TWI343900B - Nanofluid and method of making the same - Google Patents

Description

1343900 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及熱傳領域，尤其涉及一種奈米流體及其製造方法。 【先前技術】 近年來電子技術迅速發展，電子元件之運行頻率及速度不斷提昇。惟，同 時電子树產生熱量愈來❹’溫度亦愈來愈高，嚴4威#電子元件運行時之 能及穩定性，為雜f子元件能正常讀，需對電子元件進行有效散熱。目 二散熱方式主要有氣冷式散熱及液冷式散熱兩種方式，於氣冷式散齡統中執 管扮演將熱帶走之重要角色’其中熱管㈣常需填統沸點且導熱之工作流^ 來提昇散熱效率’而液冷式散熱系統亦需填充高導熱之工作流體來增加散=效 率。 通常’固體粒子之傳熱效能遠高於賴，例如，室溫τ，銅之轉導 =水之熱傳導係數大近倍，比機油之熱傳導錄大近議倍。自从刪 爾e(laXWelD理論發表以來，許多學者進行大Μ於在液體中添加 ;以提π其導熱餘之理論及實踐研究，並取得—些成果。由於早先之 :究皆局限於當時之技術條件，只能使用毫米或微紐之固難子懸浮於液體 1這1尺权粒子於流體中移動得非常快，並且會腐姓或阻塞流體所流經之 S'，Q^壓力下降。這些缺點限制—般職混合_在工業上之應用。 ( (Argonne Nati〇nal Lab〇rat〇ry) 奈米流體，即將奈米級粒子添加至液體介f中，形成―定濃度之導 越^熱^純㈣她較，奈米·赠體之熱料雜縣提高，具有極其優 碳管^式ΐΪίΐ破Ϊ實可以有效地增加流體之熱傳導係數。目前合成奈米 製備之奈^碳/，因法及化學氣相沈積法’但這些方法所 於水容·夜Ugi I· Τ々官之分子巨大，對於—般之溶劑溶解度不佳，尤其 作為填劑中易產生聚集，所以若直接將添加有奈米碳管之溶液 成ί道阻ί。 會造成奈米碳管於熱管或液冷式導管中凝聚，從而造 中，或利㈣酸氧於’常見之方式有加人介面活性劑於溶液 介面活性劑在4執^、s使不朱候f表面產生酸基而呈現親水性，然而， 將會阻礙熱傳導Γ降低了糾使溶液產生氣泡’這些氣泡 親水性增加’但會改變奈米碳管原有之性質，反而使熱傳 及其ίϊΐί實種使奈米碳管分散性良好、熱解性能優異之奈米流體 【内容】 =下：以：施例說明一種奈米流體及其製備方法。 其體上括液體介質及分散於所述液體介質中之複數奈米碳 s ’，、中所^米碳管表_財複數高分子，所述高分子為帶正電高分子。 以及，-種奈米流體之製備綠，其包括以下步驟： 5複數奈米碳管；將所述奈米碳管與一帶正電高分子溶液混合後發生反 ^使不米碳管表面鏈接上帶正電高分子；從所述反應後之混合溶液 奈米將所述分離後之奈米碳管分散於—液體介針，形成—奈米流體。 ，、中，所述奈米碳官與所述帶正電高分子溶液混合後發生反麟，進_步 包括對所述混合溶液進行攪拌加熱。 .與先則技術相比较，所述奈来流體中奈米碳管分散性良好，無需添加介面 活^^或’、他穩疋彳彳，所述奈米流體應用於散熱系統時，可避免奈$流體因奈 米，官聚集而導麟赫之散齡統管道阻塞或由於介面活性鮮添加劑產 生氣泡而降低熱傳導性能。所述奈米流體之製備方法，_帶正電高分子 於奈米碳官表®’藉由帶JL電高分子産生之讀障滅電荷排斥力使奈来碳管 於液體介質中均勻地分散開來’從而實現_種使奈米碳管分散性良好、執 性能優異之奈米流體。 【實施方式】 下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。 請參閱第-圖，本發明之實施方式提供之奈来流體丄，其包括一液體介質 10及分散於所述液體介質10巾之複數奈米碳細，其帽述奈米碳管2Q表面鍵 Ι3439Ό0 接有複數南分子31 ’所述南分子31為帶正電高分子。 所述液體介質10包括水或含殘基之极性溶液。 所述奈米碳管20包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管、多壁奈米碳管或其任 意組合，奈米碳管20於所述液體介質10中之質量濃度範圍為百萬分之十 (lOppm)〜百萬分之一千（l〇〇〇ppm)。 所述帶正電高分子31包括聚二甲基二稀丙基氣化錄(p〇ly_diallydimethy -lammonjum Chloride)或聚丙烯氣化銨（Poly—allylamine Hydr〇chi〇ride)。 本實施方式提供之奈米流體1，所述奈米流體丨中經帶正電高分子31鏈接修 飾之奈米碳管20分散性良好，無需添加介面活性贼其他歡劑，所述奈米流 體1應用於散Μ統時’可避免奈米流船目奈米碳鶴料而導贿流經之散 熱系統管道阻塞，或由於介面活性齡添加継生,—降低鱗導性能。 本發明提供之奈米流體之製備方法，其包括以下步驟： 步驟（a):提供複數奈米碳管； 步驟⑻：將所述奈米碳管與一帶正電高分子溶液混合後發生反應，使太 米碳管表面鏈接上帶正電高分子； 〜 不 步驟（c):從所述反應後之混合溶液中分離出奈米碳管； 體 步驟（d):將所述分離後之奈米碳管分散於一液體介質中，形成一奈米流 明 請-併參閱第二圖及第三圖，下面再結合實施例對上述步驟進行詳細說 步驟（a):提供複數奈米碳管20。