KR101591305B1 - Method for manufacturing nanofluids containing carbon nanotubes - Google Patents

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KR101591305B1
KR101591305B1 KR1020140112251A KR20140112251A KR101591305B1 KR 101591305 B1 KR101591305 B1 KR 101591305B1 KR 1020140112251 A KR1020140112251 A KR 1020140112251A KR 20140112251 A KR20140112251 A KR 20140112251A KR 101591305 B1 KR101591305 B1 KR 101591305B1
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장석필
이승현
최태종
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한국항공대학교산학협력단
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Abstract

Disclosed is a method for preparing a nanofluid comprising: a crushing step of crushing a carbon nanotube with a dispersant; and a homogenizing step of adding a solvent to the material obtained from the crushing step to be homogenized. Additionally, disclosed is the nanofluid including the carbon nanotube, the dispersant, and water, and having one or more characteristics mentioned below. i) A dispersion stability characterized by having less than 10% of a decrease rate of an extinction coefficient value over the lapse of time, compared to an initial value in the case that the nanofluid is placed at room temperature in the predetermined space for equal to or longer than 25 days. ii) A high-temperature stability characterized by having less than 10% of the decrease rate of the extinction coefficient value compared to an initial value in the case that the nanofluid is heated at 80°C for 12 hours. iii) An optical transmittance characterized by being equal to or less than 0.05 (pure water 1.0 basis) at wavelength of 200 to 1400nm measured by UV/Vis/NIR array spectrophotometer in the case that content of the carbon nanotube is present in a volume percentage of 0.003 based on the total volume of the nanofluid. iv) An optical transmittance characterized by being equal to or less than 0.02 (pure water 1.0 basis) of at wavelength of 200 to 1400nm measured by UV/Vis/NIR array spectrophotometer in the case that the content of the carbon nanotube is present in a volume percentage of 0.005 based on the total volume of the nanofluid. Thus, the nanofluid has an effect of being effectively utilized in a solar collector, especially in the direct absorption-type solar collector since the nanofluid herein is a working fluid for exchanging and storing heat and has the superior dispersion stability and a light absorbing capacity. Furthermore, the nanofluid has advantages of saving time and expense of preparing, and being prepared safely as the method for manufacturing nanofluid is simplified.

Description

탄소나노튜브 나노유체의 제조방법{Method for manufacturing nanofluids containing carbon nanotubes}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing nanofluids containing carbon nanotubes,

본 명세서에는 탄소나노튜브를 함유하는 나노유체 및 그의 제조방법이 개시된다. 또한 본 명세서에는 작동유체로서 탄소나노튜브 함유 나노유체를 포함하는 집열기가 개시된다. Disclosed herein are nanofluids containing carbon nanotubes and methods of making the same. Also disclosed herein is a collector comprising a carbon nanotube-containing nanofluid as a working fluid.

최근 많은 연구가 진행되어온 탄소 소재의 경우 비중이 금속에 비해 매우 낮고 열전도도가 높아 열교환기용 열전도 유체 조성물을 제조하였을 경우, 교환기용 열전도 유체 조성물의 열전도도, 열용량, 열전달 계수 등을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 나노 사이즈의 크기로 인하여 높은 표면적을 가지기 때문에 분산 안정성이 높아 열교환기용 열전도 유체 조성물을 제조하기에 적합하다. 탄소 재료 중에서도 특히, 탄소나노튜브가 많이 사용되고 있다. 그러나 탄소나노튜브는 강한 반데르발스 힘(Van der Waals force)에 의하여 매트릭스 내에서 다발로 응집되거나 충돌하는 경향이 있다. 탄소나노튜브가 매트릭스 내에서 응집되면 탄소나노튜브의 고유한 특성을 발휘할 수 없게 되거나 균일성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 점을 개선하기 위해 여러 방법들이 제시되었지만, 공정이 지나치게 복잡하고 위험한 문제가 있었고, 분산제 등의 사용으로 인해 광 흡수능이 현저히 떨어지는 문제점도 있었다.
The carbonaceous material, which has recently been undergoing much research, has a very low specific gravity and a high thermal conductivity, so that when a thermally conductive fluid composition for a heat exchanger is prepared, the thermal conductivity, heat capacity, and heat transfer coefficient of the thermally conductive fluid composition for the exchanger can be improved In addition, since it has a high surface area due to its nano-sized size, it has high dispersion stability and is suitable for producing a thermally conductive fluid composition for a heat exchanger. Of carbon materials, carbon nanotubes are in particular used. However, carbon nanotubes tend to agglomerate or collide into bundles within the matrix due to strong van der Waals forces. If the carbon nanotubes are aggregated in the matrix, the inherent characteristics of the carbon nanotubes may not be exhibited or the uniformity may be deteriorated. Although various methods have been proposed to improve this point, there have been problems in that the process is excessively complicated and dangerous, and the use of a dispersant or the like causes a remarkable decrease in light absorption ability.

대한민국 특허공개 제10-2012-0119487호Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0119487

일 측면에서, 본 발명의 목적은 열교환 및 열저장을 위한 작동유체를 제공하는 것이다. In one aspect, an object of the present invention is to provide a working fluid for heat exchange and heat storage.

일 측면에서, 본 발명의 목적은 태양열 집열기에 사용하는 작동유체를 제공하는 것이다. In one aspect, an object of the present invention is to provide a working fluid for use in a solar collector.

일 측면에서, 본 발명의 목적은 직접 흡수식 태양열 집열기에 사용하는 작동유체를 제공하는 것이다. In one aspect, an object of the present invention is to provide a working fluid for direct absorption type solar collectors.

일 측면에서, 본 발명의 목적은 우수한 분산안정성과 광 흡수능을 갖는 나노유체를 제공하는 것이다. In one aspect, an object of the present invention is to provide a nanofluid having excellent dispersion stability and light absorbing ability.

일 측면에서, 본 발명의 목적은 나노유체의 제조공정을 간소화시켜 시간 및 비용을 절감하는 것이다. In one aspect, an object of the present invention is to simplify the manufacturing process of nanofluids, thereby reducing time and cost.

일 측면에서, 본 발명의 목적은 안전한 나노유체 제조방법을 제공하는 것이다.
In one aspect, an object of the present invention is to provide a safe nanofluid manufacturing method.

일 측면에서 본 발명은 나노유체의 제조방법으로서, 상기 방법은 탄소나노튜브를 분산제와 함께 분쇄하는 분쇄단계; 및 상기 분쇄단계에서 얻어진 분쇄물에 용매를 가한 후 균질화하는 균질화 단계를 포함할 수 있다.In one aspect, the present invention provides a method of producing a nanofluid, comprising: a pulverizing step of pulverizing a carbon nanotube together with a dispersant; And a homogenizing step of adding a solvent to the pulverized product obtained in the pulverizing step and homogenizing the pulverized product.

