DE102006029276B4

DE102006029276B4 - Wärmeübertragungsflüssigkeiten mit heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln

Info

Publication number: DE102006029276B4
Application number: DE200610029276
Authority: DE
Inventors: Gan-Lin Hwang
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2026-06-27
Also published as: KR20070056915A; JP2007153727A; KR100826773B1; FR2893948B1; TW200720186A; GB2432842A; TWI264415B; FR2893948A1; GB2432842B; GB0612955D0; US20070122335A1; DE102006029276A1; JP4509075B2; US7396521B2

Abstract

Wärmeübertragungsflüssigkeit mit Kohlenstoff-Nanokapseln, umfassend: eine Flüssigkeit; und eine Vielzahl von heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln, die gleichmäßig in der Flüssigkeit verteilt sind, wobei die heteroatomhaltige Kohlenstoff-Nanokapsel ein vielflächiger Kohlenstoffcluster ist, der mehrlagige Graphitschichten mit einer Bälle-in-einem-Ball-Struktur bildet, wobei die heteroatomhaltige Kohlenstoff-Nanokapsel eine Kohlenstoff-Nanokapsel ist, die Heteroatome enthält, wobei Teile der Kohlenstoffatome der geschlossenen Graphitschicht durch D-Atomen ersetzt sind und die geschlossene Graphitschicht durch eine chemische Formel C(D)x repräsentiert wird, wobei C ein Kohlenstoff ist, der ein sp2-Hybridorbital zeigt, D ein Atom der Gruppe III oder V des Periodensystems oder Schwefel ist, das/der an den Kohlenstoff gebunden ist, und X ein molares Äquivalent von 0,0001 bis 0,1 ist, basierend auf dem molaren Äquivalent von Kohlenstoff als 1.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Wärmeübertragungsflüssigkeiten und betrifft im Besonderen Wärmeübertragungsflüssigkeiten mit heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln.
Beschreibung des Standes der Technik
Stromverbrauch führt zur Wärmeerzeugung während des Betriebs von Vorrichtungen wie beispielsweise Computer, elektronischen Geräten oder Kommunikationsvorrichtungen. Weil die Alterungsgeschwindigkeit einer Vorrichtung im direkten Verhältnis zu ihrer Betriebstemperatur steht, muss die Betriebstemperatur innerhalb eines bestimmten Bereichs gehalten werden, um zu verhindern, dass die Vorrichtung durch die erzeugte Hitze beeinträchtigt wird. Daher ist es wichtig, eine Vorrichtung mit überlegener Wärmeableitungsfähigkeit zu gestalten.
Mit der Technologieentwicklung und -fortschritt sind Effizienz und Komfort wichtige Ausrichtungen bei der Verwendung von elektronischen Produkte, die wünschenswerterweise mit einem kleinen Querschnitt, mehrere Funktionen und hoch effiziente Arbeitsabläufe hergestellt sind. In Bezug auf die Halbleiterindustrie und Gestaltung von integrierten Schaltungen (IC) ergibt sich, obwohl man erfolgreich wichtige Verbesserungen erlangte wie beispielsweise Querschnittsminimierung, hohe Integration und Mehrfachfunktionen bei elektronischen Elementen, wegen der Wärmeproduktion während des Betriebs der elektronischen Elemente ein Problem bezüglich der Betriebssicherheit
Eine herkömmliche Kühlvorrichtung mit einem Kühlkörper und einem kleinen Lüfter, der in Verbindung mit der elektrischen Vorrichtung angebracht ist, kann jedoch nicht die Forderung an effizient abgeführte Wärme erfüllen. Darüber hinaus wird während des Betriebs des Lüfters Lärm erzeugt.
