DE102016209559A1

DE102016209559A1 - Graphenoxid-nanodiamant-komposit, verfahren zu dessen herstellung und dieses enthaltendes nanofluid

Info

Publication number: DE102016209559A1
Application number: DE102016209559.5A
Authority: DE
Inventors: Kyong Hwa Song; Byung Wook KIM; Jinwoo Kwak; Jinhyeok Cha; In Woong Lyo; Han Saem Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2017-08-17
Also published as: CN112938965A; CN107032347A; KR20170092361A; CN112938965B; US20170218243A1; JP6885678B2; JP2017137228A; US10640692B2; KR101826558B1; US20180237677A1

Abstract

Es wird hierin ein Komposit offenbart, das ein Graphenoxid und einen Nanodiamanten umfasst, der an eine Oberfläche des Graphenoxids chemisch gebunden ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2016-0013597 , die am 3. Februar 2016 beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(a) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Komposit, das ein Graphenoxid und einen Nanodiamanten umfasst, ein Verfahren zu dessen Herstellung und ein dieses enthaltendes Nanofluid.
(b) Beschreibung des Standes der Technik
Ein Nanofluid ist eine Suspension, die unterschiedliche Arten von Materialien in Nanogröße enthält, die darin zur Überwindung der Begrenzung der thermischen Leitfähigkeit eines einzelnen Fluids dispergiert sind. Das Nanofluid enthält ein Lösungsmittel und einen Füllstoff, und Wasser und Ethylenglycol, die eine hohe thermische Leitfähigkeit und eine hohe Temperaturstabilität aufweisen, werden gewöhnlich als Lösungsmittel verwendet. Um die thermische Leitfähigkeit eines Fluids zu erhöhen, kann ein Nanomaterial, das eine ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit aufweist, zu dem Fluid zugegeben werden.
Es wurden aktiv Forschungsarbeiten über das Nanofluid, das auf dem Gebiet der Fahrzeugkühlung und dem Gebiet der Elektronikkühlung verwendet wird, durchgeführt. Beispielsweise wurden Nanopartikel zu dem Frostschutzmittel für den Motor eines Fahrzeugs zugegeben, um ein Frostschutzmittel für Motoren herzustellen, das eine ausgezeichnete Wärmeübertragungsleistung aufweist, und Nanopartikel wurden zu einem Getriebeöl zugegeben, um die Reibungskraft zu reduzieren und die Wärmeübertragungsleistung zu verbessern. Bei der Vermarktung des Nanofluids, das in dem Bereich der Fahrzeugkühlung verwendet wird, kann eine Technologie zur Aufrechterhaltung ihrer Dispergier- und Fließeigenschaften unbedingt erforderlich sein.
Überdies kann zur Verwendung in einem Fahrzeug ein stabiles Material, das nicht mit dem Material eines Rohres, durch das ein Kühlmittel fließt, reagiert, ausgewählt werden.
Zurzeit ziehen Materialien, wie etwa Metall, Keramik und Kohlenstoff, als Füllstoff bei der Anwendung eines Nanofluids Aufmerksamkeit auf sich. Obwohl es keine Begrenzung hinsichtlich der Form des Füllstoffs gibt, wurden hauptsächlich ein Füllstoff vom Partikeltyp und ein Füllstoff vom Fasertyp für die Dispergierstabilität in einem Lösungsmittel verwendet. Ferner kann die Ausfällung verhindert werden, und Wärme kann in dem Fluid effektiv übertragen werden, indem der Füllstoff in Nanogröße hergestellt wird.
Üblicherweise haben Metall- und keramische Materialien ein hohes spezifisches Gewicht, und somit können sie ausgefällt werden, wenn sie über einen langen Zeitraum hinweg verwendet werden. In letzter Zeit haben ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen und ein Kohlenstoffmaterial, wie etwa Graphen, mit einem geringen spezifischen Gewicht und hoher thermischer Leitfähigkeit Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
Insbesondere findet das Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufgrund der Hydrophobizität seiner Oberfläche, seiner geringen Dispergierbarkeit und geringen Suspensionsstabilität nur begrenzt Anwendung als Nanofluid-Füllstoff, obwohl es hervorragend als Nanofluid eingesetzt werden kann, da es eine hohe thermische Leitfähigkeit von ungefähr 2000 W/mK aufweist.
Graphen als Kohlenstoff-basierter Füllstoff wird aus einem Kohlenstoffmonomer gebildet und weist ausgezeichnete elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften auf, und insbesondere ist seine thermische Leitfähigkeit größer als ungefähr 3000 W/mK, womit es eine bessere thermische Leitfähigkeit als ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweist. Graphen weist jedoch eine stabile zweidimensionale planare Struktur auf, in der hexagonale Kohlenstoffstrukturen miteinander verbunden sind, und somit hat es keine Affinität zu Kühlmitteln, wie etwa Wasser und Ethylenglycol.
Zur Verbesserung der Dispergierbarkeit in dem Fluid kann somit Graphenoxid, das eine Affinität zu polaren Lösungsmitteln hat, verwendet werden. Graphenoxid kann beispielsweise aufgrund seiner im Vergleich zu Graphen höheren Dispergierbarkeit als Nanofluidmaterial gewählt werden, da verschiedene funktionelle Gruppen auf seiner Oberfläche aufgebracht sind. Eine Epoxid-(COC-)Gruppe und eine Hydroxyl-(OH-)Gruppe liegen in einer Verwerfungsspalte (fault plane) des Graphenoxids vor, und eine Carboxyl-(COOH-)Gruppe und dergleichen existieren am Rand des Graphens. Diese funktionellen Gruppen weisen eine Polarität auf, und somit können sie sich mit einem üblicherweise verwendeten Fluid, wie etwa Wasser und Ethylenglycol, gut vermischen.
