CN114007783A - 纳米流体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过核辐照混合物制备的纳米流体，该混合物包含前体和基础流体的混合物。本发明涉及一种制备该纳米流体的方法。本发明还涉及一种用于制备该纳米流体的系统。均匀的辐照剂量的组合导致悬浮的纳米颗粒基本上没有沉降。已观察到形成的纳米流体与本领域已知的流体相比具有更好的特性。

Description

纳米流体
技术领域
本发明属于纳米流体和制备纳米流体的方法领域。
背景技术
具有悬浮纳米粒子的流体，通常称为纳米流体，从科学和工业的角度来看，正在引起全球关注。例如，这些纳米流体的配制是为了提高工业传热系统的热性能。纳米流体表现出优异的热性能，例如增强的导热性、粘度、传热系数、介电强度等。然而，可能会出现稳定性的问题，因为纳米颗粒通常具有凝聚和沉淀的倾向，尤其是在通过本领域广泛公开的普通技术制备的那些纳米流体中，在这些特性的增加中产生劣化。
因此，本发明的目的是提供一种改进的制备纳米流体的方法，与本领域已知的那些相比，该方法具有更好的物理和化学性质以及改进的稳定性。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种制备纳米流体的方法，该方法包括：
对基础流体和前体的混合物进行核辐照，以形成纳米流体。
在一种实施方式中，该方法可以包括使混合物和核辐照束射线相对于彼此旋转，优选地相对于核辐照束旋转混合物，以均匀地辐射混合物并防止在前体的放射性分解过程中所形成纳米颗粒的附聚。
在一种实施方式中，基础流体可以是水或有机溶剂，例如二醇，优选乙二醇。
在一种实施方式中，前体可以是选自铜盐或银盐中的一种或其组合的金属盐。
在一种实施方式中，核辐照可以来自伽马射线(Gamma rays)。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于制备纳米流体的系统，该系统包括：
用于容纳前体和基础流体的混合物的容器；
与容器连通的核辐照器，用于发射核射线，以辐照容纳在容器中的混合物，促进混合物辐射分解形成纳米流体。
在一种实施方式中，核辐照器可以是钴60伽马射线发射器，被设置为发射约1KG的射线。
在一种实施方式中，该系统可以包括可旋转平台或转台，被设置为在辐照期间旋转的容器。
在一种实施方式中，基础流体可以是水或有机溶剂，例如二醇，优选乙二醇。
在一种实施方式中，前体可以是选自铜盐、银盐或任何其他合适金属的盐中的一种或其组合的金属盐。
根据本发明的第三方面，提供了一种纳米流体，包含由前体和基础流体的混合物的核辐照射形成的纳米颗粒。
在一种实施方式中，基础流体可以是水或有机溶剂，例如二醇，优选乙二醇。
在一种实施方式中，前体可以是选自铜盐、银盐或任何其他合适金属的盐中的一种或其组合的金属盐。
根据本发明的第四方面，提供了根据本发明第一方面的方法生产的纳米流体。
附图说明
通过结合以下附图的描述，本发明的目的和特征将变得完全清楚。考虑到这些附图仅描绘了本发明的典型实施例，因此不应被视为限制其范围，将通过使用附图，将对本发明进行更具体和详细的描述和解释，其中：
图中：
图1显示了用于制造纳米流体的系统；
图2显示了通过AgNO3在EG或H2O中的辐射分解过程合成的纳米级Ag颗粒的透射电子显微镜图；
图3显示了通过AgNO3在EG或H2O中的辐射分解过程合成的纳米级Ag颗粒的电子色散元素分析图；
图4显示了通过AgNO3在EG或H2O中的辐射分解过程合成的纳米级Ag颗粒的选区电子衍射图；
图5显示了在不同伽马剂量下，通过AgNO3在H2O中的辐射分解过程合成的纳米级Ag悬浮液的吸收光谱图；
图6显示了通过Pt线标准技术测量的Ag纳米悬浮液在H2O中的热导率，显示相对于纯H2O提高了16％；
图7显示了通过Pt线标准技术测量的Ag纳米悬浮液在EG中的热导率，显示相对于纯EG提高了30％；和
图8显示了一种表示制造纳米流体的方法的高级框图。
具体实施方式