Seit kurzem gibt es wegen der Entwicklung und breiten Anwendung von Elektronikprodukten, wie beispielsweise Handys, PDAs und Notebooks, eine gestiegene Nachfrage nach elektrischen Vorrichtungen, die eine längere Lebensdauer besitzen und weniger Raum einnehmen. Demgemäß wird übermäßig Hitze in der Vorrichtung gesammelt und konzentriert, was eine Herausforderung für die Wärmeableitungstechnologie bietet.
Eine höhere Effizienz der Wärmeableitungstechnologie wie beispielsweise dem Flüssigkeitskühlen wird oft benötigt. In einem herkömmlichen Flüssigkeitskühlsystem für ein Notebook dient reines Wasser als Wärmeübertragungsflüssigkeit. Jedoch ist die Wärmeleitfähigkeit von reinem Wasser für viele Anwendungen zu niedrig. Die Wärmeableitungsrate ist zu gering, und die Betriebseffizienz des Wärmerohrs ist ungenügend.
Die US 2002/0100578 A1 beschreibt eine Wärmeübertragungsflüssigkeit, die eine Flüssigkeit mit darin verteilten Kohlenstoff-Nanopartikeln zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit umfasst. Diese Kohlenstoff-Nanopartikel weisen gemäß der Lehre der US 2002/0100578 A1 eine sp²-Hybridisierung auf und umfassen vorzugsweise ein- oder mehrwandige Nanoröhren oder (einwandige) Fullerene, die auch funktionalisiert und/oder mit Metallen und Metallverbindungen dotiert sein können oder Elemente aus der Gruppe IV des Periodensystems, den Übergangsmetallen und Lanthaniden sowie Legierungen und Verbindungen davon in ihrem Inneren enthalten können.
Die DE 41 14 536 A1 betrifft Heterofullerene und Heterofullerenderivate sowie deren Fragmente. Diese basieren auf Fullerenmolekülen, in denen zur Erhöhung der Reaktivität ein Teil der Kohlenstoffatome durch die Heteroatome Stickstoff und Bor ersetzt sind. Darüber hinaus können die Derivate und Fragment-Derivate auch Halogene, Sauerstoff, Schwefel, Metalle und Metalloide enthalten. Die in der DE 41 14 536 A1 gelehrten Verbindungen zeichnen sich durch eine höhere elektrische Leitfähigkeit aus und können darüber hinaus beispielsweise als molekulare Container und Reaktionsgefäße und Energiespeichermedien verwendet werden.
Die US 2004/0238799 offenbart Kohlenstoff-Nanokapseln, die mit mindestens einer Art einer Polymerkette versehen sind, wobei diese organisch funktionalisierten Kohlenstoff-Nanokapseln ferner mindestens eine funktionelle Gruppe enthalten können. Die Kohlenstoff-Nanokapseln gemäß der Lehre der US 2004/0238799 sind entweder hohl oder mit Metallen, Metalloxiden, Metallcarbiden oder Legierungen gefüllt.
Die Veröffentlichung ”Photoinduced Biochemical Activity of Fullerene Carboxylic Acid” von Hidetoshi Takuyama, Shigeru Yamago, Eiichi Nakamura, Takashi Shiraki und Yukio Sugiura in Journal of the American Chemical Society, Vol. 115, Seiten 7918–7919, 1993 betrifft die photoinduzierte biochemische Aktivität von Fulleren-Carbonsäuren. Insbesondere wird ein Fullerenalkohol offenbar, welcher durch eine Cycloadditionsreaktion von C₆₀-Fullerenen und Trimethylenmethan-Biradikalen mit einer Ausbeute von ungefähr 30% erhalten werden kann.