Obwohl Graphenoxid eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, fließt jedoch ein tatsächlich verwendetes Nanofluid durch ein Rohr, das als Durchfluss verwendet wird, und die meisten der Rohre, in denen ein Fluid mit hoher Temperatur und ein Fluid mit niedriger Temperatur fließen, sind aus einem metallischen Material hergestellt. Für ein Fahrzeug gibt es beispielsweise verschiedene Arten von metallischen Materialien, wie etwa Aluminium, Eisen, Stahl, Messing und Kupfer, an der Innenseite, die das Frostschutzmittel passiert. Jedoch können die meisten der Kohlenstoffmaterialien auf diese metallischen Materialien einwirken und galvanische Korrosion verursachen.
Eine galvanische Korrosion tritt auf, wenn zwei verschiedene Metalle miteinander verbunden und in eine Korrosionslösung verbracht werden, und ein Metall korrodiert zuerst, wohingegen das andere Metall vor Korrosion geschützt ist.
Galvanische Korrosion kann stärker auftreten, wenn der Unterschied zwischen den anodischen Indizes als inhärente potenzielle Werte der Metalle größer wird. Das Graphit, das Kohlenstoffe umfasst, kann im Vergleich mit einem üblichen Metall in der höchsten Kathode enthalten sein. Das heißt, wenn das Graphit mit einem anderen Metall verbunden wird, wird das Graphit selbst reduziert und oxidiert die Metalle um sich herum.
Um diese Nachteile der Metallkorrosion zu überwinden und die ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit und die Dispergierstabilität des Graphenoxids beizubehalten, kann der direkte Kontakt zwischen dem Graphenoxid und dem Metall auf ein Minimum begrenzt werden, die thermische Leitfähigkeit kann aufrechterhalten werden und ein Dispergierverfahren kann stabil durchgeführt werden.
Die obige Information, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart ist, dient lediglich dem besseren Verständnis des Hintergrundes der Erfindung und kann daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der hierzulande einem Durchschnittsfachmann bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In bevorzugten Gesichtspunkten stellt die vorliegende Erfindung ein Komposit, das Graphenoxid und einen Nanodiamanten mit einer verbesserten Dispergierstabilität und Korrosionsbeständigkeit umfasst, und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereit.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Nanofluid bereit, das ein Graphenoxid-Nanodiamant-Komposit mit verbesserter Dispergierstabilität und Korrosionsbeständigkeit umfasst.
Der Begriff ”Graphitoxid”, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine Verbindung, die Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff in geeigneten Verhältnissen umfasst, und das Graphitoxid kann Kohlenstoff als Hauptbestandteil umfassen, das mehr als ungefähr 50 Gew.-%, mehr als ungefähr 60 Gew.-%, mehr als ungefähr 70 Gew.-%, mehr als ungefähr 80 Gew.-%, mehr als ungefähr 90 Gew.-%, mehr als ungefähr 95 Gew.-% oder mehr als ungefähr 99 Gew.-% des Gesamtgewichts des Graphitoxids ausmacht. Graphenoxid kann durch Oxidieren von Graphen (einem Kohlenstoffmaterial geeigneterweise in der Form eines einzelnen, planaren, zweidimensionalen und wabenartigen Gitters) erhalten werden. Das Graphenoxid kann Sauerstoff-enthaltende funktionelle Gruppen, wie etwa Epoxid-, Hydroxyl- und Carboxylgruppen, einschließen.
Der Begriff ”Nanodiamant”, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf einen Diamanten oder ein Partikel davon mit einer Größe im Nanometerbereich, beispielsweise mit einer Größe (z. B. einer Querschnittsabmessung) von weniger als ungefähr 999 nm, weniger als ungefähr 900 nm, weniger als ungefähr 800 nm, weniger als ungefähr 700 nm, weniger als ungefähr 600 nm, weniger als ungefähr 500 nm, weniger als ungefähr 400 nm, weniger als ungefähr 300 nm, weniger als ungefähr 200 nm, weniger als ungefähr 100 nm oder weniger als ungefähr 50 nm. Der Nanodiamant ist in seiner Form, seiner Farbe, seiner Qualität, seiner Zusammensetzung, einer hieraus gebildeten chemischen Modifikation oder dergleichen nicht speziell begrenzt. Ferner kann der Nanodiamant Kohlenstoff als Hauptbestandteil enthalten, das beispielsweise mehr als ungefähr 50 Gew.-%, mehr als ungefähr 60 Gew.-%, mehr als ungefähr 70 Gew.-%, mehr als ungefähr 80 Gew.-%, mehr als ungefähr 90 Gew.-%, mehr als ungefähr 95 Gew.-% oder mehr als ungefähr 99 Gew.-% seines Gesamtgewichts ausmacht. Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Komposit bereit, das ein Graphenoxid und einen Nanodiamanten umfasst. Insbesondere kann der Nanodiamant an eine Oberfläche des Graphenoxids gebunden oder an ihr angebracht bzw. angelagert sein. Beispielsweise kann der Nanodiamant an die Oberfläche des Graphenoxids chemisch gebunden sein.
Der Begriff ”Bindung” (Bonding), wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf das Anbringen einer Substanz an einer anderen auf chemische oder physikalische Weise. Bevorzugt kann die zwischen dem Graphenoxid und dem Nanodiamanten gebildete Bindung eine chemisches Bindung einschließlich einer kovalenten Bindung oder einer ionischen Bindung sein, bevorzugt eine durch eine chemische Reaktion gebildete kovalente Bindung.
Das Graphenoxid und der Nanodiamant können mittels einer Linkergruppe chemisch gebunden werden. Die Linkergruppe kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Alkylen, Cycloalkylen, einer zweiwertigen aromatischen Ringgruppe, -CO-O, -S-, -O-, -CO-, -SO₂-, -N(R)-, wobei R ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe ist, und einer Kombination daraus besteht.