일 측면에서 본 발명은 나노유체로서, 상기 나노유체는, 탄소나노튜브, 분산제 및 물을 포함하며, 하기 특성들 중 하나 이상을 갖는 나노유체일 수 있다: i) 상온에서 25일 이상 정치 시, 흡광계수(extinction coefficient) 값의 시간에 따른 저하율이 초기에 비해 10% 미만인 분산안정성; ii) 80℃에서 12시간 이상 가열 시, 흡광계수 값의 저하율이 초기에 비해 10% 미만인 고온안정성; iii) 탄소나노튜브의 함량이 나노유체 전체 부피를 기준으로 0.003부피%인 경우 UV/Vis/NIR 분광광도계로 측정시 200 내지 1400nm 파장에서 순수 1.0 기준으로 광학적 투과도가 0.05이하인 특성; 및 iv) 탄소나노튜브의 함량이 나노유체 전체 부피를 기준으로 0.005부피%인 경우 UV/Vis/NIR 분광광도계로 측정시 200 내지 1400nm 파장에서 순수 1.0 기준으로 광학적 투과도가 0.02이하인 특성.
In one aspect, the invention is a nanofluid, wherein the nanofluid is a nanofluid comprising carbon nanotubes, a dispersant, and water and having one or more of the following characteristics: i) A dispersion stability with a decrease rate of the extinction coefficient value with time being less than 10% compared with the initial value; ii) high temperature stability at a heating rate of not less than 12 hours at 80 占 폚, wherein the rate of decrease of the extinction coefficient value is less than 10% compared with the initial value; iii) when the content of carbon nanotubes is 0.003% by volume based on the total volume of the nanofluid, the optical transmittance is 0.05 or less based on pure water at a wavelength of 200 to 1400 nm when measured with a UV / Vis / NIR spectrophotometer; And iv) an optical transmittance of 0.02 or less based on pure water at a wavelength of 200 to 1400 nm when measured by a UV / Vis / NIR spectrophotometer when the content of carbon nanotubes is 0.005% by volume based on the total volume of the nanofluid.

일 측면에서, 본 발명은 열교환 및 열저장을 위한 작동유체로서 우수한 분산안정성과 광 흡수능을 갖는 나노유체를 제공할 수 있다. 이러한 나노유체는 태양열 집열기, 특히 직접 흡수식 태양열 집열기에 효과적으로 사용될 수 있다. In one aspect, the present invention can provide a nanofluid having excellent dispersion stability and light absorbing ability as a working fluid for heat exchange and heat storage. Such nanofluids can be used effectively in solar collectors, especially direct absorption solar collectors.

일 측면에서, 본 발명은 공정이 간소하여 시간 및 비용을 절감할 수 있고 안전한 나노유체 제조방법을 제공할 수 있다.
In one aspect, the present invention can simplify the process and save time and cost, and provide a safe nanofluid manufacturing method.

도 1a는 종래 방법인 비교예 1에 따라 제조된 나노유체를 상온에 방치한 후 분산안정성을 측정한 결과이다.
도 1b는 본 발명의 일실시예인 실시예 1에 따라 제조된 나노유체를 상온에 방치한 후 분산안정성을 측정한 결과이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 실시예 1에 따라 제조된 나노유체를 80℃의 고온에서 14시간 동안 중탕 가열한 후의 분산안정성을 관찰한 결과이다.
도 3a는 종래 방법인 비교예 1에 따라 제조된 나노유체의 광학적 투과도(Transmittance)를 UV/Vis/NIR 분광광도계를 이용하여 측정한 결과이고, 도 3b는 본 발명의 일실시예인 실시예 1에 따라 제조된 나노유체의 광학적 투과도(Transmittance)를 UV/Vis/NIR 분광광도계를 이용하여 측정한 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예인 실시예 1에 따라 제조된 나노유체와 비교예(비교예2)에 따라 제조된 나노유체의 광 흡수성능을 비교 평가한 결과이다. 광 흡수성능은 나노유체의 흡광계수 (extinction coefficient)값을 이용하여 평가하였으며, 제작 초기 나노유체의 흡광계수값 대비 시간에 따라 저하하는 흡광계수값의 비로서 표현하였다.
도 5a는 종래 방법인 비교예 1에 따라 제조된 나노유체의 SEM 촬영 이미지이고, 도 5b는 본 발명의 일실시예인 실시예 1에 따라 제조된 나노유체의 SEM 촬영 이미지이다.
FIG. 1A shows the results of measuring the dispersion stability after leaving the nanofluid prepared in Comparative Example 1, which is a conventional method, at room temperature.
FIG. 1B shows the result of measuring the dispersion stability after allowing the nanofluid prepared in Example 1 of the present invention to stand at room temperature.
FIG. 2 shows the result of observation of dispersion stability after heating the nanofluid prepared in Example 1 of the present invention at a high temperature of 80.degree. C. for 14 hours.
FIG. 3A shows the results of measurement of the optical transmittance of a nanofluid prepared according to Comparative Example 1, which is a conventional method, using a UV / Vis / NIR spectrophotometer. FIG. The optical transmittance of the fabricated nanofluid was measured using a UV / Vis / NIR spectrophotometer.
4 is a graph showing the results of comparative evaluation of the light absorption performance of a nanofluid prepared according to Example 1 of the present invention and a nanofluid prepared according to a comparative example (Comparative Example 2). The light absorption performance was evaluated by using the extinction coefficient of the nanofluid and expressed as the ratio of the extinction coefficient to the value of the extinction coefficient of the initial nanofluid, which decreases with time.
FIG. 5A is an SEM image of a nanofluid prepared according to Comparative Example 1, which is a conventional method, and FIG. 5B is an SEM image of a nanofluid manufactured according to Example 1 of the present invention.

일 측면에서 본 발명은 나노유체의 제조방법으로서, 상기 방법은 탄소나노튜브를 분산제와 함께 분쇄하는 분쇄단계; 및 상기 분쇄단계에서 얻어진 분쇄물에 용매를 가한 후 균질화하는 균질화 단계를 포함할 수 있다.In one aspect, the present invention provides a method of producing a nanofluid, comprising: a pulverizing step of pulverizing a carbon nanotube together with a dispersant; And a homogenizing step of adding a solvent to the pulverized product obtained in the pulverizing step and homogenizing the pulverized product.

일 측면에서 본 발명은 나노유체로서, 상기 나노유체는, 탄소나노튜브, 분산제 및 물을 포함하며, 하기 특성들 중 하나 이상을 갖는 나노유체일 수 있다: i) 상온에서 25일 이상 정치 시, 흡광계수(extinction coefficient) 값의 시간에 따른 저하율이 초기에 비해 10% 미만인 분산안정성; ii) 80℃에서 12시간 이상 가열 시, 흡광계수 값의 저하율이 초기에 비해 10% 미만인 고온안정성; iii) 탄소나노튜브의 함량이 나노유체 전체 부피를 기준으로 0.003부피%인 경우 UV/Vis/NIR 분광광도계로 측정시 200 내지 1400nm 파장에서 순수 1.0 기준으로 광학적 투과도가 0.05이하인 특성; 및 iv) 탄소나노튜브의 함량이 나노유체 전체 부피를 기준으로 0.005부피%인 경우 UV/Vis/NIR 분광광도계로 측정시 200 내지 1400nm 파장에서 순수 1.0 기준으로 광학적 투과도가 0.02이하인 특성.In one aspect, the invention is a nanofluid, wherein the nanofluid is a nanofluid comprising carbon nanotubes, a dispersant, and water and having one or more of the following characteristics: i) A dispersion stability with a decrease rate of the extinction coefficient value with time being less than 10% compared with the initial value; ii) high temperature stability at a heating rate of not less than 12 hours at 80 占 폚, wherein the rate of decrease of the extinction coefficient value is less than 10% compared with the initial value; iii) when the content of carbon nanotubes is 0.003% by volume based on the total volume of the nanofluid, the optical transmittance is 0.05 or less based on pure water at a wavelength of 200 to 1400 nm when measured with a UV / Vis / NIR spectrophotometer; And iv) an optical transmittance of 0.02 or less based on pure water at a wavelength of 200 to 1400 nm when measured by a UV / Vis / NIR spectrophotometer when the content of carbon nanotubes is 0.005% by volume based on the total volume of the nanofluid.