In der Veröffentlichung ”Functionalized Fullerenes in Water. The First 10 Years of Their Chemistry, Biology, and Nanoscience” von Eiichi Nakamura und Hiroyuki Isobe in Accounts of Chemical Research, Vol. 36, No. 11, Seiten 807–815, November 2003, American Chemical Society wird ein Überblick über wasserlösliche Fullerene und deren mögliche Anwendung gegeben. Fullerene sind in Wasser im Wesentlichen unlöslich. Um Fullerene in Wasser zu lösen kann ein solubilisierendes Mittel, d. h. ein Lösungsvermittler, verwendet oder die Fullerene können Mittels hydrophiler funktioneller Gruppen modifiziert werden. Unter anderem werden in der Veröffentlichung von E. Nakamura et al. Fullerene mit einer oder mehreren Carbonsäure-Komponenten als Modifikation zur Funktionalisierung der Fullerene offenbart.
In der Veröffentlichung ”Functionalized Fullerenes in Water. The First 10 Years of Their Chemistry, Biology, and Nanoscience” von Eiichi Nakamura und Hiroyuki Isobe in Accounts of Chemical Research, Vol. 36, No. 11, Seiten 807–815, November 2003, American Chemical Society wird ein Überblick über wasserlösliche Fullerene und deren mögliche Anwendung gegeben. Fullerene sind in Wasser im Wesentlichen unlöslich. Im Fullerene in Wasser zu lösen kann ein solubilisierendes Mittel, d. h. ein Lösungsvermittler, verwendet oder die Fullerene können in der Veröffentlichung von E. Nakamura et al. Fullerene mit einer oder mehreren Carbonsäure-Komponenten als Modifikation zur Funktionalisierung der Fullerene offenbart.
In der Veröffentlichung ”[3 + 2] and [4 + 2] Cycloadditions of C₆₀” von M. Prato, T. Suzuki, H. Foroudian, Q. Li, K. Khemani, F. Wudl, J. Leonetti, R. D. Little, T. White, B. Rickborn, S. Yamago und E. Nakamura in Journal of the American Chemical Society, Vol. 115, Seiten 1594–1595, 1993 werden die Cycloadditionsreaktion von C60-Fullerene und Trimethylenmethan bzw. Isobenzofuran beschrieben. Der in der Veröffentlichung von M. Prato et al. beschriebene Reaktionsweg eignet sich zur Funktionalisierung von Fullerenen, insbesondere in der Weise, wie in den vorhergehend zitierten Veröffentlichungen offenbart.
Die US 2005/0244644 A1 betrifft Kohlenstoffprodukte, d. h. Kohlenstoffpartikel, wie zum Beispiel Ruß, Aktivkohle, Kohlenstofflamellen, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren, und der gleichen, die an ihrer Oberfläche funktionale organische Gruppen vorsehen, um verschiedene Metalle zu binden. Durch die verschiedenen, mittels der funktionalen organischen Gruppen gebundenen Metalle breite kann eine Vielfalt von Funktionalitäten erzielt werden, die spezifisch für ihre Anwendungsgebiete sind. So kann ein gemäß der US 2005/0244644 A1 modifiziertes Kohlenstoffprodukte mit kovalent an der Oberfläche gebundenen funktionalen Gruppen Verwendung in einer thermisch leitfähigen Flüssigkeit finden.
Die US 2003/0159917 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Nanokapseln. Hierzu wird ein Strom an Graphitelektroden in einer mit Schutzgas gefüllten Kammer angelegt, so dass es zu einer Bogenentladung zwischen den Elektroden kommt. Durch die Entladung wird an der Kathode ein Depot gebildet, das hohle Nanokapseln als Hauptprodukt und Nanoröhrchen als Nebenprodukt enthält. Die Nanokapseln und die Nanoröhrchen können nachfolgend separiert werden.
Die US 6,872,236 B1 betrifft ein verwandtes Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoff-Nanokapseln, die mit einem magnetischen Metall gefüllt sind. Die gefüllten Kohlenstoff-Nanokapseln werden erhalten, indem eine Compositeelektrode verwendet wird, die aus Kohlenstoffpulver und einem Pulver des magnetisches Metalls herstellt wird. In einer mit Schutzgas gefüllten Kammer wird zwischen einer Graphitanode und der als Kathode dienenden Compositeelektrode ein Strom angelegt, so dass es zu einer Bogenentladung kommt. An der Kathode bildet sich hierdurch ein Depot mit gefüllten und ungefüllten Kohlenstoffnanokapseln, die nachfolgend separiert werden können.