Der Begriff ”zweiwertige aromatische Ringgruppe” bezieht sich auf eine aromatische Gruppe mit der Wertigkeit von zwei chemischen Bindungen. Eine beispielhafte zweiwertige aromatische Ringgruppe kann in geeigneter Weise Phenyl, Naphthyl, Anthracenyl, das wahlweise in einer oder mehreren Ringpositionen durch Gruppen, wie etwa C_1-20-Alkyl, Halogen, Cyano, C_1-20-Alkoxy, Hydroxyl, Carbonyl und dergleichen substituiert werden kann, enthalten, ohne auf Substitutionsstellen begrenzt zu sein.
Bevorzugt können das Graphenoxid und der Nanodiamant durch CO-O- gebunden werden.
Bevorzugt kann eine Dicke des Graphenoxids geeigneterweise ungefähr 1 bis 2 nm betragen, und sein Durchmesser kann ungefähr 1 bis 3 μm betragen.
Bevorzugt kann der mittlere Durchmesser des Nanodiamanten geeigneterweise ungefähr 3 bis 10 nm betragen.
Bevorzugt kann eine Menge von ungefähr 50 bis 150 Gewichtsteilen des Nanodiamanten basierend auf 100 Gewichtsteilen des Graphenoxids chemisch an das Graphenoxid gebunden sein.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Komposits bereit, das Graphenoxid und einen Nanodiamanten umfasst. Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen: Herstellen eines Nanodiamanten; Anbringen einer funktionellen Gruppe an einer Oberfläche des Nanodiamanten durch Wärmebehandlung des Nanodiamanten; Dispergieren des Nanodiamanten, der die funktionelle Gruppe umfasst, in einem ersten Lösungsmittel, um eine Nandodiamant-Dispersion herzustellen; Dispergieren des Graphenoxids in einem zweiten Lösungsmittel, um eine Graphenoxidlösung herzustellen; Vermischen der Graphenoxid-Dispersion und der Nanodiamant-Dispersion; und Bilden einer Bindung zwischen dem Graphenoxid und dem Nanodiamanten.
Beim Herstellen des Nanodiamanten kann ein mittlerer Durchmesser des Nanodiamanten geeigneterweise ungefähr 3 bis 10 nm betragen.
Die funktionelle Gruppe kann in geeigneter Weise an der Oberfläche des Nanodiamanten angebracht werden, und zwar durch Wärmebehandlung des Nanodiamanten für ungefähr 1 bis 3 Stunden bei einer Temperatur von ungefähr 400°C bis 500°C.
Bevorzugt kann die funktionelle Gruppe, die an der Oberfläche des Nanodiamanten mittels Wärmebehandlung angebracht ist, -COOH sein.
Die Nanodiamant-Dispersion kann ferner einen Katalysator umfassen. Der Katalysator kann geeigneterweise ein Stickstoff-enthaltendes Material sein, wie etwa eines oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe, die aus N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) und 4-(Dimethylamino)-pyridin (DMAP) besteht.
Der Nanodiamant, der die funktionelle Gruppe umfasst, kann in geeigneter Weise in dem ersten Lösungsmittel dispergiert werden, und das erste Lösungsmittel kann in geeigneter Weise eines oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe sein, die aus einem Amid-basierten Lösungsmittel, einem Ether-basierten Lösungsmittel und einem halogenierten Lösungsmittel besteht.
Wenn das Graphenoxid in dem zweiten Lösungsmittel dispergiert ist, kann eine Hydroxylgruppe oder eine Alkylgruppe an der Oberfläche des Graphenoxids angebracht werden.
Bevorzugt kann eine Dicke des Graphenoxids ungefähr 1 bis 2 nm betragen, und sein Durchmesser kann ungefähr 1 bis 3 μm betragen.
Eine Menge von ungefähr 50 bis 150 Gewichtsteilen des Nanodiamanten basierend auf 100 Gewichtsteilen des Graphenoxids kann mit dem Graphenoxid vermischt werden, um zwischen ihnen eine Bindung zu bilden.
Die Bindung zwischen dem Graphenoxid und dem Nanodiamanten kann durch eine Veresterungsreaktion gebildet werden.
Noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Nanofluid bereit, das das Komposit umfasst, das Graphenoxid und einen Nanodiamanten, wie hierin beschrieben, und ein polares Fluid umfasst.
Der Begriff ”Nanofluid”, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf ein Fluid, das Partikel mit einer Größe im Nanometerbereich, wie etwa Nanodiamantpartikel, Graphenoxid oder das aus diesen beiden Partikeln gebildete Komposit enthalten kann. Das Nanofluid kann auch ein Fluid enthalten, insbesondere geeigneterweise ein flüssiges Fluid (Matrix).
Das polare Fluid kann geeigneterweise aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Wasser, Ethylen, Glycol, Propylenglycol oder einer Kombination daraus besteht.
Ferner wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das das Nanofluid, wie hierin beschrieben, umfassen kann.
Weitere Aspekte der Erfindung werden nachfolgend offenbart.
Das Graphenoxid-Nanodiamant-Komposit gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann als Nanomaterial verwendet werden, um ein Nanofluid herzustellen, das eine ausreichende Dispergierstabilität und Metallkorrosionsbeständigkeit aufweist und das eine wesentlich verbesserte thermische Leitfähigkeit aufweist.
Das Komposit gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine planare Struktur des Graphens in eine dreidimensionale Struktur umwandeln, um den Kontakt (bewirkt durch sterische Hinderung) zwischen Graphenebenen zu begrenzen, und somit können Nanodiamantpartikel an eine breite Oberfläche des Graphens gebunden werden, um die Widerstandsfähigkeit gegen Ausfällung in einem Fluid zu erhöhen und so stabil dispergiert zu werden.
Das Nanofluid gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine hohe thermische Leitfähigkeit bereitstellen, und somit kann es bei einem Fahrzeug und einem Thermomanagementsystem sowie bei diversen Geräten und Systemen angewendet werden, die ein Fluid mit einer ausgezeichneten thermischen Leitfähigkeit erfordern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es sollte davon ausgegangen werden, dass die beiliegenden Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale sind, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich beispielsweise spezifischer Abmessungen, Richtungen, Orten und Formen, werden teilweise durch die spezielle vorgesehene Anwendung und Nutzungsumgebung bestimmt. In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Erfindung in sämtlichen Figuren der Zeichnung.