虽然本发明的各种创造性方面、概念和特征可以在本文中被描述和说明为结合在示例性实施例中的组合体现，这些各个方面、概念和特征可用于许多替代性实施例中，无论是单独地使用还是以其各种组合和子组合使用。除非在此明确排除，所有这样的组合和子组合都在本发明的范围内。更进一步，虽然关于本发明的各个方面、概念和特征的各种替代实施例——如替代结构、配置、方法、装置和部件，关于形式、装配和功能的替代等——可以在本文中描述，此类描述并非旨在成为可用替代实施例的完整或详尽清单，无论是目前已知的还是以后开发的。
本领域技术人员可以容易地将一个或多个创造性的方面、特征的概念纳入本发明范围内的其他实施方式和用途中，即使这些实施方式在本文中没有明确公开。更进一步地，可以包括示例性或代表性的值和范围，以帮助理解本公开；然而，这些值和范围不应被解释为限制性的，并且仅在明确说明的情况下才是临界值或范围。此外，虽然这里可以明确地将各个方面、特征和概念确定为具有创造性或构成发明的一部分，但这种确定并不意味着是排他性的，而是可能有一些创造性的方面、概念和特征在此被充分描述，而并非明确标识为这样或作为特定发明的一部分。
从附图的图1中可以看出，提供了用于制造纳米流体的系统10。该系统10包括框架12，其具有限定开口的第一端壁14，伽马射线发射器16，特别是钴60伽马射线发射器通过该开口向内延伸，用于沿着光束路径20发射伽马射线18。系统10包括固定在相对细长的侧壁24、26之间的桥22。转盘28安装在桥22上。系统10还包括容器30，通常是透明容器，用于容纳基础流体，例如水或乙二醇(EG)和预定量的前体的混合物32，其中前体可以是例如银(Ag)、金(Au)或铜(Cu)的盐，例如硝酸盐、醋酸盐、氯化物、硫酸盐等。系统10还包括与第一端壁14相对布置的第二端壁34。相对的侧壁24、26和第二端壁34限定了用于将框架周围的环境与伽马射线屏蔽的外壳。
在使用中，所述混合物32被容纳在容器30中。容器30与伽马射线发射器相对，使得伽马射线18的光束路径20可以延伸穿过混合物32。用于照射混合物32的伽马射线18的剂量可以根据基础流体中前驱物的浓度预先确定，例如发射器18可以发射约0.95KG的小剂量射线。转盘28由系统10(例如，用于旋转转盘的电机(未示出))以预定的旋转速度自动旋转，以确保混合物被均匀地照射，从而促进前体盐(通过核射线，即伽马射线)解离或辐射分解转化为未溶解的金属纳米颗粒，这些纳米颗粒悬浮在基础流体中，与从盐中分离的其他元素/化合物结合。容器30的旋转确保了混合物32被均匀地辐照，通常通过将混合物32的所有面暴露于相同量的辐照剂量，例如通过相对于伽马射线18的光束路径20的行进方向旋转混合物。容器30的旋转进一步防止了在辐射分解过程中形成的纳米颗粒的团聚，并允许混合物混合并连续地从一侧到另一侧和上下循环，反之亦然。
图2显示了AgNO3在EG或水(H2O)中的辐射分解过程合成的纳米级Ag颗粒的透射电子显微镜图。Ag纳米粒子的尺寸小于100nm。获得的纳米Ag群体通常是多分散的。在这种典型情况下，尺寸在3nm-7nm之间波动。纳米Ag没有过度聚集，但有形成纳米Ag链网络的趋势。这种几何形状预计有利于主体基础流体(即液体)内的更好的热导率。注意到这种团聚在稍微加热超声处理或纳米流体时消失。
图3显示了AgNO3在乙二醇或H2O中的辐射分解过程合成的纳米级Ag颗粒的电子色散光谱元素分析。在低通道观察到的碳与用于减少Fe电荷积累的碳涂层有关。同样，Cu峰源自用作电子显微镜表征基底的Cu碳涂层。Fe峰是由最初使用的AgNO3前驱体的杂质引起的。由于Fe和Ag不混溶，Fe污染物很可能由Fe簇或非常小的Fe或Fe氧化物纳米粒子组成。
图4显示了AgNO3在EG或H2O中的辐射分解过程合成的纳米级Ag颗粒的选区电子衍射图。环形和点状的衍射图案维持了Ag纳米粒子的多晶性。第一个圆环对应于(111)、(200)和(220)Ag布拉格衍射(Bragg diffraction)。