본 명세서에서 언급되는 "탄소나노튜브"라 함은, 단일벽 구조를 갖는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nano tube, SWCNT), 이중벽 구조를 갖는 이중벽 탄소나노튜브, 또는 다중벽 구조를 갖는 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nano tube, MWCNT) 및 다발형 탄소나노튜브, 및 이들의 조합으로부터 다양한 종류의 탄소나노튜브가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 탄소나노튜브는 화학 증착법, 아크 방전법, 플라즈마 토치법 및 이온 충격법등 당업계에 공지된 방법으로 제조될 수 있으며, 당업계에 공지된 통상의 방법으로 전처리 단계를 거칠 수 있으나, 전처리 단계를 거치지 않아도 무방하다. 예컨대, 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nano tube, MWCNT)일 수 있다. As used herein, the term "carbon nanotube" refers to a single-walled carbon nanotube (SWCNT) having a single wall structure, a double walled carbon nanotube having a double wall structure, Various types of carbon nanotubes can be used from, but are not limited to, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and multiple carbon nanotubes, and combinations thereof. The carbon nanotubes may be prepared by a method known in the art, such as chemical vapor deposition, arc discharge, plasma torch, or ion bombardment. The carbon nanotubes may be pre-treated by conventional methods known in the art, There is no need to go through the preprocessing step. For example, the carbon nanotube may be a multi-walled carbon nanotube (MWCNT).

상기 탄소나노튜브는 바람직하게는 외경이 1 내지 100 nm이고 길이가 0.5 내지 30 ㎛인 것을 사용할 수 있다. 상기 범위의 외경 및 길이를 갖는 탄소나노튜브의 경우 열전도도뿐만 아니라 분산 안정성이 우수하다. 상기 탄소나노튜브의 외경이 100 nm를 초과하거나 길이가 30 ㎛를 초과하는 경우 소나노튜브를 분산하는데 어려움이 있을 수 있으며, 탄소나노튜브의 길이가 0.5 ㎛ 미만인 경우 탄소나노튜브 사이의 접촉점이 많아 열교환 성능에 효과적이지 못할 수 있다.The carbon nanotubes preferably have an outer diameter of 1 to 100 nm and a length of 0.5 to 30 탆. Carbon nanotubes having an outer diameter and a length within the above ranges are excellent in thermal stability as well as thermal conductivity. When the outer diameter of the carbon nanotube is more than 100 nm or the length is more than 30 탆, it may be difficult to disperse the sonanotube. When the length of the carbon nanotube is less than 0.5 탆, Performance may not be effective.

본 명세서에서 언급되는 "분산제"라는 용어는 수용액 상태에서 탄소나노튜브를 분산시키는 분산제라면 제한없이 모두 사용가능하다. 예컨대, 소디움 도데실 벤젠설페이트(sodium dodecylbenzenesulfate, SDBS), 소디움 도데실설페이트(sodium dodecylsulfate, SDS), 소디움 클로레이트(sodium chlorate), 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드(cetyltrimethyl ammonium bromide, CTAB), TX-100, 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene), 올레일 에테르(oleyl ether), 폴리비닐피롤리돈(poly(vinylpyrrolidone), PVP), 아라비아 검(Gum arabic) 및 이들의 혼합물 중에 하나가 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 분산제는 소디움 도데실 벤젠설페이트(sodium dodecylbenzenesulfate, SDBS)일 수 있다. As used herein, the term "dispersant" is any dispersant that can disperse carbon nanotubes in an aqueous solution. For example, sodium dodecylbenzenesulfate (SDBS), sodium dodecylsulfate (SDS), sodium chlorate, cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB), TX-100, poly One of polyoxyethylene, oleyl ether, poly (vinylpyrrolidone), PVP, gum arabic, and mixtures thereof may be used. For example, the dispersing agent may be sodium dodecylbenzenesulfate (SDBS).

일실시예에서, 상기 분쇄단계는 연삭에 의해 분쇄를 수행하는 것일 수 있다. 다른 실시예에서, 연삭은 소량의 기본 유체와 함께 습식 연삭하는 것일 수 있다. 기본 유체의 양은 탄소나노튜브 및/또는 분산제의 양에 따라 적절히 조절될 수 있다. 예컨대, 소량의 기본 유체라 함은 20cc 이하의 물일 수 있다. 예컨대, 1 내지 20cc의 물일 수 있다. 기본 유체의 양은 20cc 이하, 19cc 이하, 18cc 이하, 17cc이하, 16cc 이하, 15cc 이하, 14cc 이하, 13cc 이하, 12cc 이하, 11cc 이하, 10cc 이하, 9cc 이하, 8cc 이하, 7cc 이하, 6cc 이하, 5cc 이하, 4cc 이하, 또는 3cc 이하일 수 있다. In one embodiment, the grinding step may be to perform grinding by grinding. In another embodiment, the grinding may be wet grinding with a small amount of the base fluid. The amount of the basic fluid can be appropriately adjusted depending on the amount of the carbon nanotube and / or the dispersant. For example, a small amount of basic fluid may be water of 20 cc or less. For example, it may be 1 to 20 cc of water. The amount of basic fluid is 20cc or less, 19cc or less, 18cc or less, 17cc or less, 16cc or less, 15cc or less, 14cc or less, 13cc or less, 12cc or less, 11cc or less, 10cc or less, 9cc or less, 8cc or less, 7cc or less, Or less, or 4cc or less, or 3cc or less.

일 실시예에서 상기 기본 유체는 탄소나노튜브와 분산제를 분쇄하기에 적합한 용매라면 제한없이 사용될 수 있다. 예컨대, 기본 유체는 물일 수 있다. In one embodiment, the base fluid can be used without limitation as long as it is a solvent suitable for crushing carbon nanotubes and a dispersant. For example, the base fluid may be water.

일 실시예에서 상기 습식 연삭은 연삭의 구체적인 방법에는 제한이 없다. 예컨대, 상기 연삭은 탄소나노튜브와 분산제를 막자사발에 넣고 막자로 연삭하는 것일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 습식 연삭은 탄소나노튜브, 분산제 및 기본 유체를 막자사발에 넣고 막자로 연삭하는 것일 수 있다.In one embodiment, the wet grinding is not limited to a specific method of grinding. For example, the grinding may be performed by putting the carbon nanotubes and the dispersant into a mortar and grinding them into a pestle. More specifically, the wet grinding can be performed by putting the carbon nanotubes, the dispersant, and the base fluid in a mortar and grinding them into a mortar.

일 실시예에서, 분쇄는 1 내지 30분 동안 수행될 수 있다. 예컨대, 분쇄는 30분 이하, 25분 이하, 20분 이하, 15분 이하, 또는 10분 이하동안 수행될 수 있다. 한편, 다른 실시예에서는 분쇄는 1분 이상, 3분 이상, 5분 이상, 7분 이상, 9분 이상, 또는 11분 이상동안 수행될 수 있다. 예컨대, 상기 분쇄는 5 내지 15분간 수행될 수 있다. 이 과정을 거치면서 탄소나노튜브는 파쇄가 일어나 미처리한 탄소나노튜브에 비해 현저히 분산되기 용이한 크기가 될 수 있다. 또한 소수성인 탄소나노튜브 표면을 친수성 분산제로 코팅을 하게 되고, 이에 따라 탄소나노튜브 간에 발생하는 반데르 발스 인력을 줄여 주어 증류수에 더욱 잘 분산될 수 있도록 할 수 있다. In one embodiment, milling can be performed for 1 to 30 minutes. For example, milling can be performed for 30 minutes or less, 25 minutes or less, 20 minutes or less, 15 minutes or less, or 10 minutes or less. On the other hand, in another embodiment, the pulverization can be performed for at least 1 minute, at least 3 minutes, at least 5 minutes, at least 7 minutes, at least 9 minutes, or at least 11 minutes. For example, the milling may be carried out for 5 to 15 minutes. Through this process, the carbon nanotubes can be broken down and easily dispersed compared to the untreated carbon nanotubes. In addition, the surface of the hydrophobic carbon nanotubes is coated with a hydrophilic dispersing agent, thereby reducing the van der Waals attractive force generated between the carbon nanotubes, thereby making it possible to disperse the carbon nanotubes more effectively in the distilled water.