1 stellt ein beispielhaftes Komposit eines Graphenoxids und eines Nanodiamanten gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
2 stellt ein beispielhaftes Herstellungsverfahren eines beispielhaften Komposits dar, das ein Graphenoxid und einen Nanodiamanten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
3 stellt das Ergebnis einer Infrarotspektroskopieanalyse (FT-IR) eines beispielhaften Nanodiamanten vor der Wärmebehandlung in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
4 stellt das Ergebnis einer Infrarotspektroskopieanalyse (FT-IR) eines beispielhaften Nanodiamanten nach der Wärmebehandlung in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
5 stellt das Ergebnis einer Infrarotspektroskopieanalyse (FT-IR) eines beispielhaften Komposits dar, das ein Graphenoxid und einen Nanodiamanten umfasst, der gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
6 stellt eine eine Rasterelektronenmikroskop-(SEM-)Aufnahme eines beispielhaften Komposits dar, das ein Graphenoxid und einen Nanodiamanten umfasst, der gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
7 stellt das Ergebnis eines Metallkorrosionstest für ein beispielhaftes Nanofluid in einem experimentellen Beispiel gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
8 stellt eine Aufnahme eines beispielhaften Nanofluids dar, das in einem experimentellen Beispiel gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
9 stellt das Ergebnis eines Metallkorrosionstests eines Nanofluids in einem Vergleichsbeispiel dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie die Verfahren zur Erzielung derselben werden aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die nachfolgend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen begrenzt, sondern kann in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt sein. Die folgenden beispielhaften Ausführungsformen werden bereitgestellt, um den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung vollständig zu erläutern und es Fachleuten zu ermöglichen, den Umfang der vorliegenden Erfindung genau zu verstehen, und die vorliegende Erfindung ist lediglich durch den Umfang der angehängten Ansprüche definiert. In der gesamten Beschreibung beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf die gleichen Bestandteile.
In einigen der beispielhaften Ausführungsformen wird eine detaillierte Beschreibung von gut bekannten Technologien weggelassen, um eine mehrdeutige Auslegung des Grundgedankens der vorliegenden Erfindung zu vermeiden. Wenn nicht anders angegeben, haben sämtliche hierin verwendete Begriffe (einschließlich technische und fachwissenschaftliche Begriffe) die gleiche Bedeutung, wie sie gemeinhin von einem Durchschnittsfachmann verstanden wird. Zudem versteht sich, dass in der gesamten Beschreibung, wenn nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, der Begriff ”umfassen” und Variationen, wie etwa ”umfasst” oder ”umfassend”, die Einbeziehung der angegebenen Elemente, jedoch nicht das Ausschließen anderer Elemente bedeuten sollen. Ferner sollen die Singularformen ”ein, eine, einer” und ”der, die das” ebenso die Pluralformen einschließen, wenn es der Zusammenhang nicht deutlich anders aufzeigt.
Wenn nicht spezifisch aufgeführt oder aus dem Kontext offensichtlich, ist der Begriff ”ungefähr”, wie er hierin verwendet wird, innerhalb eines Bereiches normaler Toleranz im Stand der Technik zu verstehen, beispielsweise innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwerts. ”Ungefähr” kann als innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes verstanden werden. Wenn nicht anderweitig aus dem Kontext ersichtlich, sind alle numerischen Werte, die hierin bereitgestellt werden, durch den Begriff ”ungefähr” modifiziert.
Es versteht sich, dass der Begriff ”Fahrzeug” oder ”fahrzeugmäßig” oder ein anderer ähnlicher Begriff, wie er hierin verwendet wird, Motorfahrzeuge im Allgemeinen, wie etwa Personenkraftwagen einschließlich geländegängiger Sportwagen (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl an Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen beinhaltet und Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeuge, mit Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere mit alternativen Kraftstoffen (z. B. Kraftstoffen, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) betriebene Fahrzeuge umfasst. Wie hierin bezeichnet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das über zwei oder mehr Energiequellen verfügt, beispielsweise sowohl benzingetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Wenn nicht anders angegeben, bezieht sich ”mittlerer Durchmesser” in der gesamten Beschreibung auf den längsten Durchmesser jedes Partikels in der Gruppe.
Wie hierin verwendet, wenn nicht anders angegeben, bezieht sich ”substituiert” auf eine Gruppe, die mit einer C1- bis C30-Alkylgruppe, einer C1- bis C10-Alkylsilylgruppe, einer C3- bis C30-Cycloalkylgruppe, einer C6- bis C30-Arylgruppe, einer C2- bis C30-Heteroarylgruppe, einer C1- bis C10-Alkoxygruppe, einer Fluorgruppe, einer C1- bis C10-Trifluoralkylgruppe, wie etwa einer Trifluormethylgruppe oder einer Cyanogruppe, substituiert ist.
Wie hierin verwendet, wenn nicht anders angegeben, beinhaltet ”Alkylgruppe” ”gesättigte Alkylgruppe”, die keine Alken- oder Alkingruppe aufweist, oder ”ungesättigte Alkylgruppe” mit zumindest einer Alken- oder Alkingruppe. Die ”Alkengruppe” bedeutet einen Substituenten mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen, die über zumindest eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung aneinander gebunden sind, und ”Alkingruppe” bedeutet einen Substituenten mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen, die über zumindest eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindung aneinander gebunden sind. Die Alkylgruppe kann verzweigt, linear oder cyclisch sein.
Die Alkylgruppe kann eine C1- bis C20-Alkylgruppe, insbesondere eine C1- bis C6-Niederalkylgruppe, eine C7- bis C10-Mittelalkylgruppe oder eine C11- bis C20-Höheralkylgruppe sein.
Beispielsweise bedeutet eine C1- bis C4-Alkylgruppe eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen in ihrer Alkylkette und wird aus der Gruppe, die aus Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, sec-Butyl und tert-Butyl besteht, ausgewählt.