图5显示了不同伽马剂量下AgNO3在H2O中的辐射分解过程合成的纳米级Ag悬浮液的吸收光谱。对于高(5-a)和高(5-b)剂量的不同伽马剂量下，都观察到了固有等离子体峰。在这个具有代表性的EG中的Ag悬浮液纳米粒子的等离子体特征中，剂量从0.95KGrays到2.45Kgrays不等。即使在0.95KGrays的低剂量下，也可以区分出特征性的纳米Ag等离子体峰。此外，等离子体峰的最大半峰宽是恒定的，这表明随着剂量的增加，Ag纳米粒子的大小没有显著变化，如图2所示，是多分散的。
图6显示了通过Pt线标准技术测量的Ag纳米悬浮液在H2O中的热导率，显示相对于纯H2O提高了16％。
图7显示了通过Pt线标准技术测量的Ag纳米悬浮液在EG中的热导率，显示相对于纯EG提高了30％。
如图8所示，提供了一种制造纳米流体的方法100的高级框图。该方法100包括提供前体(例如Ag的盐，如AgNO3)在基础流体例如水或EG 102中的混合物。该方法100还包括用核射线如伽马射线，104对混合物进行核辐照，以促进前体(AgNO3)辐射分解成悬浮的、未溶解的固体颗粒(Ag颗粒)和溶解的物质(如NO3 -)，它们进入基础流体，并且其与未溶解的固体颗粒一起形成根据本发明的纳米流体。方法100还包括均匀地辐照混合物，即混合物的整个主体暴露于相同数量的辐照剂量，例如通过相对于伽马射线的光束路径的行进方向旋转混合物。
申请人已经观察到，均匀照射剂量的组合导致悬浮的纳米颗粒基本上没有沉降。据观察，所形成的纳米流体与本领域已知的流体相比具有更好的特性。

Claims (14)

1.一种制备纳米流体的方法，该方法包括对基础流体和前体混料进行核辐照以形成纳米流体。
2.根据权利要求1所述的方法，包括在核辐照期间相对于核辐射束射线旋转所述混合物，以便基本上均匀地辐照所述混合物并防止在所述前体的放射性分解过程中形成纳米颗粒的附聚。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基础流体选自水或有机溶剂，例如，所述有机溶剂为二醇，优选为乙二醇。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述前体是金属盐，所述金属盐选自铜盐、银盐或任何其他合适金属的盐中的一种或其组合。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述核辐照是通过伽马射线进行的。
6.一种用于制造纳米流体的系统，该系统包括：
用于容纳前体和基础流体的混合物的容器；
与所述容器连通的核辐射器，所述核辐射器用于发射核射线，以辐照容纳在所述容器中的混合物以形成纳米流体。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述核辐射器可以是钴60伽马射线发射器。
8.根据权利要求6或7所述的系统，所述系统还包括可旋转的平台或转台，用于在辐照期间旋转所述容器。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的系统，其中，所述基础流体选自水或有机溶剂中的一种；例如，所述有机溶剂为二醇，优选为乙二醇。
10.根据权利要求6-9中任意一项所述的系统，其中，所述前体是金属盐，所述金属盐选自铜盐、银盐或任何其他合适金属的盐中的一种或其组合。
11.一种纳米流体，包含由前体和基础流体混合物的核辐照形成的纳米颗粒。
12.根据权利要求11所述的纳米流体，其中，所述基础流体选自水或有机溶剂中的一种，例如，所述有机溶剂选自二醇，优选为乙二醇。
13.根据权利要求11或12所述的纳米流体，其中，所述前体是金属盐，所述金属盐选自铜盐、银盐或任何其他合适金属的盐中的一种或其组合。
14.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法制备的纳米流体。
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