Die US 2002/0100578 A1 betrifft ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium, das sich zu Verwendung in einem geschlossenen Wärmetauschersystem eignet, in dem Wärmeenergie von einem Verdampfer zu einem Kondensator transportiert wird. Das flüssige Wärmeübertragungsmedium ist insbesondere eine Mischung aus Ethylenglykol oder Wasser mit darin suspendierten Kohlenstoff-Nanopartikel. Insbesondere werden funktionalisierte Fullerene oder Nanoröhrchen als beschrieben. Die Funktionalisierung dient unter anderem dazu, Fullerene wasserlöslich zu machen.
Die US 2004/0238799 A1 betrifft Kohlenstoff Nanokapseln mit einer daran gepfropften Polymerkette, d. h. die Kohlenstoff-Nanokapseln bilden den Kerne von Polymerketten gepfropften Kohlenstoff-Nanokapseln. Die Polymerketten haben insbesondere ein Molekulargewicht von 100–1,000,000 und die Polymerketten können zum Beispiel aus einem thermisch verformbaren Polymer, einem leitfähigen Polymer, einem Flüssigkristallpolymer, einem Harz oder einem Biopolymer bestehen. Die Polymerketten werden durch eine Cycloadditionsreaktion aufgepfropft.
Daher ist es notwendig, eine Wärmeübertragungsflüssigkeit mit hoher Wärmeleitfähigkeit und geeigneter Beweglichkeit für elektrische Vorrichtungen wie beispielsweise Notebooks zu entwickeln.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Wärmeübertragungsflüssigkeit bzw. ein -fluid mit Kohlenstoff-Nanokapseln bereit, die als Kühlflüssigkeit für ein Wärmeableitungssystem wie beispielsweise einen Mikro-Flüssigkeitswärmetauscher dient. Die Wärmeübertragungsflüssigkeit umfasst eine Flüssigkeit und eine Vielzahl von heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln, die gleichmäßig in der Flüssigkeit verteilt sind, bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 10 Gewichtsteilen, bevorzugter 0,05 bis 4 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Wärmeübertragungsflüssigkeit.
Die heteroatomhaltige Kohlenstoff-Nanokapsel ist ein vielflächiger Kohlenstoffcluster, der mehrlagige Graphitschichten mit einer Bälle-in-einem-Ball-Struktur bildet. Die heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapsel ist eine Kohlenstoff-Nanokapsel, die Heteroatome enthält. Teile der Kohlenstoffatome der geschlossenen Graphitschicht sind durch D-Atome erstetzt und die geschlossene Graphitschicht wird durch eine chemische Formel C(D)_x repräsentiert, wobei C ein Kohlenstoff ist, das ein sp² Hybridorbital zeigt, D ein Atom der Gruppe III oder V des Periodensystems oder Schwefel ist, das an das Kohlenstoff gebunden ist, und X ein molares Äquivalent von 0,0001 bis 0,1 ist, basierend auf dem molaren Äquivalent von Kohlenstoff als 1. Weil die heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln geneigt sind, sich in der Flüssigkeit zu verteilen, und eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wird die Wärmeableitung der Flüssigkeit verstärkt.
Das D umfasst insbesondere N-, B-, P- oder S-Atome und kann weiter an Wasserstoff, eine Alkylgruppe, Alkoxygruppe, ein Halogen, eine Hydroxylgruppe, Aminogruppe, ein Metall oder einen Metallkomplex gebunden sein, welche modifiziert sind, um kovalente oder Koordinationsbindungen zu bilden.