Typische Alkylgruppen beinhalten Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, tert-Butyl, Pentyl, Hexyl, Ethenyl, Propenyl, Butenyl, Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl oder dergleichen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Graphenoxid-Nanodiamant-Komplex Graphenoxid und einen Nanodiamanten, der an der Oberfläche des Graphenoxids angebracht ist. Beispielsweise können das Graphenoxid und der Nanodiamant durch beispielsweise eine kovalente Bindung, eine ionische Bindung oder dergleichen chemisch gebunden werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Komposit bereitgestellt, das Graphenoxid und den Nanodiamant-Komplex beinhaltet, die chemisch gebundene Nanomaterialien sein können. Das Graphenoxid kann eine gute Dispergierbarkeit in einer polaren Lösung sowie eine hohe thermische Leitfähigkeit, jedoch eine geringe Korrosionsbeständigkeit aufweisen, und der Nanodiamant kann eine hohe Beständigkeit gegen Metallkorrosion und eine hohe thermische Leitfähigkeit, jedoch eine niedrige Dispergierbarkeit in einer polaren Lösung aufweisen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Komposit, das das Graphenoxid und den Nanodiamanten umfasst, als Nanomaterial verwendet werden, um ein Nanofluid herzustellen, das sowohl Dispergierstabilität als auch Beständigkeit gegen Metallkorrosion aufweist und eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist.
Im Allgemeinen kann ein Nanodiamant, wie er hierin verwendet wird, durch eine explosive Reaktion des Graphits gebildet werden und kann als feine Nanopartikel mit einer Größe von ungefähr [] bis ungefähr [] gebildet werden. Der Nanodiamant kann üblicherweise verschiedene funktionelle Gruppen auf seiner Oberfläche enthalten, im Gegensatz zu einem gewöhnlichen Diamanten.
Im Allgemeinen weist ein Nanodiamant keine vollständige SP³-Struktur auf und kann verschiedene funktionelle Gruppen enthalten. Insbesondere können sich funktionelle Gruppen abhängig von den Bedingungen einer explosiven Reaktion unterschiedlich gestalten. Beispielsweise kann die Oberfläche des Nanodiamanten eine funktionelle Gruppe, wie etwa Alkyl, Cycloalkyl, Alkenyl, -COOH, -SH, -OH, -COH und -SO₂H-N(R)H (R ist ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe), aufweisen. Jedoch kann für eine selektive chemische Reaktion eine funktionelle Gruppe unter den Oberflächenreaktionsgruppen modifiziert werden, so dass sie vorherrschend ist, und der Nanodiamant und das Graphenoxid können durch die funktionelle Gruppe und die chemische Reaktion mit der funktionellen Gruppe, die auf der Oberfläche des Graphenoxids gebildet ist, chemisch gebunden werden.
Insbesondere können das Graphenoxid und der Nanodiamant durch eine Alkylengruppe, eine Cycloalkylenguppe, eine zweiwertige aromatische Ringgruppe, -CO-O, -S-, -O-, -CO-, -SO₂-, -N(R)- (R ist ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe) und eine zweiwertige verbindende Gruppe, die ein Komplex davon ist, chemisch gebunden werden. Insbesondere können das Graphenoxid und der Nanodiamant durch -CO-O- chemisch gebunden werden.
1 stellt einen beispielhaften Graphenoxid-Nanodiamant-Komplex gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 1 gezeigt, kann eine chemische Verbindung mittels -CO-O- durch eine Veresterungsreaktion einer funktionellen –COOH-Gruppe, die auf eine Oberfläche eines Nanodiamanten eingeführt wurde, und einer funktionellen -OH-Gruppe, die auf die Oberfläche eines Graphenoxids eingeführt wurde, gebildet werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt, und das Binden kann durch verschiedene zweiwertige verbindende Gruppen erfolgen.
Da Graphenoxid (GO) eine planare Struktur aufweist, kann es ausreichend Raum für das Aufbringen des Nanodiamanten bereitstellen, der ein kreisförmiges Partikel sein kann. Das Graphenoxid kann in der Dickenrichtung eine Nanogröße aufweisen, während es eine ebene Fläche ist, die sich auf der Größe eines Mikrometerbereichs ausbreitet, und somit kann das Graphenoxid auf der Oberfläche mit mehreren Nanodiamanten reagieren. Mit anderen Worten, die zahlreichen Nanodiamanten können auf der Oberfläche mit dem Graphenoxid reagieren und können die Oberfläche des Graphenoxids bedecken. Wenn die Nanodiamanten an eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche des Graphenoxids gebunden sind, kann sich das vorhandene Metall nicht direkt an die Oberfläche des Graphenoxids binden, und der Nanodiamant kann in Kontakt mit der Oberfläche des Metalls treten. Infolgedessen kann das Problem der Metallkorrosion durch Graphenoxid gelöst werden. Überdies kann der Nanodiamant mit hoher thermischer Leitfähigkeit an das Graphenoxid angebracht oder an es gebunden werden, und somit kann eine Verringerung der thermischen Leitfähigkeit nicht auftreten, und eine Aggregation zwischen den Graphenoxiden kann sich aufgrund des Nanodiamanten, der an die Oberfläche des Graphenoxids gebunden ist, verringern.
Obwohl das Graphenoxid in dem polaren Lösungsmittel stark dispergiert sein kann, kann ein Kontakt zwischen den Graphenen hergestellt werden, um aufgrund des Nanodiamanten sterische Hinderung auftreten zu lassen, wodurch die Dispergierstabilität für einen langen Zeitraum erhöht werden kann.
Die Dicke des Graphenoxids kann ungefähr 1 bis 2 nm betragen, und ein Durchmesser des Graphenoxids kann ungefähr 1 bis 3 μm betragen. Gemäß der Dicke und des Durchmessers kann ausreichend Raum bereitgestellt werden, in dem die Nanodiamanten gebunden werden können.