일 실시예에서, 상기 균질화 단계는 기계적 교반 및 초음파 처리 중 하나 이상을 수행하는 것일 수 있다. 예컨대, 상기 균질화 단계는 초음파 처리를 하면서 동시에 기계적 교반을 수행하는 것일 수 있다. 기계적 교반 및 초음파 처리는 당업계에 알려진 장치를 이용하여 종래의 방법에 따라 수행될 수 있다. 예컨대, 탄소나노튜브와 분산제의 혼합액을 증류수와 혼합하고 초음파 수조와 기계적 교반기로 동시에 균질화할 수 있다. In one embodiment, the homogenization step may be one or more of mechanical agitation and sonication. For example, the homogenization step may be performed while performing ultrasonic treatment and mechanical stirring. Mechanical stirring and sonication can be carried out according to conventional methods using equipment known in the art. For example, a mixed solution of a carbon nanotube and a dispersant may be mixed with distilled water, and homogenized by an ultrasonic water bath and a mechanical stirrer at the same time.

일 실시예에서 기계적 교반은 100 내지 500rpm으로 수행할 수 있다. 기계적 교반은 500rpm 이하, 450rpm 이하, 400rpm 이하, 350rpm 이하, 300rpm 이하, 250rpm 이하, 200rpm 이하, 또는 150rpm 이하로 수행될 수 있다. 다른 실시예에서 상기 교반은 100rpm 이상, 150rpm 이상, 200rpm 이상, 250rpm 이상, 300rpm 이상, 350rpm 이상, 또는 400rpm 이상으로 수행할 수 있다. In one embodiment, mechanical agitation may be performed at 100 to 500 rpm. The mechanical stirring may be performed at 500 rpm or less, 450 rpm or less, 400 rpm or less, 350 rpm or less, 300 rpm or less, 250 rpm or less, 200 rpm or 150 rpm or less. In another embodiment, the agitation may be performed at 100 rpm or more, 150 rpm or more, 200 rpm or more, 250 rpm or more, 300 rpm or more, 350 rpm or more, or 400 rpm or more.

일 실시예에서 상기 초음파 처리는 20 내지 40kHz의 진동수로 처리할 수 있다. 일 실시예에서 초음파 처리는 40kHz 이하, 38kHz 이하, 36kHz 이하, 34kHz 이하, 32kHz 이하, 30kHz 이하, 28kHz 이하, 또는 26kHz 이하의 진동수로 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 초음파 처리는 20kHz 이상, 22kHz 이상, 24kHz 이상, 26kHz 이상, 28kHz 이상, 30kHz 이상, 32kHz 이상, 또는 34kHz 이상의 진동수로 수행될 수 있다. In one embodiment, the ultrasonic treatment can be performed at a frequency of 20 to 40 kHz. In one embodiment, the ultrasound treatment may be performed at a frequency of 40 kHz or less, 38 kHz or less, 36 kHz or less, 34 kHz or less, 32 kHz or less, 30 kHz or less, 28 kHz or less, or 26 kHz or less. In another embodiment, the ultrasonic treatment may be performed at a frequency of 20 kHz or higher, 22 kHz or higher, 24 kHz or higher, 26 kHz or higher, 28 kHz or higher, 30 kHz or higher, 32 kHz or higher or 34 kHz or higher.

상기 초음파 처리 및 기계적 교반은 1 내지 2시간동안 수행할 수 있다. The ultrasonic treatment and mechanical stirring may be performed for 1 to 2 hours.

일 실시예에서, 상기 균질화 단계의 용매, 즉 나노유체의 용매는, 당업계에 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 물, 에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 다른 측면에서, 상기 용매는 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤, 암모니아, 프레온계 냉매, 비프레온계 냉매, 부동액, 오일을 비롯하여 비등이 가능하여 비등열전달에 사용될 수 있는 모든 용매일 수 있다. In one embodiment, the solvent of the homogenization step, that is, the solvent of the nanofluid, may be any of those known in the art, but it is preferably water, ethylene glycol, and polyethylene glycol, or a mixture thereof Can be used. In another aspect, the solvent can be boiling, including water, ethanol, methanol, acetone, ammonia, freon refrigerant, non-refrigerant refrigerant, antifreeze, oil, and any solvent that can be used for boiling heat transfer.

다른 일실시예에서 상기 용매는, 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올, 프로필 알콜, 부탄올 등의 알코올류; 아세톤, 메틸에틸 케톤, 에틸 이소부틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤 등의 케톤류; 에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜 메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노-n-프로필에테르 프로필에테르 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜 메틸에테르, 프로필렌글리콜 에틸에테르, 프로필렌글리콜 부틸에테르, 프로필렌글리콜 프로필에테르 등의 글리콜류; 디메틸포름아미드, 디메틸아세토아미드 등의 아미드류; N-메틸피롤리돈, N-에틸피롤리돈 등의 피롤리돈류; 디메틸술폭시드, γ-부티로락톤, 락트산메틸, 락트산에틸, β-메톡시이소부티르산메틸, α-히드록시이소부티르산메틸 등의 히드록시에스테르류 등; 아닐린, N-메틸아닐린 등의 아닐린류, 헥산, 테르피네올, 클로로포름, 톨루엔, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등이 바람하게 사용될 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.In another embodiment, the solvent includes water, alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, propyl alcohol and butanol; Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, ethyl isobutyl ketone and methyl isobutyl ketone; Glycols such as ethylene glycol, ethylene glycol methyl ether, ethylene glycol mono-n-propyl ether propyl ether propylene glycol, propylene glycol methyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol butyl ether and propylene glycol propyl ether; Amides such as dimethylformamide and dimethylacetoamide; Pyrrolidones such as N-methyl pyrrolidone and N-ethyl pyrrolidone; Hydroxy esters such as dimethyl sulfoxide,? -Butyrolactone, methyl lactate, ethyl lactate, methyl? -Methoxyisobutyrate and? -Hydroxyisobutyrate; Propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and the like can be used as the aniline, such as aniline, N-methyl aniline and the like, hexane, terpineol, chloroform, toluene, , But are not limited thereto.

예컨대, 상기 용매는 물일 수 있다. 예컨대, 상기 용매는 증류수일 수 있다. For example, the solvent may be water. For example, the solvent may be distilled water.

일 실시예에서 본 발명의 나노유체는 전체 나노유체 조성물 전체 중량을 기준으로 분산제 0.001 내지 10 중량%일 수 있다. In one embodiment, the nanofluid of the present invention can be 0.001 to 10 wt% of the dispersant based on the total weight of the total nanofluid composition.

한편, 탄소나노튜브는 전체 나노유체 조성물 전체 중량을 기준으로 0.000001 내지 5 부피%일 수 있다. 예컨대, 탄소나노튜브는 나노유체 조성물 전체 중량을 기준으로 0.000001부피% 이상, 0.00001부피% 이상, 0.0001 부피% 이상, 0.001 부피% 이상, 0.002부피% 이상, 0.003부피% 이상, 0.004부피% 이상, 또는 0.005부피% 이상일 수 있다. 또한, 예컨대, 탄소나노튜브는 나노유체 조성물 전체 중량을 기준으로 5부피% 이하, 4부피% 이하, 3 부피% 이하, 2 부피% 이하, 1부피% 이하, 0.1부피% 이하, 또는 0.01부피% 이하일 수 있다.On the other hand, the carbon nanotubes may be 0.000001 to 5% by volume based on the total weight of the entire nanofluid composition. For example, the carbon nanotubes may be present in an amount of 0.000001% by volume, 0.00001% by volume, 0.0001% by volume, 0.001% by volume, 0.002% by volume, 0.003% by volume, 0.004% by volume or more based on the total weight of the nanofluid composition, 0.005% by volume or more. For example, the carbon nanotubes may be present in an amount of up to 5 vol%, up to 4 vol%, up to 3 vol%, up to 2 vol%, up to 1 vol%, up to 0.1 vol%, or up to 0.01 vol% ≪ / RTI >

용매는 전체 나노유체 조성물 전체 부피를 기준으로 85 내지 99.989 부피%일 수 있다. The solvent may be 85 to 99.989% by volume based on the total volume of the total nanofluid composition.