Eine detailliert Beschreibung wird in den folgenden Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung gegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann durch Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und der Beispiele besser verstanden werden, die mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung gemacht sind, wobei:
1 eine schematische Nahbereichszeichnung von Kohlenstoff Nanokapseln ist, die gemäß der Erfindung Heteroatome enthalten;
2 ein elektronenparamagnetisches Resonanzspektrum von dotierten-B Kohlenstoff Nanokapseln der Erfindung ist;
3 eine hochauflösende SEM-(scanning electron microscope, Rasterelektronenmikroskop) Fotografie von dotierten-N Kohlenstoff-Nanokapseln bei einem Beispiel der Erfindung ist; und
4 die Wanderung der positiven Ladung zu dem Stickstoffatom zeigt, wenn das Stickstoffatom an ein Wasserstoffion (H⁺) gebunden ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende Beschreibung ist aus der als beste erachtete Ausführungsform zur Ausführung der Erfindung. Diese Beschreibung wird zum Zweck der Erläuterung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung gemacht und soll nicht in einem beschränkenden Sinn herangezogen werden. Der Umfang der Erfindung wird am besten unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt.
Die Wärmeübertragungsflüssigkeit umfasst eine Flüssigkeit und eine Vielzahl von in der Flüssigkeit gleichmäßig verteilten heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln. Die Flüssigkeit kann Wasser oder ein organisches Lösungsmittel (wie beispielsweise Alkohol oder Motoröl) sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Flüssigkeit Wasser, Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, iso-Butanol, t-Butanol, t-Pentanol, Ethylenglycol, Ethylenglycolmonomethylether, Ethylenglycolmonoethylether, Propylenglycolmonoethylether, Styrol, Ethylacetat, Toluol, Xylol, Methylethylketon, Aceton, Motoröl oder Kombinationen davon.
In der Erfindung sind die heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln Kohlenstoff Nanokapseln, die Heteroatome enthalten und vielflächige Kohlenstoffcluster mit kompletten und geschlossenen vielflächigen Graphitschichten sind. In heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapsel der Erfindung sind einige Kohlenstoffatome durch Atome der Gruppe III oder V des Periodensystems ersetzt, wie beispielsweise Stickstoff-, Bor-, Phosphor- oder Schwefelatome, wie in 1 gezeigt. Wegen des dotierten Heteroatoms zeigt die Nanokapsel bestimmte Eigenschaften der Atome der Gruppe III oder V, wie beispielsweise lochreicher oder elektronenreicher Ferromagnetismus. Die Graphitschicht, bei der Heteroatome das Kohlenstoffatom ersetzen, wird aus fünfeckigen und sechseckigen Ringen aufgebaut, wobei deren Atom ein sp²-Hybridorbital zeigen. Die heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln zeigen ungesättigte Doppelbindungen, während sie die spezifischen Eigenschaften von Graphit beibehalten.
Mit Bezug auf 2 wurden die dotierten-B Kohlenstoff-Nanokapseln durch elektronenparamagnetische Resonanzspektroskopie beschrieben. Demgemäß zeigen die Heteroatome (D) der Kohlenstoff-Nanokapseln freie Elektronenpaare.
Weil die Heteroatome, wie beispielsweise N, es bevorzugen ein sp³-Hybridorbital zu zeigen und es bevorzugen, an den Ecken der vielflächigen Graphitschicht angeordnet zu sein, und zwar auf den fünfeckigen Ringen, zeigen die heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln eine bessere elektrische und Wärmeleitfähigkeit im Vergleich mit undotierten Kohlenstoff-Nanokapseln. Theoretisch zeigen Stickstoffatome, die an den Ecken der vielflächigen Graphitschicht angeordnet sind, eine andere Konfiguration als die auf den sechseckigen Ringen. Die vielflächige Graphitschicht der heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln kann 12 Ecken aufweisen, ist aber nicht darauf beschränkt. 3 ist eine hochauflösende SEM-(Rasterelektronenmikroskop) Fotografie der heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapsel in einer Ausführungsform der Erfindung.