Eine Menge von ungefähr 50 bis 150 Gewichtsteilen des Nanodiamanten basierend auf 100 Gewichtsteilen des Graphenoxids kann mit dem Graphenoxid chemisch gebunden werden. Mit anderen Worten, das Gewichtsverhältnis zwischen dem Nanodiamanten und dem Graphenoxid zur Bildung einer geeigneten Bindung kann ungefähr 0,5–1,5: 1 nach Gewicht aufweisen. Wenn die gebundene Menge an Nanodiamant weniger als die vorbestimmte Menge beträgt, beispielsweise weniger als ungefähr 50 Gewichtsteile basierend auf 100 Gewichtsteile des Graphenoxids, kann sich die Metallkorrosionsbeständigkeit verschlechtern. Im Gegensatz dazu kann sich, wenn die gebundene Menge an Nanodiamant größer als die vorbestimmte Menge ist, beispielsweise größer als ungefähr 150 Gewichtsteile basierend auf 100 Gewichtsteilen des Graphenoxids, kann sich die Dispergierstabilität verschlechtern.
2 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Graphenoxid-Nanodiamant-Komplexes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Somit kann ein Verfahren zur Herstellung des Graphenoxid-Nanodiamant-Komplexes auf unterschiedliche Art und Weise modifiziert werden.
Wie in 2 gezeigt ist kann das Verfahren zur Herstellung des Graphenoxid-Nanodiamants gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten: Herstellen eines Nanodiamanten in Schritt S10; Anbringen einer funktionellen Gruppe an einer Oberfläche des Nanodiamanten durch Wärmebehandlung in Schritt S20; Dispergieren des Nanodiamanten, der die funktionelle Gruppe in einem ersten Lösungsmittel in Schritt S30 umfasst, wodurch eine Nanodiamant-Dispersion gebildet wird; Dispergieren eines Graphenoxids in einem zweiten Lösungsmittel, wodurch in Schritt S40 eine Graphenoxid-Dispersion gebildet wird; Vermischen der Graphitoxidlösung mit der Nanodiamant-Dispersion; und Bilden einer Bindungsreaktion im Schritt S50.
Die jeweiligen Schritte werden im Einzelnen beschrieben.
Zunächst wird der Nanodiamant im Schritt S10 hergestellt. Da der Nanodiamant oben beschrieben wurde, wird eine erneute Beschreibung davon weggelassen.
Als Nächstes wird die funktionelle Gruppe auf die Oberfläche durch Wärmebehandlung des Nanodiamanten in Schritt S20 eingeführt. Für eine selektive chemische Reaktion kann zumindest eine funktionelle Gruppe unter den Oberflächenreaktionsgruppen, die in dem Nanodiamanten vorhanden ist, so modifiziert werden, dass sie vorherrschend ist. Wenn die Wärmebehandlung durch ein oben beschriebenes Verfahren durchgeführt wird, können instabile funktionelle Gruppen auf der Oberfläche des Nanodiamanten oxidiert werden und zu einer Carboxyl-(-COOH-)Gruppe verändert werden. Beispielsweise kann die Wärmebehandlung ungefähr 1 bis 3 Stunden lang bei einer Lufttemperatur von ungefähr 400°C bis 500°C durchgeführt werden.
Wenn die Temperatur bei der Wärmebehandlung unterhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, beispielsweise weniger als ungefähr 400°C beträgt, kann die funktionelle Gruppe nicht zufriedenstellend eingeführt werden, und wenn die Temperatur bei der Wärmebehandlung mehr als der vorbestimmte Bereich beträgt, beispielsweise mehr als ungefähr 500°C, kann der Nanodiamant carbonisiert werden. Wenn die Reaktionszeit unterhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, beispielsweise weniger als ungefähr 1 Stunde beträgt, kann die Reaktion nur unzureichend durchgeführt werden, und wenn die Reaktionszeit über dem vorbestimmten Bereich liegt, beispielsweise mehr als ungefähr 3 Stunden beträgt, kann der Nanodiamant carbonisiert werden.
Der wärmebehandelte Nanodiamant, der die vorherrschende funktionelle Gruppe enthält, kann im Schritt S30 in dem ersten Lösungsmittel dispergiert werden. In diesem Fall kann der Katalysator zu der Nanodiamant-Dispersion zugegeben werden, um eine Bindungsbildungsreaktion mit dem Graphenoxid zu begünstigen. Beispielsweise kann der Katalysator einer oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe, die aus N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) und 4-(Dimethylamin)-pyridin (DMAP) besteht, sein.
Wenn beispielsweise DCC als Katalysator verwendet wird, kann die funktionelle -COOH-Gruppe, die auf der Oberfläche des Nanodiamanten gebildet wird, gemäß der Reaktionsformel 1 aktiviert werden und kann mit dem Graphenoxid reagieren. Dementsprechend können der Nanodiamant und das Graphenoxid durch die -CO-O-Gruppe eine chemische Bindung bilden. [Reaktionsformel 1]
Das Lösungsmittel ist nicht begrenzt, solange es den Nanodiamanten in geeigneter Weise dispergiert, und es kann eines oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe sein, die aus einem Amid-basierten Lösungsmittel, einem Ether-basierten Lösungsmittel und einem halogenierten Lösungsmittel besteht. Bevorzugt kann das Amidlösungsmittel Dimethylformamid (DMF), Dimethylacetamid (DMAc) und N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) beinhalten. Das Ether-basierte Lösungsmittel kann geeigneterweise Tetrahydrofuran (THF) und Dioxan enthalten. Das halogenierte Lösungsmittel kann geeigneterweise Chloroform oder Methylenchlorid sein.
Die Graphenoxid-Dispersion, in der das Graphenoxid in dem zweiten Lösungsmittel dispergiert ist, wird im Schritt S40 hergestellt. Eine Beschreibung bezüglich des Graphenoxids ist die gleiche wie die oben erwähnte Beschreibung, daher kann eine erneute Beschreibung davon weggelassen werden. Eine Hydroxylgruppe oder eine Alkylgruppe kann an der Oberfläche des Graphenoxids in Schritt S40 angebracht werden.
