为(0.1～1):1。
4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述碳包覆金属的粒径为50～100nm；
所述氧化石墨烯基二维纳米片为单层二维蜂巢状结构，所述氧化石墨烯基二维纳米片的导热率大于5000W/(mK)。
5.一种利用权利要求1至4任意一项所述的组合物制备导热纳米流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
步骤一、氧化剂依次氧化碳包覆金属和石墨烯基二维纳米片，得第一产物；
步骤二、所述第一产物超声分散在基液中，得导热纳米流体。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述氧化剂为浓硝酸。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述氧化的方法为：
S1：石墨烯基二维纳米片与氧化剂混合，在室温下，第一次超声波水浴反应3h，得第一中间体；
S2：所述第一中间体与碳包覆金属混合，第二次超声波水浴，得第二中间体；
S3：所述第二中间体依次经过滤、洗涤至中性以及干燥后，得第一产物。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，S1中，所述第一次超声波水浴的温度为室温，所述第一次超声波水浴的时间为3h；
S2中，所述第一中间体与碳包覆金属的质量比为(0.1～1):1，所述第二次超声波水浴的温度为室温，所述第二次超声波水浴的时间为30min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，S3中，所述干燥的方法为：60℃下干燥12h。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述超声分散的频率为20～25KHz，所述超声分散的温度为25～30℃，所述超声分散的时间为30～45min。
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