Wegen des elektronenreichen oder elektronenarmen Charakters der Heteroatome (wie beispielsweise N-, B-, P- oder S-Atome) sind die heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln geneigt, sich im Wasser oder einem hochpolaren Lösungsmittel zu verteilen. Weiterhin können die Heteroatome der Kohlenstoff-Nanokapseln an Wasserstoff, eine Alkylgruppe, Alkoxygruppe, Halogengruppe, Hydroxylgruppe, Aminogruppe, ein Metall oder einen Metallkomplex gebunden sein und geladen sein, wodurch die Löslichkeit der Kohlenstoff-Nanokapseln in einer Flüssigkeit verbessert wird.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Kohlenstoff-Nanokapsel eine dotierte-N Kohlenstoff-Nanokapsel. Mit Bezug auf 4 wandert, wenn ein Stickstoffatom an ein Wasserstoffion (H⁺) bindet, die positive Ladung zu dem Stickstoffatom, was zu der dotierten-N Kohlenstoff-Nanokapsel führt, die mit positiver Ladung (electricity) geladen ist. Wegen seiner Ladung (electricity) können sich die Kohlenstoff-Nanokapseln ohne Zusatz einer oberflächenaktiver Substanz gleichmäßig in der Flüssigkeit verteilen.
Die Kohlenstoff-Nanokapsel kann hohl sein und eine Graphitschicht umfassen. Weiterhin kann die Kohlenstoff-Nanokapsel zwei Graphitschichten umfassen und mit 0,1 bis 80 Gew.-% Füllstoffen, wie beispielsweise Metall, Metalloxid, Metallcarbiden, Metallsulfid, Metallnitrid oder Legierungen, basierend auf dem Gewicht der Nanokapsel. Geeignete Metalle oder Metallisiertes kann umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: Sc, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu, Ta, Os, Ir, Pt, Au oder Kombinationen davon. Die Wärmeübertragungsflüssigkeit mit Kohlenstoff-Nanokapseln, die mit magnetischen Filtern gefüllt sind, zeigen eine magnetische Aktivität und können in Mikro-Flüssigkeitswärmetauschern mit angelegtem magnetischem oder elektrischem Feld verwendet werden.
Weil die heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln eine bessere Wärmeleitfähigkeit (mehr als 1800 W/mK), eine große Oberfläche und Leichtgewicht-Eigenschaften besitzen, ist die Wärmeübertragungsflüssigkeit mehr geneigt, die Wärme effizienter zu entfernen. Weil die Kohlenstoff-Nanokapseln weiterhin Durchmesser von weniger als 100 nm (die meisten zwischen 30 bis 40 nm) und bessere Wärmebeständigkeit aufweisen, ist die Wärmeübertragungsflüssigkeit für Wärmeableitungssyteme geeignet, die einen Mikro-Flüssigkeitswärmetauschern mit einem Durchmesser von weniger als 10 μm verwenden.
Herstellung einer Wärmeübertragungsflüssigkeit mit heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln
100 mg N-dotierte (doped-N) Nanokapseln werden in 100 g reines Wasser gegeben, und 0,1 gew.-%ige Wärmeübertragungsflüssigkeit mit heteroatomhaltigen Kohlenstoff Nanokapseln wurden erhalten.
Eigenschaften einer Wärmeübertragungsflüssigkeit mit wasserlöslichen Kohlenstoff-Nanokapseln
Die gemessenen Ergebnisse der Eigenschaften für die 0,1 gew.-%ige Wärmeübertragungsflüssigkeit mit heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln werden in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Reines Wasser 0,1 Gew.-% dotierte-N Nanokapseln in Wasser

Wärmeleitfähigkeit (W/mK) 0,64 0,92
Wie in Tabelle 1 beschrieben vergrößert, weil die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeübertragungsflüssigkeit größer als die von reinem Wasser ist, die Zugabe von heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln die Wärmeableitungsfähigkeit von Wasser.