일 실시예에서, 탄소나노튜브와 분산제의 혼합중량비는 1:0.001 내지 1:10일 수 있다.In one embodiment, the mixing weight ratio of the carbon nanotubes to the dispersant may be 1: 0.001 to 1:10.

CNT:분산제:용매를 중량비로 나타내면, 1 : 1-20 : 1-10000일 수 있다. When CNT: dispersant: solvent is expressed by weight, it may be 1: 1-20: 1-10000.

일 실시예에서, 나노유체는 바인더 또는 기타의 유기 첨가제를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the nanofluid may further comprise a binder or other organic additive.

일 실시예에서 상기 나노유체는 열교환을 위한 열전달 작동유체일 수 있다. 예컨대, 직접 흡수식 태양열 집열기의 작동유체 일 수 있다. 직접 흡수식 태양열 집열기란 기존 태양열 집열기와 달리 태양열에너지를 열교환을 위한 작동유체에 바로 흡수하는 방식으로 집열을 하는 집열기를 의미한다. 이와 같은 직접 흡수식 태양열 집열기는 기존 금속 집열판을 이용한 방법에 비해 열손실이 적고 기계적으로 집열 시스템을 간략히 할 수 있는 장점이 있다. 직접 흡수식 집열기에는 태양열 온수 급탕용 집열부 뿐만 아니라 전기발전을 위한 고집광 집열부 시스템도 포함한다. In one embodiment, the nanofluid may be a heat transfer working fluid for heat exchange. For example, it may be a working fluid of a direct absorption type solar collector. Direct absorptive solar collectors are collectors that collect solar heat by absorbing solar energy directly into the working fluid for heat exchange, unlike conventional solar collectors. The direct absorption type solar collector has a merit that it has less heat loss than the conventional method using the heat collecting plate and can mechanically collect the heat collecting system. Direct absorption type solar collectors include not only solar collectors for hot water hot water but also concentrated solar collectors for electric power generation.

본 명세서에서 "흡광계수(extinction coefficient)"란 람베르트-베르의 법칙(Lambert-Beer law)에 의해 계산된 값을 의미한다. 예컨대, 광원으로써 He-Ne laser (λ=632.8nm), 샘플 나노유체, 계측을 위한 포토다이오드(Photodiode) 와 파워미터(Powermeter)로 구성된 흡광계수 측정 장치를 이용하여 측정된 값들을 하기 식에 대입하여 계산된 흡광계수일 수 있다:In the present specification, the term "extinction coefficient" means a value calculated by the Lambert-Beer law. For example, the values measured using an extinction coefficient measuring apparatus composed of a He-Ne laser ( ? = 632.8 nm), a sample nanofluid as a light source, a photodiode and a power meter for measurement are substituted into the following equations Lt; RTI ID = 0.0 >

(식 1)(Equation 1)

Figure 112014081671956-pat00001
Figure 112014081671956-pat00001

상기 식에서, I, I 0, l, λ, σ 는 각각 투과된 빛의 강도, 입사된 빛의 강도, 경로 길이(path length), 파장 (wavelength), 흡광계수(extinction coefficient)이다.I, I 0 , l , λ and σ are the transmitted light intensity, the incident light intensity, the path length, the wavelength, and the extinction coefficient, respectively.

본 명세서에서 "흡광계수(extinction coefficient) 값의 시간에 따른 저하율"은 시간에 따른 흡광계수의 변화율을 의미한다. 예컨대, 광 흡수능력 감소량(Performance degradation ratio, ε)으로서, 하기 식 2와 같이 시간에 따라 변화하는 흡광계수값을 초기 흡광계수값을 나눠줌으로써 얻는 값일 수 있다.In the present specification, the "rate of decrease of extinction coefficient value with time" means a rate of change of extinction coefficient with time. For example, the performance degradation ratio ( ε ) may be a value obtained by dividing an initial extinction coefficient value by an extinction coefficient value that changes with time as shown in the following Equation (2).

(식 2)(Equation 2)

Figure 112014081671956-pat00002
Figure 112014081671956-pat00002

일 실시예에서 상기 나노유체는 상온에서 25일 이상 정치 시, 흡광계수(extinction coefficient) 값의 시간에 따른 저하율이 초기에 비해 10% 미만인 분산안정성을 갖는 것일 수 있다. 예컨대, 상기 나노유체는 상온에서 25일 이상, 26일 이상, 27일 이상, 28일 이상, 29일 이상, 30일 이상 또는 31일 이상 정치 시 흡광계수(extinction coefficient) 값의 시간에 따른 저하율이 초기에 비해 10% 미만인 분산안정성을 갖는 것일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 나노유체는 상온에서 1달 이상, 2달 이상, 3달 이상, 4달 이상, 5달 이상, 6달 이상 또는 7달 이상 정치 시 흡광계수(extinction coefficient) 값의 시간에 따른 저하율이 초기에 비해 10% 미만인 분산안정성을 갖는 것일 수 있다. 상기 분산안정성은 흡광계수(extinction coefficient) 값의 시간에 따른 저하율이 초기에 비해 50% 미만, 40% 미만, 30% 미만, 20% 미만, 10% 미만, 9중량% 미만, 8중량% 미만, 7중량% 미만, 6중량% 미만, 5중량% 미만, 4중량% 미만, 3중량% 미만, 2중량% 미만, 1중량% 미만, 0.5중량% 미만, 0.4중량% 미만, 0.3중량% 미만, 0.2중량% 미만, 0.1중량% 미만, 0.05중량% 미만, 0.01중량% 미만, 0.005중량% 미만, 또는 0.001중량% 미만인 분산안정성일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 나노유체는, 80℃에서 12시간 이상 가열 시, 광 흡수성능 변화 10% 미만이 침전되는 고온안정성을 갖는 것일 수 있다. 일실시예에서 상기 나노유체는 80℃에서 12시간 이상, 13시간 이상, 14시간 이상, 15시간 이상, 16시간 이상, 17시간 이상, 18시간 이상, 19시간 이상, 20시간 이상, 21시간 이상, 22시간 이상, 23시간 이상, 24시간 이상, 2일 이상, 3일 이상, 4일 이상 또는 5일 이상 가열 시 흡광계수 값의 저하율이 초기에 비해 10% 미만인 고온안정성을 갖는 것일 수 있다. 일 실시예에서 상기 고온안정성은 80℃에서 ii) 80℃에서 12시간 이상 가열 시, 흡광계수 값의 저하율이 초기에 비해 50% 미만, 40% 미만, 30% 미만, 20% 미만, 10% 미만, 9중량% 미만, 8중량% 미만, 7중량% 미만, 6중량% 미만, 5중량% 미만, 4중량% 미만, 3중량% 미만, 2중량% 미만, 1중량% 미만, 0.5중량% 미만, 0.4중량% 미만, 0.3중량% 미만, 0.2중량% 미만, 0.1중량% 미만, 0.05중량% 미만, 0.01중량% 미만, 0.005중량% 미만, 또는 0.001중량% 미만인 안정성일 수 있다. In one embodiment, the nanofluid may have a dispersion stability with an elapsed time-dependent decrease rate of the extinction coefficient value of less than 10% compared with the initial value at a temperature of 25 days or more at room temperature. For example, the nanofluid exhibits a rate of decrease in extinction coefficient over time at a temperature of 25 days or more, 26 days, 27 days, 28 days, 29 days, 30 days, or 31 days And may have a dispersion stability of less than 10% relative to the initial. In another embodiment, the nanofluid is at a temperature of extinction coefficient at a temperature of at least 1 month, at least 2 months, at least 3 months, at least 4 months, at least 5 months, at least 6 months, or at least 7 months May have a dispersion stability of less than 10% as compared with the initial. The dispersion stability is such that the degradation rate of the extinction coefficient value over time is less than 50%, less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10%, less than 9%, less than 8% Less than 7 wt%, less than 6 wt%, less than 5 wt%, less than 4 wt%, less than 3 wt%, less than 2 wt%, less than 1 wt%, less than 0.5 wt%, less than 0.4 wt% Less than 0.2% by weight, less than 0.1% by weight, less than 0.05% by weight, less than 0.01% by weight, less than 0.005% by weight, or less than 0.001% by weight. In another embodiment, the nanofluid may have high temperature stability such that less than 10% of the change in light absorption performance is precipitated upon heating at 80 DEG C for 12 hours or more. In one embodiment, the nanofluid has a pH of at least 12 hours, at least 13 hours, at least 14 hours, at least 15 hours, at least 16 hours, at least 17 hours, at least 18 hours, at least 19 hours, at least 20 hours, at least 21 hours , The lowering rate of the extinction coefficient value is less than 10% when heated for more than 22 hours, more than 23 hours, more than 24 hours, more than 2 days, more than 3 days, more than 4 days or more than 5 days. In one embodiment, the high temperature stability is such that upon heating at 80 DEG C for at least 12 hours at 80 DEG C, the rate of decrease of the extinction coefficient value is less than 50%, less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10% Less than 9 wt%, less than 8 wt%, less than 7 wt%, less than 6 wt%, less than 5 wt%, less than 4 wt%, less than 3 wt%, less than 2 wt% , Less than 0.4 wt%, less than 0.3 wt%, less than 0.2 wt%, less than 0.1 wt%, less than 0.05 wt%, less than 0.01 wt%, less than 0.005 wt%, or less than 0.001 wt%.

