專利名稱：一種氮化鈦氨水納米流體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米流體制冷劑制備領(lǐng)域，具體來說，涉及一種氮化鈦氨水納米流體及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著納米材料科學(xué)的迅速發(fā)展，越來越多的研究表明納米流體不僅具有提高流體導(dǎo)熱系數(shù)對流傳熱和沸騰傳熱，還具有減小壁面摩擦阻力，改進(jìn)光學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)。納米流體在傳熱和傳質(zhì)兩方面的強(qiáng)化作用可以用來強(qiáng)化氨水制冷系統(tǒng)中氨氣的吸收與發(fā)生過程，目前國內(nèi)外已經(jīng)有學(xué)者將氧化鋁、氧化亞鐵等納米材料應(yīng)用于氨水吸收系統(tǒng)中，通過降膜、鼓泡吸收等方式進(jìn)行研究，取得了較為理想的效果納米。流體的制備是納米流體在工程流體領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵步驟，而制備效果的好壞是需要能夠?qū){米粉體的團(tuán)聚沉降特性進(jìn)行評估。納米顆粒在液體中的分散主要是基于靜電穩(wěn)定或空間位阻穩(wěn)定機(jī)制，常用的三種方法包括顆粒的表面修飾 、改變基液的PH值和超聲振動。目前已經(jīng)有很多學(xué)者研究了這三種分散方法對納米流體穩(wěn)定性的影響，由于分散劑大多屬于有機(jī)溶劑，加在氨水吸收系統(tǒng)中會對整個(gè)系統(tǒng)造成不可預(yù)知的影響，已有最新的研究表明表面活性劑SDBS會對氧化銅-水納米流體的對流換熱起到抑制作用，為了避免表面活性劑可能出現(xiàn)的不利影響，本發(fā)明擬在不適用活性劑的情況下，靠調(diào)節(jié)納米顆粒濃度以及基液的氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并利用磁力攪拌和超聲振動結(jié)合的方法來制備一種氨水納米流體。再者，在納米流體制備方面，雖然目前已有很多方法應(yīng)用于強(qiáng)化納米顆粒在液體中分散，包括攪拌、剪切、球磨等物理方法，也有表面修飾、改變PH值等化學(xué)方法，然而溶液中還是有一部分納米顆粒處于團(tuán)聚狀態(tài)，并沒有被這些方法分散開來，主要原因是顆粒間很強(qiáng)的作用力，包括范德華力，甚至氫鍵的作用等。這部分納米顆粒團(tuán)聚體的存在不僅會削弱納米流體的優(yōu)異特性，比如微對流、高傳熱傳質(zhì)性能、低粘度(相對于微米顆粒懸浮液)等，而且在納米流體的使用過程中，這部分團(tuán)聚體可能成為團(tuán)聚吸附核心使更多的納米顆粒吸附在上面，從而導(dǎo)致納米流體的分散性進(jìn)一步的降低。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種氮化鈦氨水納米流體，該納米流體具有穩(wěn)定的分散性和優(yōu)異的導(dǎo)熱系數(shù)，同時(shí)，還提供了該納米流體的制備方法，該制備方法可以保證獲得所需的納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并且能通過自然沉降去除掉納米顆粒中包含的分散性較差的納米團(tuán)聚體部分，提高納米流體的分散性。技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:—種氮化鈦氨水納米流體,該納米流體由納米顆粒和基液組成，所述的納米顆粒是粒徑為20nm的氮化鈦顆粒，所述的基液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水溶液，納米顆粒占納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%。
上述的氮化鈦氨水納米流體的制備方法，該制備方法包括以下步驟:步驟10)首先向質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水溶液中添加氮化鈦顆粒，形成初始納米流體，氮化鈦顆粒占初始納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% ；步驟20)利用恒溫磁力攪拌器，在溫度為20°C的環(huán)境下，攪拌初始納米流體30分鐘；步驟30)在溫度為20°C的超聲水浴中，振蕩初始納米流體10分鐘，振蕩頻率為45kHz ；步驟40)利用紫外可見分光光度計(jì)，測量步驟30)振蕩后的初始納米流體的吸光度 Aini ；步驟50)將初始納米流體靜置24小時(shí)，該初始納米流體分為上層未沉降的納米流體和下層沉降的納米顆粒，然后利用注射器將上層未沉降的納米流體分離出來；步驟60)利用紫外可見分光光度計(jì)，測量步驟50)分離出來的納米流體的吸光度
Aaf ;步驟70)使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水溶液，稀釋步驟50)分離出來的納米流體，稀釋比例為:分離出來的納米流體質(zhì)量:加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水溶液質(zhì)量=Aini:(2Aaf-Aini)，獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的氮化鈦氨水納米流體。有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:該納米流體具有穩(wěn)定的分散性和優(yōu)異的導(dǎo)熱系數(shù)。本發(fā)明的氮化鈦氨水納米流體，由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的氮化鈦納米顆粒與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水基液組成。