Als Nächstes kann die Graphenoxid-Dispersion mit der Nanodiamant-Dispersion und dem Graphenoxid vermischt werden, und der Nanodiamant kann im Schritt S50 gebunden werden.
Bevorzugt kann eine Menge von ungefähr 50 bis 150 Gewichtsteilen des Nanodiamants basierend auf 100 Gewichtsteilen des Graphenoxids durch chemisches Binden, wie etwa kovalentes Binden, an das Graphenoxid gebunden werden. Wenn die gebundene Menge an Nanodiamant weniger als die vorbestimmte Menge beträgt, beispielsweise weniger als ungefähr 50 Gewichtsteile basierend auf 100 Gewichtsteilen des Graphenoxids, kann sich die Metallkorrosionsbeständigkeit verschlechtern. Im Gegensatz dazu kann sich, wenn die gebundene Menge an Nanodiamant mehr als die vorbestimmte Menge beträgt, beispielsweise mehr als ungefähr 150 Gewichtsteile basierend auf 100 Gewichtsteilen des Graphenoxids, die Dispergierstabilität verschlechtern.
Die Bindung kann durch eine Veresterungsreaktion gebildet werden, in der eine Esterbindung gemäß der Reaktionsformel 1 gebildet wird. Andere Reaktionen können zwischen den funktionellen Gruppen in dem Graphenoxid und dem Nanodiamanten auftreten.
Zudem kann gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Nanofluid die oben beschriebene Zusammensetzung, die das Graphenoxid und den Nanodiamanten umfasst, und das polare Fluid enthalten.
Da gegenüber dem Metall, durch das das Fluid fließt, Korrosionsbeständigkeit erzielt werden kann, kann entsprechend dem Nanofluid, das den Graphenoxid-Nanodiamant-Komplex enthält, die Aggregation zwischen den Nanopartikeln verhindert werden, und zwei Materialien mit hoher thermischer Leitfähigkeit werden aneinander gebunden, und das Problem der Verschlechterung der Eigenschaften kann gelöst werden.
Die polare Fluid kann in geeigneter Weise aus der Gruppe, die aus Wasser, Ethylenglycol, Propylenglycol und einer Kombination davon besteht, ausgewählt werden.
Das Nanofluid kann durch Vermischen und Dispergieren des Nanodiamanten und des polaren Fluids hergestellt werden.
BEISPIEL
Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispiele beschrieben. Diese Beispiele sollten jedoch keineswegs als Begrenzung des Umfangs der vorliegenden Erfindung ausgelegt werden.
Beispielhafte Ausführungsform: Herstellung des Graphenoxid-Nanodiamant-Komplexes
Es wurden 0,1 g Nanodiamant (Hersteller: HeYuan ZhongLian Nanotech Co. LTD) durch Pulverisierung mittels einer Strahlmühle hergestellt, bis ein mittlerer Durchmesser von ungefähr 20 nm erreicht war. Das Nanodiamantpulver wurde ungefähr 1 h lang bei einer Lufttemperatur von 500°C wärmebehandelt. 3 und 4 zeigen das Ergebnis einer Infrarotspektroskopieanalyse des Nanodiamanten vor bzw. nach der Wärmebehandlung. Wie in 4 gezeigt, wurde ein Spitzenwert von etwa 1764 cm^–1 beobachtet, und es kann bestätigt werden, dass eine funktionelle C=O-Gruppe des COOH gebildet wurde.
Der wärmebehandelte Nanodiamant wurde in 100 ml Tetrahydrofuran (THF) eingebracht und ungefähr 2 h lang mittels Ultraschallwellen dispergiert, 5 g N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) wurden in 50 ml Tetrahydrofuran-(THF-)Lösung verbracht, anschießend wurde die DCC-Lösung zugegeben und mit der Dispersionslösung des Nanodiamanten vermischt.
0,1 g Graphenoxid (mit einer Dicke von 1 nm und einem Durchmesser von 2 μm) wurden in die THF-Lösung gegeben und ungefähr 2 h lang mittels Ultraschallwellen dispergiert, der Nanodiamant wurde zu der komplexen DCC-Lösung zugegeben, und dann wurde die Veresterungs-Bindungsreaktion ungefähr 12 h lang durchgeführt.
Nach der Reaktion wurde das entstandene Sediment gefiltert, gewaschen und getrocknet, um den Graphenoxid-Nanodiamant-Komplex zu erhalten.
5 stellt die Ergebnisse der Infrarotspektroskopieanalyse des hergestellten Graphenoxid-Nanodiamant-Komplexes dar. Wie in 5 gezeigt, ist festzustellen, dass sich der C=O-Spitzenwert abschwächte und die chemische Bindung zwischen dem Graphenoxid und dem Nanodiamanten gebildet wurde.
6 stellt eine Rasterelektronenmikroskop-(SEM-)Aufnahme des hergestellten Graphenoxid-Nanodiamant-Komplexes dar. Wie in 6 gezeigt, kann festgestellt werden, dass die Nanodiamant-Partikel an das planare Graphen gebunden wurden.
Experimentelles Beispiel: Herstellung und Bewertung des Nanofluids 5 Gewichtsteilen des Graphenoxid-Nanodiamant-Komplexes, der gemäß der beispielhaften Ausführungsform hergestellt wurde, wurden 95 Gewichtsteile eines komplexen 1:1-Lösungsmittels aus Wasser und Ethylenglycol zugegeben und wurden zur Herstellung des Nanofluids mittels Ultraschallwellen dispergiert.
Um die Metallkorrosion des Nanofluids zu testen, wurden Aluminium, Gusseisen, Stahl, Messing, Lot und Kupfer als Proben hergestellt und wurden in das Nanofluid getaucht. 7 stellt eine Aufnahme der Metallproben nach dem Herausnehmen dar.
Tabelle 1 stellt die Korrosionszustände der Metallproben dar, die mit bloßem Auge zu erkennen waren.