일 실시예에서 상기 나노유체는, 광 흡수성능이 우수한 것일 수 있다. 예컨대, 탄소나노튜브의 함량이 나노유체 전체 부피를 기준으로 0.003부피%인 경우 UV/Vis/NIR 분광광도계로 측정시 200 내지 1400nm 파장에서 순수 1.0 기준으로 광학적 투과도가 0.05이하인 특성 및/또는 탄소나노튜브의 함량이 나노유체 전체 부피를 기준으로 0.005부피%인 경우 UV/Vis/NIR 분광광도계로 측정시 200 내지 1400nm 파장에서 순수 1.0 기준으로 광학적 투과도가 0.02이하인 특성을 갖는 것일 수 있다. 예컨대, 상기 나노유체는, 탄소나노튜브의 함량이 나노유체 전체 부피를 기준으로 0.003부피%인 경우 UV/Vis/NIR 분광광도계로 측정시 200 내지 1400nm 파장에 걸쳐서 순수 1.0 기준으로 광학적 투과도가 0.05이하, 0.045이하, 0.04이하, 0.035이하, 또는 0.03이하일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 나노유체는, 탄소나노튜브의 함량이 나노유체 전체 부피를 기준으로 0.005부피%인 경우 UV/Vis/NIR 분광광도계로 측정시 200 내지 1400nm 파장에 걸쳐서 순수 1.0 기준으로 광학적 투과도가 0.02이하, 0.018이하, 0.016이하, 0.014이하, 또는 0.012이하일 수 있다. In one embodiment, the nanofluid may be one having excellent light absorption performance. For example, when the content of carbon nanotubes is 0.003% by volume based on the total volume of the nanofluid, the optical transmittance is 0.05 or less based on pure water at a wavelength of 200 to 1400 nm when measured with a UV / Vis / NIR spectrophotometer, and / When the content of the tube is 0.005% by volume based on the total volume of the nanofluid, the optical transmittance may be 0.02 or less based on pure water at a wavelength of 200 to 1400 nm when measured with a UV / Vis / NIR spectrophotometer. For example, when the content of the carbon nanotubes is 0.003% by volume based on the total volume of the nanofluid, the nanofluid has an optical transmittance of 0.05 or less based on pure water over a wavelength of 200 to 1400 nm when measured with a UV / Vis / NIR spectrophotometer 0.045 or less, 0.04 or less, 0.035 or less, or 0.03 or less. In another embodiment, the nanofluid is an optical fiber having a carbon nanotube content of 0.005% by volume based on the total volume of the nanofluid, and having a ratio of carbon nanotubes of 0.005% by volume based on the total volume of the nanofluid to a wavelength of 200 to 1400 nm measured by a UV / Vis / NIR spectrophotometer The transmittance may be 0.02 or less, 0.018 or less, 0.016 or less, 0.014 or less, or 0.012 or less.

이하에서는 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하나, 이는 본 발명의 권리범위를 제한하고자 하는 것이 아니고 본 발명의 권리범위는 아래 청구범위의 기재에 의해 정해지는 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not intended to limit the scope of the present invention, and the scope of the present invention is defined by the following claims.

실시예 1: 나노유체의 제조Example 1: Preparation of nanofluids

다중벽 탄소나노튜브[다중벽 탄소나노튜브(Ctube 120); CNT Co., Ltd. , 대한민국]를 소디움 도데실 벤젠설페이트(sodium dodecylbenzenesulfate, SDBS)분산제[sodium dodecylbenzenesulfate; Sigma-Aldrich, U.K]와 1:20의 중량비로 막자사발에 넣어 혼합한 후 여기에 물 10cc를 첨가하였다. 그런 다음 막자로 10분 동안 습식 연삭하였다. 그런 다음 습식 연삭된 혼합액을 증류수와 혼합하여 탄소나노튜브의 농도를 각각 0.0005부피%, 0.0002부피%, 0.001부피%, 0.002부피%, 0.003부피%, 0.004부피% 및 0.005부피%가 되도록 한 후, 300rpm으로 교반하면서 40kHz의 초음파를 1시간동안 처리하여 나노유체를 제조하였다.
Multi-Walled Carbon Nanotubes [Multi-walled carbon nanotubes (C- tube 120); CNT Co., Ltd. , Korea] was mixed with sodium dodecylbenzenesulfate (SDBS) dispersant [sodium dodecylbenzenesulfate; Sigma-Aldrich, UK] in a weight ratio of 1:20, and then 10 cc of water was added thereto. It was then wet-ground for 10 minutes in a mortar. Then, the wet-ground mixture was mixed with distilled water to adjust the concentrations of the carbon nanotubes to 0.0005%, 0.0002%, 0.001%, 0.002%, 0.003%, 0.004% and 0.005% by volume, respectively, The nanofluid was prepared by treating ultrasonic waves of 40 kHz for 1 hour while stirring at 300 rpm.

비교예 1: 종래의 나노유체의 제조Comparative Example 1: Preparation of Conventional Nanofluid

탄소나노튜브를 텀블링볼밀과 모노 플레너밀로 48시간 동안 밀링하여 분쇄하고, M-클로로퍼벤조익엑시드에 분쇄된 탄소나노튜브를 침지하여 표면처리하고, 침지된 탄소나노튜브를 분리하여 60℃의 온도로 건조하고, 건조된 탄소나노튜브를 500℃의 온도로 가열하여 열처리하고, 열처리 된 탄소 나노입자를 5 중량부를 탄산수소 나트륨 0.05mol을 정제수 200ml에 혼합한 수용액 95 중량부와 혼합하고, 진동수가 20kHz이며, 진폭이 48.8 마이크로미터인 초음파를 1시간 동안 조사하여 금속처리된 탄소 나노입자가 함유된 나노유체를 제조하였다.
The carbon nanotubes were milled for 48 hours by a tumbling ball mill and a mono-planer mill, and the ground carbon nanotubes were immersed in M-chloroperbenzoic acid to be subjected to a surface treatment. The immersed carbon nanotubes were separated, , And the dried carbon nanotubes were heated to a temperature of 500 DEG C and heat-treated. 5 parts by weight of the heat-treated carbon nanoparticles were mixed with 95 parts by weight of an aqueous solution obtained by mixing 0.05 mol of sodium hydrogencarbonate with 200 mL of purified water, 20 kHz and an amplitude of 48.8 micrometer was irradiated for 1 hour to prepare a nanofluid containing metal-treated carbon nanoparticles.