該納米流體在未添加分散劑的情況下，依靠調(diào)節(jié)納米顆粒和基液中氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，來獲得了穩(wěn)定分散的納米流體，并利用基于比吸光度的制備方法來進(jìn)一步提升其分散穩(wěn)定性。本發(fā)明的制備方法基于比吸光度，利用自然沉降原理，通過采用特定的納米顆粒和氨水基液中氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，來獲得穩(wěn)定分散的氮化鈦氨水納米流體。本發(fā)明的制備方法能有效地將納米顆粒中分散性較差的部分從納米流體中去除，而保留分散性優(yōu)異的納米流體部分，而且能保證納米流體中納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%，由于納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和氨水濃度影響著納米流體的穩(wěn)定性和熱力學(xué)性能，利用本發(fā)明所選用的納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)和氨水基液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，能獲得分散性能優(yōu)異的納米流體，其納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)也較高。


圖1為本發(fā)明的流程框圖。圖2為本發(fā)明的實(shí)施例中配置的各種氮化鈦氨水納米流體的吸光度值圖。圖3為本發(fā)明的實(shí)施例中配置的各種氮化鈦氨水納米流體在靜置48小時(shí)后的吸光度值圖。圖4為本發(fā)明的實(shí)施例中配置的各種氮化鈦氨水納米流體在靜置48小時(shí)后的有效導(dǎo)熱系數(shù)比值圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。本發(fā)明的氮化鈦氨水納米流體，由納米顆粒和基液組成，所述的納米顆粒是粒徑為20nm的氮化鈦(化學(xué)式為TiN)顆粒，所述的基液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水溶液，納米顆粒占納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%。如圖1所示，上述氮化鈦氨水納米流體的制備方法，包括以下步驟:步驟10)首先向質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水溶液中添加氮化鈦顆粒，形成初始納米流體，氮化鈦顆粒占初始納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%。所述的氮化鈦顆粒的粒徑為20nm。步驟20)利用恒溫磁力攪拌器，在溫度為20°C的環(huán)境下，攪拌初始納米流體30分鐘。步驟30)在溫度為20°C的超聲水浴中，振蕩初始納米流體10分鐘，振蕩頻率為45kHz。步驟40)利用紫外可見分光光度計(jì)，測量步驟30)振蕩后的初始納米流體的吸光度 Aini。步驟50)將初始納米流體靜置24小時(shí)，該初始納米流體分為上層未沉降的納米流體和下層沉降的納米顆粒，然后利用注射器將上層未沉降的納米流體分離出來。上層未沉降的納米流體就是納米顆粒穩(wěn)定分散部分的納米流體。步驟60)利用紫外可見分光光度計(jì)，測量步驟50)分離出來的納米流體的吸光度
Aaf °`
步驟70)使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水溶液，稀釋步驟50)分離出來的納米流體，稀釋比例為:分離出來的納米流體質(zhì)量:加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水溶液質(zhì)量=Aini:(2Aaf-Aini)，獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的氮化鈦氨水納米流體。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明所制備納米流體在穩(wěn)定性和熱物性等方面的優(yōu)越性，利用本發(fā)明所述的制備方法，通過對包含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)納米顆粒和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)氨水基液的納米流體的穩(wěn)定性和導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行比較。比較方法為測量各種納米流體的吸光度與導(dǎo)熱系數(shù)。吸光度越大，則代表經(jīng)過靜置后流體中懸浮的納米顆粒越多，也就是說其分散穩(wěn)定性越好。吸光度的測試方法為:將納米流體靜置一段時(shí)間后，取試管上層固定高度溶液注入比色皿，再使用紫外可見分光光度計(jì)，對各個(gè)試管吸光度進(jìn)行測試。導(dǎo)熱系數(shù)的測試采用雙熱線瞬態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)測量方法進(jìn)行測量。瞬態(tài)熱線法是利用測量熱線的電阻變化來測量液體導(dǎo)熱系數(shù)，其理論基礎(chǔ)是無限大介質(zhì)中的徑向一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。在無限大的均勻流體中置入長度相對熱線直徑無限長的線熱源，當(dāng)二者處于熱平衡時(shí)，用恒熱流對線熱源進(jìn)行加熱，線熱源及其周圍的流體就會產(chǎn)生溫升，從而引起線熱源的電阻變化，根據(jù)線熱源的阻值隨時(shí)間的變化關(guān)系就可以得到液體的導(dǎo)熱系數(shù)。試驗(yàn)對象為:在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、5%、10%、15%、20%、25%的氨水基液中，分別添加粒徑為20nm的氮化鈦顆粒，在每種質(zhì)量分?jǐn)?shù)氨水基液配置的納米流體中，氮化鈦顆粒占納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.25%,0.5%、0.75%、1%、1.25%、1.5%、1.75%、2%。