8 zeigt eine Aufnahme nach dem Stehenlassen des hergestellten Nanofluids. Wie in 8 gezeigt ist, ist zu erkennen, dass die Dispergierbarkeit hervorragend war, obwohl das hergestellte Nanofluid für eine lange Zeitspanne stehen gelassen wurde.
Vergleichsbeispiel
Das Nanofluid wurde durch Zugeben von Graphenoxid zu 95 Gewichtsteilen eines komplexen 1:1-Lösungsmittels aus Wasser und Ethylenglycol und deren Dispergieren mittels Ultraschallwellen hergestellt.
Der gleiche Korrosionstest wie in dem oben beschriebenen experimentellen Beispiel wurde durchgeführt, und eine Aufnahme der herausgenommenen Metallproben wurde in 9 dargestellt.

Tabelle 1 stellt die Korrosionszustände der Metallproben dar, die mit dem bloßen Auge zu erkennen waren. Tabelle 1

	Aluminium	Gusseisen	Stahl	Messing	Lot	Kupfer
Experimentelles Beispiel	Keine Korrosion	Keine Korrosion	Keine Korrosion	Keine Korrosion	Keine Korrosion	Keine Korrosion
Vergleichsbeispiel	Starke Korrosion	Starke Korrosion	Starke Korrosion	Starke Korrosion	Starke Korrosion	Starke Korrosion

Wie in Tabelle 1 dargestellt, kann festgestellt werden, dass das Nanofluid einschließlich des Graphenoxid-Nanodiamant-Komplexes gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufwies.
Während die Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was gegenwärtig als praktische beispielhafte Ausführungsformen betrachtet werden, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und gleichwertige Ausgestaltungen abgedeckt werden soll, die in den Grundgedanken und Umfang der angehängten Ansprüche fallen. Daher sind die oben beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft und sollten in keinster Weise als beschränkend ausgelegt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2016-0013597 [0001]

Claims

Komposit, umfassend: ein Graphenoxid; und einen Nanodiamanten, der an die Oberfläche des Graphenoxids gebunden ist.
Komposit nach Anspruch 1, wobei das Graphenoxid und der Nanodiamant durch Linkergruppen chemisch gebunden sind, die ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus einem Alkylen, einem Cycloalkylen, einer zweiwertigen aromatischen Ringgruppe, -CO-O, -S-, -O-, -CO-, -SO₂-, -N(R)-, wobei R ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe ist, und einer Kombination davon besteht.
Komposit nach Anspruch 1, wobei das Graphenoxid und der Nanodiamant durch -CO-O- gebunden sind.
Komposit nach Anspruch 1, wobei die Dicke des Graphenoxids ungefähr 1 bis 2 nm beträgt und sein Durchmesser ungefähr 1 bis 3 μm beträgt.
Komposit nach Anspruch 1, wobei ein mittlerer Durchmesser des Nanodiamanen ungefähr 3 bis 10 nm beträgt.
Komposit nach Anspruch 1, wobei eine Menge von ungefähr 50 bis 150 Gewichtsteilen des Nanodiamananten basierend auf 100 Gewichtsteilen des Graphenoxids chemisch gebunden ist.
Verfahren zum Herstellen eines Komposits, umfassend ein Graphenoxid und einen Nanodiamanten, umfassend: Herstellen eines Nanodiamanten; Anbringen einer funktionellen Gruppe an einer Oberfläche des Nanodiamanten durch Wärmebehandeln des Nanodiamanten; Dispergieren des Nanodiamanten, umfassend die funktionelle Gruppe in einem ersten Lösungsmittel, um eine Nanodiamant-Dispersion herzustellen; Dispergieren eines Graphenoxids in einem zweiten Lösungsmittel, um eine Graphenoxid-Dispersion herzustellen; und Vermischen der Graphenoxid-Dispersion und der Nanodiamant-Dispersion; und Bilden einer Bindung zwischen dem Graphenoxid und dem Nanodiamanten.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der mittlere Durchmesser des Nanodiamanten ungefähr 3 bis 10 nm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die funktionelle Gruppe an die Oberfläche des Nanodiamanten durch Wärmebehandlung des Nanodiamanten für ungefähr 1 bis 3 h Stunden bei einer Temperatur von ungefähr 400°C bis 500°C angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die funktionelle Gruppe, die an die Oberfläche des Nanodiamanten angebracht ist, -COOH ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Nanodiamant-Dispersion ferner einen Katalysator umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Katalysator eines oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe ist, die aus N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) und 4-(Dimethylamino)-pyridin (DMAP) besteht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das erste Lösungsmittel eines oder mehrere aus der Gruppe bestehend aus einem Amid-basierten Lösungsmittel, einem Ether-basierten Lösungsmittel und einem halogenierten Lösungsmittel ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Hydroxylgruppe oder eine Alkylgruppe an die Oberfläche des Graphenoxids angebracht wird, wenn das Graphenoxid in dem zweiten Lösungsmittel dispergiert ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Dicke des Graphenoxids ungefähr 1 bis 2 nm beträgt und sein Durchmesser ungefähr 1 bis 3 μm beträgt, wenn das Graphenoxid in dem zweiten Lösungsmittel dispergiert ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Menge von ungefähr 50 bis 150 Gewichtsteilen des Nanodiamanten basierend auf 100 Gewichtsteilen des Graphenoxids mit dem Graphenoxid vermischt wird, um eine Bindung zwischen dem Graphenoxid und dem Nanodiamanten zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Bindung zwischen dem Graphenoxid und dem Nanodiamanten durch eine Veresterungsreaktion gebildet wird.
Nanofluid, umfassend einen Komplex des Anspruchs 1 und ein polares Fluid.
Nanofluid nach Anspruch 18, wobei das polare Fluid Wasser, Ethylenglycol, Propylenglycol oder eine Kombination davon ist.
Fahrzeug, umfassend ein Nanofluid gemäß Anspruch 18.