其中，所述奈米碳管2〇包括單壁 管、雙壁奈米碳管、多壁奈米碳管或其任意組合。所述奈米碳細可以^ 弧放電法、雷射消炫法或化學氣相沈積法製得。 步驟（b):將所述奈米碳管20與-帶正電高分子溶混合後發生反庳， 使奈米碳㈣表面鏈接上帶正電高分子31。所絲料與所述帶:八 混合後發生反應時，進-步包括對所述混合溶液進行授拌加熱。二 少驟如下： 〃 首先’提供-定量之帶正電高分子溶液3〇 ’所述 溶質（即帶正電高分子31)及溶劑32組成，所述帶正電高分子 ⑧ 7 I343900 烯丙基氣化銨或聚丙烯氣化銨，所述帶正電高分子溶液3〇中之帶正電高分子31 濃度範圍為0· 01摩爾/升(mol/L)〜1. 0摩爾/升(mol/L)，所述帶正電高分子溶液 30中之溶劑32包括水或含羥基之極性溶液。本實施例中，帶正電高分子溶液3〇 中之帶正電高分子31濃度採用〇. 5mol/L，帶正電高分子溶液3〇中之溶劑32採用 去離子水，其用量為1〇〇毫升(mL)，則所取用之帶正電高分子31 [假設分子量為 1000克/摩爾（g/mol)]用量為0. 5mol/lxl〇〇mlxl〇〇〇g/m〇l=5〇g。 所述奈米碳管20於所述帶正電高分子溶液30中之質量濃度範圍為 10ppni~1000ppm。本實施例中，奈米碳管10濃度採用咖卿，即上述步驟（A) 中奈米碳管20提供量為1><1〇-6><1〇><4/虬><100乩=〇.〇〇12。 φ 其次，使所述奈米碳管20與一帶正電高分子溶液30混合後發生反應。所述 奈米碳管20與所述帶正電高分子溶液3〇混合後發生反應時，優選的，可進一步 對所述混合溶液進行攪拌加熱。 對所述混合溶液進行攪拌加熱之方式有多種，可以採用磁石加熱攪拌器、 水浴加熱，或者藉由可加熱之超音波震蕩器中震蕩並加熱，優選的，加埶之溫 * 度控制在30攝氏度（°C)〜100攝氏度（。〇之間，加熱之時間為5小時〜48小時。 . 另，亦可以使用微波加熱之方式，因微波輻射具有很強之穿透作用 ，可以 於反應物内外同時均勻、迅速地加熱，且於微波之輻射作用下，使反應物之活 化能減小，促使反應速度加快，微波發射功率可選擇200瓦（w) ~900瓦（w) 之間，同時控制加熱溫度在3(rc〜i〇(rc之間，加熱之時間為2〇分鍾·分鐘之 籲 間。優選，微波加熱2分鍾’取出反應容器用超音波震蕩1分鍾。 於加熱過程巾之勝或震蕩，可使反應不會因帶正電高分子31反應累積大 董熱里，同時奈米石厌管20之間也不易聚集在一起，均勻地分散開來。 反應完成後，可得到懸浮溶液，奈米碳管20表面經帶正電高分子溶液30 中之帶f電南分子31鏈接修飾之後具有活性，就能均勻穩定地分散於溶液中。 ^正電南分子31以共價鍵鏈接於奈米碳管2()表面，於奈米碳細表面産生一修 飾層’經帶正電高分子31鏈接修飾之後之奈米碳管2〇之示意圖如第三圖所示。 步驟（c):從所述反應後之混合溶液中分離出奈#碳管2〇。 …祕溶財财未參加化學聽之乡餘帶正電高分子31(祕接上奈米碳 管20之南分子31 )，必縣其去除，分離出奈米碳，分離之方法可為如下 8 ⑧ Ι3439Ό0 所述之方式： . 向反應容器中加入適量之去離子水’並將反應容器置於一離心機上，離心 機使反應物尚速離心、分離，溶液逐漸分成兩層，上面那層為帶正電高分子Μ 溶液層’在下面那層可看到黑色之纟米碳管20慢慢析出，除去上層帶^高八 子31溶液層，留下下層之奈米碳管2〇 ;重複上述步驟3~5次，以除去 = 化學反應之多餘帶正電高分子31，獲得奈米碳管2〇。 ' 當然’本實财分離出奈米碳之方法並不限於上述實施例， 於將奈米碳管20分離之方法均可採用。 步驟（d):將所述分離後之奈米碳侧分散於__液體介_中，一太 • 来流體1。f上述分離後之奈米碳分散於一定量之液體介質10 (本實‘ 中液體介質10用量採用100mL)中，形成奈米流體卜其中，所述液體介 包括水或含羥基之極性溶液。 另，根據奈米碳管2D之不同用量’可以藉由採用液體介_之不同 .來控制奈米碳管2〇於液體介質1〇中之質量濃度範圍於10_〜1000ppm之間。 . 本實财式提供之奈錯體1之製備紐，_帶正電高分子31鏈接於夺 藉由該修騎產生之立想障礙或電箱排斥力使奈 分散開來’從而實現-種使奈米碳管分散性良 • M 本發明符合發明專利之要件，纽遺提出專利巾請。惟，以上 孰較佳實施例’自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡 依本案發明精神所作之等效修饰或變化，皆應包含 【圖式簡單說明】 第一圖係本實施例之奈米流體示意圊。 第=圖係本實施例之奈米流體製備過程示意圖。 第三圖係本實施例之帶正電高分子修飾奈米碳管表面示 【主要元件符號說明】 〜 奈米流體 液體介質 10 9 ⑧ Ι3439Ό0 奈米碳管 20 帶正電高分子溶液 30 帶正電高分子 31 溶劑 32