這樣形成48種不同的氮化鈦納米流體。在配置好各種氮化鈦納米流體后，即時(shí)測試該48種氮化鈦納米流體的吸光度，結(jié)果如圖2所示。從圖2中可知，氮化鈦納米流體的吸光度與氮化鈦顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘正比，含相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)氮化鈦顆粒的納米流體在初始制備時(shí)具有相等的吸光度，說明了吸光度作為穩(wěn)定性指標(biāo)的可信度。在上述48種不同的氮化鈦納米流體靜置48小時(shí)后，再測試其吸光度，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出:在氮化鈦顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%，氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，氮化鈦納米流體具有最大的吸光度，為1.38。這說明本發(fā)明所述納米流體具備較為優(yōu)異的分散性能。圖4為靜置48小時(shí)后，上層未沉降的納米流體的有效導(dǎo)熱系數(shù)比(有效導(dǎo)熱系數(shù)比是納米流體導(dǎo)熱系數(shù)與基液導(dǎo)熱系數(shù)之比)。納米流體的有效導(dǎo)熱系數(shù)比高，也就說明納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)高。通過有效導(dǎo)熱系數(shù)比，來定量說明納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)提高了多少。從圖4可以看出:納米流體的有效導(dǎo)熱系數(shù)比與納米流體的穩(wěn)定性明顯正相關(guān)。也就是說，在氮化鈦顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%，氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，氮化鈦納米流體具有最大的有效導(dǎo)熱系數(shù)比，為1.093。這進(jìn)一步說明了本發(fā)明所制備的納米流體同時(shí)具備了穩(wěn)定分散性以及高導(dǎo)熱系數(shù)的 優(yōu)良性能。
權(quán)利要求
1.一種氮化鈦氨水納米流體，其特征在于，該納米流體由納米顆粒和基液組成，所述的納米顆粒是粒徑為20nm的氮化鈦顆粒，所述的基液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水溶液，納米顆粒占納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%。
2.—種權(quán)利要求1所述的氮化鈦氨水納米流體的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟: 步驟10)首先向質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水溶液中添加氮化鈦顆粒，形成初始納米流體，氮化鈦顆粒占初始納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% ； 步驟20)利用恒溫磁力攪拌器，在溫度為20°C的環(huán)境下，攪拌初始納米流體30分鐘； 步驟30)在溫度為2 0°C的超聲水浴中，振蕩初始納米流體10分鐘，振蕩頻率為45kHz ； 步驟40)利用紫外可見分光光度計(jì)，測量步驟30)振蕩后的初始納米流體的吸光度A...1ιιηι ， 步驟50)將初始納米流體靜置24小時(shí)，該初始納米流體分為上層未沉降的納米流體和下層沉降的納米顆粒，然后利用注射器將上層未沉降的納米流體分離出來； 步驟60)利用紫外可見分光光度計(jì)，測量步驟50)分離出來的納米流體的吸光度Aaf ；步驟70)使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水溶液，稀釋步驟50)分離出來的納米流體，稀釋比例為:分離出來的納米流體質(zhì)量:加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水溶液質(zhì)量=Aini: (2Aaf-Aini),獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的氮化鈦氨水納米流體。
3.按照權(quán)利要求2所述的氮化鈦氨水納米流體的制備方法，其特征在于，所述的步驟10)中，氣化欽顆粒的粒徑為20nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮化鈦氨水納米流體，由納米顆粒和基液組成，納米顆粒是粒徑為20nm的氮化鈦顆粒，基液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨水溶液，納米顆粒占納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%。該納米流體具有穩(wěn)定的分散性和優(yōu)異的導(dǎo)熱系數(shù)。本發(fā)明還公開了該氨水納米流體的制備方法，步驟10)向氨水溶液中添加氮化鈦顆粒；步驟20)攪拌初始納米流體；步驟30)振蕩初始納米流體；步驟40)測量初始納米流體的吸光度；步驟50)將初始納米流體靜置，將上層未沉降的納米流體分離出來；步驟60)測量分離出來的納米流體的吸光度；步驟70)稀釋分離出來的納米流體，獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的氮化鈦氨水納米流體。該制備方法可提高納米流體的分散性。
文檔編號C09K5/04GK103113851SQ20131005462
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者楊柳, 杜塏 申請人:東南大學(xué)