專利名稱：高導(dǎo)熱系數(shù)的“金剛石—水”系納米流體的制備及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，具體是將具有高導(dǎo)熱系數(shù)的金剛石微粒添加到水中制成高導(dǎo)熱系數(shù)的“金剛石-水”系納米流體的方法，可作為高效換熱工質(zhì)予以使用。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和能源問題的日益突出，對(duì)熱交換設(shè)備的高效低阻緊湊等性能指標(biāo)的要求越來越高。通常強(qiáng)化傳熱的措施主要從強(qiáng)化換熱表面、制造工藝入手，取得了一些成果。但隨著對(duì)熱交換設(shè)備換熱表面強(qiáng)化傳熱技術(shù)研究的深入，換熱工質(zhì)的傳熱性能成為影響熱交換設(shè)備高效緊湊性能的一個(gè)主要因素。要進(jìn)一步研制體積小、重量輕、傳熱性能好的高效緊湊式熱交換設(shè)備，滿足高負(fù)荷傳熱要求，研究高強(qiáng)度傳熱及冷卻技術(shù)，必須從工質(zhì)本身入手研制高導(dǎo)熱系數(shù)、傳熱性能好的高效新型換熱工質(zhì)。
自從Maxwell理論(1881年)發(fā)表以來，許多學(xué)者進(jìn)行了大量關(guān)于在液體中添加固體粒子以提高其導(dǎo)熱系數(shù)的理論和實(shí)踐研究，并取得了一些成果。由于早先的研究都局限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，只能使用毫米或微米級(jí)的固體粒子懸浮于液體中，在實(shí)際應(yīng)用中易造成磨損和顆粒堵塞等不良效果，因而大大限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用。自上世紀(jì)九十年代以來，研究人員使用納米顆粒添加到液體中以提高液體的導(dǎo)熱系數(shù)。1995年，美國Argonne國家實(shí)驗(yàn)室的Choi等人提出一個(gè)新的概念-納米流體，即以一定的方式和比例在液體中添加納米級(jí)金屬或金屬氧化物粒子，形成一類新的傳熱冷卻工質(zhì)。與原純液體相比，納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)顯著提高，具有極優(yōu)越的傳熱性能。如在乙二醇中添加4％體積比的氧化銅納米顆粒導(dǎo)熱系數(shù)提高20％(Lee等，1999年)；在水中添加小于1％體積比的氧化銅納米粒子，在相同的流動(dòng)狀態(tài)下可提高對(duì)流換熱系數(shù)20％以上(Eastman等，1997年)。用納米流體和微型熱交換器構(gòu)成高效冷卻系統(tǒng)以解決高強(qiáng)度X射線作用下晶體硅鏡片的高負(fù)荷散熱問題。系統(tǒng)的冷卻強(qiáng)度可達(dá)30MW/M2(Lee等，1996年)。國內(nèi)最近的研究也表明，在去離子水中添加2％體積分?jǐn)?shù)的銅納米粒子，所形成的納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)比去離子水提高20％；在水中添加1％體積分?jǐn)?shù)的銅納米粒子，其納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)提高5％，而在流動(dòng)狀態(tài)下的納米流體的對(duì)流換熱系數(shù)比純水提高約24％。通過對(duì)納米流體強(qiáng)化傳熱機(jī)理的研究，可研制新型高效傳熱工質(zhì)，可有效提高熱交換設(shè)備的傳熱性能，大大提高熱交換設(shè)備的高效緊湊等性能，降低熱交換設(shè)備的制造成本，滿足微尺度條件下強(qiáng)化傳熱要求，滿足大功率發(fā)動(dòng)機(jī)、超導(dǎo)磁體和超級(jí)計(jì)算機(jī)等設(shè)備的高負(fù)荷傳熱及冷卻要求。
本發(fā)明的目的是為了制備高導(dǎo)熱系數(shù)的“金剛石-水”系納米流體，并作為新型的高效換熱工質(zhì)予以應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的1.制備金剛石納米微粒。
采用高速氣流粉碎機(jī)或其它高效粉碎設(shè)備將人工合成的金剛石顆粒予以進(jìn)一步粉碎，然后采用浮選法從中選出粒徑小于250納米的金剛石微粒，并對(duì)其進(jìn)行酸洗，以除去催化劑和其它雜質(zhì)，再用純凈水將金剛石微粒洗凈，烘干備用。2.配置含有表面活性劑的水溶液。
根據(jù)金剛石表面特性，可選用離子型、非離子型以及兩者按一定比例復(fù)合的表面活性劑，配置成含表面活性劑的水溶液。如選用氟碳型的陰離子表面活性劑，其水溶液濃度為0.01-0.1％。3.在攪拌和超聲振動(dòng)條件下，將金剛石微粉添加到含有表面活性劑的水溶液中，制成“金剛石-水”系懸浮液，其中金剛石的體積含量為1-5％。
采用本發(fā)明所制備的“金剛石-水”系懸浮液經(jīng)北京市建設(shè)工程質(zhì)量控制中心第四檢測(cè)所測(cè)定，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.981w.m-1.k-1，比純凈水的導(dǎo)熱系數(shù)提高80％左右，將其作為換熱工質(zhì)，在相當(dāng)寬的雷諾數(shù)條件下，均具有很高的換熱或冷卻效率。
權(quán)利要求
1.高導(dǎo)熱系數(shù)的“金剛石-水”系納米流體，其特征是選用高導(dǎo)熱系數(shù)的金剛石微粒在攪拌或超聲振動(dòng)條件下，添加到含有離子型、非離子型或兩者按一定比例復(fù)合的表面活性劑的水溶液中，形成“金剛石-水”系懸浮液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱系數(shù)的“金剛石-水”系納米流體的制備方法，其特征在于選用了高導(dǎo)熱系數(shù)的金剛石微粒，金剛石微粒的粒徑應(yīng)小于500納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱系數(shù)的“金剛石-水”系納米流體的制備方法，其特征在于所述的表面活性劑可選用離子型、非離子型或兩者按一定比例復(fù)合的表面活性劑，表面活性劑的濃度為0.01-0.5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的高導(dǎo)熱系數(shù)的“金剛石-水”系納米流體的制備方法，其特征在于除選用金剛石微粒之外，還可選用其它高導(dǎo)熱系數(shù)的納米微粒，如高結(jié)晶度的氮化鋁、碳60等非金屬微粒。
全文摘要
本發(fā)明是一種高導(dǎo)熱系數(shù)的“金剛石－水”系納米流體的制備方法，此方法首先是采用高速氣流粉碎機(jī)或其它高效粉碎設(shè)備制備金剛石微粒，再采用浮選方法選取粒徑小于500納米的金剛石微粒，經(jīng)酸洗除雜質(zhì)和干燥制成金剛石微粉備用；選用合適的離子型、非離子型或兩者按一定比例復(fù)合的表面活性劑，配制成濃度為0.O1－0.5％的表面活性劑水溶液；在攪拌和超聲振動(dòng)條件下，將金剛石微粉添加到含表面活性劑的水溶液中形成“金剛石－水”系懸浮液，該懸浮液具有高的導(dǎo)熱系數(shù)，可作為高換熱或冷卻工質(zhì)予以使用。
文檔編號(hào)C09K5/00GK1464024SQ0213333
公開日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月24日
發(fā)明者朱斌, 朱頡安, 章麗云 申請(qǐng)人:成都思摩納米技術(shù)有限公司