10 ⑧

Claims (1)

1. Ι3439Ό0 十、申請專利範圍： 1. 一種奈米流體，其包括一液體介質及分散於所述液體介質中之複數奈米碳 管，其改進在於：所述奈米碳管表面鏈接有複數高分子，所述高分子為帶 正電高分子。 如申請專利範圍第1項所述奈米流體’其中，所述液體介質包括水或含羥 基之極性溶液。 如申請專利範圍第1項所述奈米流體，其中，所述奈米碳管包括單壁奈米 碳管、雙壁奈米碳管、多壁奈米碳管或其任意組合。 如申請專利細第1項所述奈米流體，其巾，所述奈米碳管麟述液體介 質中之質量濃度範圍為百萬分之十〜百萬分之一千。 如申請專利範SI第1項所述奈米流體，其中，所述帶正電高分子包括聚二 甲基一浠丙基氣化銨或聚丙稀氣化錄。 種奈米流體之製備方法’其包括以下步驟： 提供複數奈米碳管； 將所述奈米碳管與-帶正電高分子溶液混合後發生反應，使奈米碳管表面 鏈接上帶正電高分子； 從所述反應後之混合溶液中分離出奈米碳管； 將所述h離後之奈米碳官分散於—液體介質中，形成—奈米流體。 利範賺項所述奈米流體之製備方法，其中，所述奈米碳管包 括早壁奈米碳管、雙壁奈米碳管、多壁奈米碳管或其任音也合。 利範圍糾項所述奈米流體之製備方法，其中二述帶正電高分 子已括聚—曱基二烯丙基氣化敍或聚丙烯氣化錢。 利細第6項所述麵流體之製備方法，其中 子浴液中之溶劑包括水或含羥基之極性溶液。 门刀 ㈣Γ述奈米流體之製備方法，其中，所述帶正電高分 riti電^刀子濃度範圍為0·01摩爾/升〜1.0摩爾/升。 2. 3. 4. 5. 6. 9. 10. 11. 如申=專利範圍第6項所述奈米流體之製備方法， 所述V正電高分子溶液中之質量濃度範圍為 匕 11 ⑧ 12. ^ ^ 1343900 拉水或含羥基之極性溶液。 13•如申請專利，圍第6項至第12項任-項所述奈米流體之製備方法，其中， 所述奈米板管與所述帶正電高分子溶液混合後發生反應時，進一步包括對 所述混合溶液進行攪拌加熱。 14.如申請專利範圍第13項所述奈米流體之製備方法，其中，所述加熱之 範圍為30攝氏度~100攝氏度。 又 # ⑧ 12