비교예 2: 종래의 나노유체의 제조Comparative Example 2: Preparation of Conventional Nanofluid

탄소나노튜브(CNT)는 Tsinghua Nafine Nano-powder Commercialization Engineering Center(China)의 제품을 사용하였으며, 분산제인 SDBS는 Sigma-Aldrich, U.K를 사용하였다. CNT와 분산제의 혼합비율은 1:0.2의 중량비로 사용하였다. CNT는 기본유체와 혼합하기 전에 초음파에너지를 36시간 가해주었으며, 이렇게 전처리한 CNT는 물과 혼합하여 24시간 동안 초음파 에너지를 가해주었다. 마지막으로 고속 자성 교반기(high speed magnetic stirrer)를 이용하여 추가로 1시간 동안 저어주어 나노유체를 완성하였다. 농도는 0.2중량%이었다.
Carbon nanotubes (CNTs) were obtained from Tsinghua Nafine Nano-Powder Commercialization Engineering Center (China), and SDBS was dispersed in Sigma-Aldrich, UK. The mixing ratio of CNT and dispersant was used at a weight ratio of 1: 0.2. CNT applied ultrasonic energy for 36 hours before mixing with the basic fluid. The CNT thus pretreated was mixed with water and subjected to ultrasonic energy for 24 hours. Finally, a high speed magnetic stirrer was used for an additional 1 hour to complete the nanofluid. The concentration was 0.2% by weight.

실험예 1: 상온에서의 분산안정성 측정Experimental Example 1: Measurement of dispersion stability at room temperature

상기 실시예 1(0.005부피%) 및 비교예 1의 각 나노유체를 제조 후 120시간까지 상온에서 방치하였다. 그 동안 나노유체 제조 직후, 1시간 경과 후 5시간 경과 후, 24시간 경과 후, 120 시간 경과 후 및 1개월 경과 후에 각각 침전도를 측정하였다. 그 결과는 도 1a 및 도 2b에 나타내었다. 도 1a에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 나노유체는 30분 이내에 거의 모든 고형물이 침전되는 것이 관찰되었다. 이에 반해, 도 1b에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 나노유체는 120시간까지도 침전이 나타나지 않았다.
Each of the nanofluids of Example 1 (0.005 vol%) and Comparative Example 1 was left at room temperature for 120 hours after the preparation. The precipitates were measured immediately after nanofluid production, after 1 hour, 5 hours, 24 hours, 120 hours, and 1 month, respectively. The results are shown in Figs. 1A and 2B. As shown in Fig. 1A, in the nanofluid of Comparative Example 1, it was observed that almost all the solids precipitated within 30 minutes. On the other hand, as shown in Fig. 1B, the nanofluid of Example 1 did not show sedimentation until 120 hours.

실험예 2: 고온안정성 측정Experimental Example 2: Measurement of high-temperature stability

상기 실시예 1(0.005부피%) 및 비교예 2의 각 나노유체를 80℃에서 14시간동안 중탕으로 가열하였다. 그 결과 비교예 2의 나노유체는 침전이 일어난 반면, 실시예 1의 나노유체는 분산안정성이 유지되는 것을 알 수 있었다(도 2). Each of the nanofluids of Example 1 (0.005% by volume) and Comparative Example 2 was heated in a bath for 14 hours at 80 ° C. As a result, it was found that the nanofluid of Comparative Example 2 was precipitated while the dispersion stability of the nanofluid of Example 1 was maintained (FIG. 2).

평판형 집열기의 운용 온도가 80℃ 부근인 점을 감안하면, 본 발명에 따른 나노유체는 평판형 집열기의 작동유체로서 우수한 성능을 가짐을 나타내는 것이다.
Considering that the operating temperature of the flat panel type collector is around 80 ° C, the nanofluid according to the present invention shows excellent performance as a working fluid for a flat panel type collector.

실험예 3: 광학적 투과도의 측정Experimental Example 3: Measurement of Optical Transmittance

상기 실시예 1 및 비교예 1의 각 나노유체의 광학적 투과도(Transmittance)를 UV/Vis/NIR 분광광도계 [제작사 : 베리안(Varian); 모델명 : Cary5000] 를 이용하여 측정하였다. 그 결과 비교예 1의 나노유체(도 3a) 에 비해 실시예 1의 나노유체가 광 흡수성능이 현저히 우수함을 알 수 있었다(도 3b).The optical transmittance of each nanofluid of Example 1 and Comparative Example 1 was measured using a UV / Vis / NIR spectrophotometer (manufactured by Varian; Model name: Cary5000). As a result, it was found that the nanofluid of Example 1 was significantly superior in light absorption performance to the nanofluid of Comparative Example 1 (FIG. 3A) (FIG. 3B).

한편, 람베르트-베르의 법칙(Lambert-Beer law)에 의해 흡광계수 값을 계산하였다. 구체적으로, 광원으로써 He-Ne laser (λ=632.8nm), 샘플 나노유체, 계측을 위한 포토다이오드(Photodiode) 와 파워미터(Powermeter)로 구성된 흡광계수 측정 장치를 이용하여 측정된 값들을 하기 식에 대입하여 흡광계수(extinction coefficient)를 계산하였다:On the other hand, the extinction coefficient was calculated by the Lambert-Beer law. Specifically, the values measured using an extinction coefficient measuring apparatus composed of a He-Ne laser ( λ = 632.8 nm), a sample nanofluid as a light source, a photodiode and a power meter for measurement are shown in the following equations The extinction coefficient was calculated by substitution:

(식 1)(Equation 1)

Figure 112014081671956-pat00003
Figure 112014081671956-pat00003

상기 식에서, I, I 0, l, λ, σ 는 각각 투과된 빛의 강도, 입사된 빛의 강도, 경로 길이(path length), 파장 (wavelength), 흡광계수(extinction coefficient)이다. I , I 0 , l , λ and σ are the transmitted light intensity, the incident light intensity, the path length, the wavelength, and the extinction coefficient, respectively.

시간에 따른 광 흡수능력 감소량(Performance degradation ratio, ε)은 하기 식 2와 같이 시간에 따라 변화하는 흡광계수값을 초기 흡광계수값을 나눠줌으로써 얻는다.The performance degradation ratio ( ε ) over time is obtained by dividing the initial extinction coefficient value by the extinction coefficient value which changes with time as shown in the following Equation 2.

(식 2)(Equation 2)

Figure 112014081671956-pat00004
Figure 112014081671956-pat00004

그 결과는 도 4에 나타내었다. 실시예 1(0.0002부피%)은 30일이 지나도록 흡광계수 값의 저하율이 초기에 비해 10% 미만에 불과한 반면, 비교예 1은 흡광계수 값이 초기에 비해 급격하게 떨어져 저하율이 약 3일만에 무려 70%에 이르는 것을 알 수 있었다. The results are shown in Fig. In Example 1 (0.0002% by volume), the rate of decrease of the extinction coefficient was less than 10% in 30 days, whereas in Comparative Example 1, the extinction coefficient dropped sharply compared to the initial value, It was found that it reached as much as 70%.