Während die Erfindung anhand von Beispielen und im Hinblick auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, muss sei so verstanden werden, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Im Gegenteil ist sie gedacht, verschiedene Abänderungen und ähnliche Gestaltungen abzudecken (wie sie einem Fachmann ersichtlich wären). Daher soll der Umfang der beigefügten Ansprüche der breitesten Auslegung entsprechen, um alle derartigen Abänderungen und ähnliche Gestaltungen zu umfassen.

Claims

Wärmeübertragungsflüssigkeit mit Kohlenstoff-Nanokapseln, umfassend: eine Flüssigkeit; und eine Vielzahl von heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln, die gleichmäßig in der Flüssigkeit verteilt sind, wobei die heteroatomhaltige Kohlenstoff-Nanokapsel ein vielflächiger Kohlenstoffcluster ist, der mehrlagige Graphitschichten mit einer Bälle-in-einem-Ball-Struktur bildet, wobei die heteroatomhaltige Kohlenstoff-Nanokapsel eine Kohlenstoff-Nanokapsel ist, die Heteroatome enthält, wobei Teile der Kohlenstoffatome der geschlossenen Graphitschicht durch D-Atomen ersetzt sind und die geschlossene Graphitschicht durch eine chemische Formel C(D)_x repräsentiert wird, wobei C ein Kohlenstoff ist, der ein sp²-Hybridorbital zeigt, D ein Atom der Gruppe III oder V des Periodensystems oder Schwefel ist, das/der an den Kohlenstoff gebunden ist, und X ein molares Äquivalent von 0,0001 bis 0,1 ist, basierend auf dem molaren Äquivalent von Kohlenstoff als 1.
Wärmeübertragungsflüssigkeit gemäß Anspruch 1, wobei die heteroatomhaltigen Kohlenstoff-Nanokapseln in einer Menge von 0,01 bis 10 Gewichtsteilen vorliegen, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Wärmeübertragungsflüssigkeit.
Wärmeübertragungsflüssigkeit gemäß Anspruch 1, wobei D N-, B-, P- oder S-Atome umfasst.
Wärmeübertragungsflüssigkeit gemäß Anspruch 1, wobei D an Wasserstoff, eine Alkylgruppe, Alkoxygruppe, ein Halogen, eine Hydroxylgruppe, Aminogruppe, ein Metall oder einen Metallkomplex gebunden ist.
Wärmeübertragungsflüssigkeit gemäß Anspruch 1, wobei die heteroatomhaltige Kohlenstoff-Nanokapsel hohl ist.
Wärmeübertragungsflüssigkeit gemäß Anspruch 1, wobei die heteroatomhaltige Kohlenstoff-Nanokapsel eine metallgefüllte Kohlenstoff-Nanokapsel ist, gefüllt mit Metallen, Metalloxiden, Metallcarbiden, Metallsulfid, Metallnitrid oder Legierungen.
Wärmeübertragungsflüssigkeit gemäß Anspruch 1, wobei der Durchmesser der heteroatomhaltigen Nanokapsel 1 bis 100 nm beträgt.
Wärmeübertragungsflüssigkeit gemäß Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit Wasser, ein organisches Lösungsmittel oder Kombinationen daraus ist.
Wärmeübertragungsflüssigkeit gemäß Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit ein Alkohol ist.
Wärmeübertragungsflüssigkeit gemäß Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit Wasser, Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, iso-Butanol, t-Butanol, t-Pentanol, Ethylenglycol, Ethylenglycolmonomethylether, Ethylenglycolmonoethylether, Propylenglycolmonoethylether, Styrol, Ethylacetat, Toluol, Xylol, Methylethylketon, Aceton, Motoröl oder Kombinationen davon ist.