실험예 4: 나노유체의 SEM 이미지 촬영Experimental Example 4: SEM image capture of nanofluid

실시예 1 및 비교예 1의 각 나노유체를 SEM으로 촬영하였다. 그 결과는 도 5a (비교예 1) 및 도 5b (실시예 1) 에 나타나 있다. 도면에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 나노유체가 비교예 1의 나노유체에 비해 탄소나노튜브의 크기가 더 잘게 잘라져 있음을 알 수 있다. 탄소나노튜브의 잘게 잘려져 있는 면이 많을수록, 입자의 분산을 위한 분산에너지가 중력에 의해 가라앉으려는 힘보다 크게 작용하여 분산성에 유리해졌음을 확인할 수 있었다. Each nanofluid of Example 1 and Comparative Example 1 was photographed by SEM. The results are shown in Fig. 5A (Comparative Example 1) and Fig. 5B (Example 1). As shown in the figure, it can be seen that the nanofluid of Example 1 is finer than the nanofluid of Comparative Example 1 in size. The more scattered surfaces of the carbon nanotubes were, the larger the dispersive energy for dispersing the particles was.

Claims (21)

나노유체의 제조방법으로서,
상기 방법은
탄소나노튜브를 분산제와 함께 분쇄하는 분쇄단계; 및
상기 분쇄단계에서 얻어진 분쇄물에 용매를 가한 후 균질화하는 균질화 단계를 포함하는 나노유체의 제조방법.
A method for producing a nanofluid,
The method
A pulverizing step of pulverizing the carbon nanotubes together with the dispersant; And
And a homogenizing step of adding a solvent to the pulverized product obtained in the pulverizing step and homogenizing the pulverized product.
제1항에 있어서, 상기 분쇄단계는 연삭에 의해 분쇄를 수행하는 것인 나노유체의 제조방법.2. The method of claim 1, wherein the grinding is performed by grinding. 제2항에 있어서, 상기 연삭은 0 초과 20cc 이하의 기본 유체와 함께 습식 연삭하는 것인 나노유체의 제조방법.3. The method of claim 2, wherein the grinding is wet grinding with a base fluid of greater than 0 and less than 20 cc. 제3항에 있어서, 상기 기본 유체는 물인 나노유체의 제조방법.4. The method of claim 3, wherein the base fluid is water. 제3항에 있어서, 상기 습식 연삭은 탄소나노튜브, 분산제 및 기본 유체를 막자사발에 넣고 막자로 연삭하는 것인 나노유체의 제조방법. 4. The method of manufacturing a nanofluid according to claim 3, wherein the wet grinding is performed by putting the carbon nanotube, the dispersant, and the base fluid into a mortar and grinding the pellet. 제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled Carbon Nanotube)인 나노유체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the carbon nanotubes are multi-walled carbon nanotubes. 제1항에 있어서, 상기 분산제는 소디움 도데실 벤젠설페이트(sodium dodecylbenzenesulfate, SDBS)인 나노유체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the dispersant is sodium dodecylbenzenesulfate (SDBS). 제1항에 있어서, 상기 균질화 단계는 기계적 교반 및 초음파 처리 중 하나 이상을 수행하는 것인 나노유체의 제조방법.2. The method of claim 1, wherein the homogenizing step performs at least one of mechanical agitation and ultrasonic treatment. 제8항에 있어서, 상기 균질화 단계는 초음파 처리를 하면서 동시에 기계적 교반을 수행하는 것인 나노유체의 제조방법.The method of manufacturing a nanofluid according to claim 8, wherein the homogenizing step is performed while performing ultrasonic treatment and mechanical stirring. 제8항에 있어서, 상기 기계적 교반은 100 내지 500rpm으로 수행하는 것인 나노유체의 제조방법.9. The method of claim 8, wherein the mechanical agitation is performed at 100 to 500 rpm. 제8항에 있어서, 상기 초음파 처리는 20 내지 40kHz의 진동수로 처리하는 것인 나노유체의 제조방법.9. The method of manufacturing a nanofluid according to claim 8, wherein the ultrasonic treatment is performed at a frequency of 20 to 40 kHz. 제1항에 있어서, 상기 균질화 단계의 용매는 물인 나노유체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the solvent in the homogenization step is water. 제9항에 있어서, 상기 초음파 처리 및 기계적 교반은 1 내지 2시간동안 수행하는 것인 나노유체의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the ultrasonic treatment and the mechanical stirring are performed for 1 to 2 hours. 제1항에 있어서, 상기 나노유체는 직접 흡수식 태양열 집열기의 작동유체인 나노유체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the nanofluid is a working fluid of a direct absorption type solar collector. 나노유체로서,
상기 나노유체는, 탄소나노튜브, 분산제 및 물을 포함하며,
하기 특성들 중 하나 이상을 갖는 나노유체:
i) 상온에서 25일 이상 정치 시, 흡광계수(extinction coefficient) 값의 시간에 따른 저하율이 초기에 비해 10% 미만인 분산안정성;
ii) 80℃에서 12시간 이상 가열 시, 흡광계수 값의 저하율이 초기에 비해 10% 미만인 고온안정성;
iii) 탄소나노튜브의 함량이 나노유체 전체 부피를 기준으로 0.003부피%인 경우 UV/Vis/NIR 분광광도계로 측정시 200 내지 1400nm 파장에서 순수 1.0 기준으로 광학적 투과도가 0 초과 0.05이하인 특성; 및
iv) 탄소나노튜브의 함량이 나노유체 전체 부피를 기준으로 0.005부피%인 경우 UV/Vis/NIR 분광광도계로 측정시 200 내지 1400nm 파장에서 순수 1.0 기준으로 광학적 투과도가 0 초과 0.02이하인 특성.
As nanofluids,
Wherein the nanofluid comprises carbon nanotubes, a dispersant and water,
Nanofluids having one or more of the following characteristics:
i) a dispersion stability with a decrease rate of the value of the extinction coefficient over time of less than 10% compared to the initial value at a temperature of 25 days or more at room temperature;
ii) high temperature stability at a heating rate of not less than 12 hours at 80 占 폚, wherein the rate of decrease of the extinction coefficient value is less than 10% compared with the initial value;
iii) a characteristic that the optical transmittance of the carbon nanotube is 0.003% by volume based on the total volume of the nanofluid, and the optical transmittance is more than 0 and less than 0.05 at a wavelength of 200 to 1400 nm based on pure water when measured with a UV / Vis / NIR spectrophotometer; And
iv) a characteristic that the optical transmittance of the carbon nanotube is 0.005% by volume based on the total volume of the nanofluid, and the optical transmittance is more than 0 and less than 0.02 when measured with a UV / Vis / NIR spectrophotometer at a wavelength of 200 to 1400 nm.
제15항에 있어서,
상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled Carbon Nanotube)인 나노유체.
16. The method of claim 15,
Wherein the carbon nanotube is a multi-walled carbon nanotube.
제15항에 있어서, 상기 분산제는 소디움 도데실 벤젠설페이트(sodium dodecylbenzenesulfate, SDBS)인 나노유체.16. The nanofluid of claim 15, wherein the dispersant is sodium dodecylbenzenesulfate (SDBS). 제15항에 있어서, 상기 나노유체는 열교환용 열전달 유체인 나노유체.16. The nanofluid of claim 15, wherein the nanofluid is a heat transfer fluid for heat exchange. 제18항에 있어서, 상기 나노유체는 직접 흡수식 태양열 집열기의 작동유체인 나노유체.19. The nanofluid according to claim 18, wherein the nanofluid is a working fluid of a direct absorption type solar collector. 제15항에 있어서, 상기 나노유체는 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 것인 나노유체.16. The nanofluid of claim 15, wherein the nanofluid is produced by the process of any one of claims 1 to 14. 작동유체로서 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 나노유체를 포함하는 직접 흡수식 태양열 집열기.18. A direct absorption type solar collector comprising a nanofluid according to any one of claims 15 to 18 as a working fluid.
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