本发明属于流体导热材料技术领域，涉及一种石墨烯复合载热剂及其制备方法，将石墨烯与纯水复合制备成具有良好热传导效率的载热剂。
背景技术：
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水作为冷却介质具有资源丰富和取之方便的优势，被广泛的应用于交通、舰船、化工、纺织、机械制造和食品加工等领域的机械设备冷却；水作为热能传导介质被用于核反应堆、热电及舰船动力机组热能传递。随着现代工业发展的进程，以纯水作为冷却剂或热能传递的载热剂时，纯水的导热性、散热性和热容性已不能满足应用领域中小体积设备和高效率导热的广泛需求，特别是在闭式循环冷却系统中,时常发生超温、超压、甚至水体积沸腾导致冷却恶化和设备损毁的现象；纯水作为热能传递载热剂，因其功能性缺点载热效率低下，不能实现高效热容和高效释热(即热交换)而导致热工况损失的问题，急需解决。为了保证冷却效果或提高热工效率，现有技术中，主要采用增大热传导面积的方法来弥补载热介质功能的不足，通过增加设备体积、增大系统工作压力、提高流速和流量的方式保证冷却效果和提高热工效率，但是往往会造成系统设备庞大，隐患增加，运行寿命缩短和运行成本增加的后果。因此，寻求一种冷却效果好和热传导效率高的载热介质及其制备方法，具有广泛的应用前景。
石墨烯是一种碳原子以SP2杂化轨道组成六角形的蜂巢晶格结构只有一个碳原子厚度的二维材料，石墨烯的厚度仅有0.335nm，比表面积可达2630m2/g，比金刚石更稳定，是目前已知导电性最好的二维材料，石墨烯的电子迁移率可达到15000cm2/V.S，是单晶硅的150倍以上，石墨烯的电子移动速度达到光速的1/300，电导率达到108S/m，电子迁移率基本不受温度影响，石墨烯具有突出的导热性，常温下的导热系数为5300w/m.k，是铜的13倍，是水(导热系数为0.599W/m.k)的9000倍，石墨烯的比热容为0.75J/g.k，小于水(比热容为4.2J/g.k)的5.6倍，石墨烯的热扩散系数为678.96mm2/s，是铜的2.17倍，是已知热扩散性能最好的二维材料；石墨烯的沸点是4827℃，石墨烯还具有超高的力学性能和良好的光学性能，具有很好的生物互溶性。由此可见，石墨烯是提高载热介质热传导效率的最好材料。
技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种石墨烯复合载热剂及其制备方法，通过石墨烯与纯水复合提高纯水的导热性和散热性，制备得到热传导效率突出的载热介质。
为了实现上述目的，本发明涉及的石墨烯复合载热剂的成分包括改性石墨烯和纯水，改性石墨烯的质量百分比组份为0.1-5％，纯水的质量百分比组份为95-99.9％。
本发明涉及的石墨烯复合载热剂制备方法的工艺步骤包括改性石墨烯制备、搅拌射流、增压射流和减压排出四个步骤：
(1)、改性石墨烯制备：在反应釜中先后加入1-5％质量百分比的石墨与1-20％质量百分比的干冰和液氮混合剂，密封并启动反应釜，当反应釜内的压力达到1-6kg/m2时，停止反应釜的运行，释压并冷却至室温，得改性石墨烯备用；
(2)、搅拌射流：在反应釜中先后加入0.1-5％质量百分比的改性石墨烯和95-99.9％质量百分比的纯水，开启加热器，启动搅拌机当反应釜的温度达到60-90℃、压力达到1-5kg/m2时，关闭搅拌机，改性石墨烯和纯水形成石墨烯复合分散液，石墨烯复合分散液中的石墨烯没有充分分散，将石墨烯复合分散液经射流压入增压缸；
(3)、增压射流：将增压缸的压力增加至5-55kg/m2后把石墨烯复合分散液射流压入减压缸；
(4)、减压排出：再将减压缸的压力降低至1-3kg/m2后把石墨烯复合分散液射流排出减压缸并收集至成品容器，得到石墨烯复合载热剂。
本发明制备的改性石墨烯的PH值呈中性，改性石墨烯的比表面积为500-1200m2/g，改性石墨烯的粒径小于5um，改性石墨烯表面张力小、易分散、不易漂浮和聚沉，具有亲水性，与纯水理化互溶，无毒、无味、性能稳定。
本发明制备的石墨烯复合载热剂pH值呈中性，与纯水载热剂相比，具有导热性和散热性好以及性能稳定的特点，与纯水混用时不产生物化反应；由于石墨烯具有良好的润滑性，能减少流动摩擦阻力，在输送泵功率、排量、压力和管径一定的情况下，能明显提高流速和流量，进而提高导热效率并明显提高抗腐蚀性，石墨烯对同位素辐射具有吸收和慢化作用，因此，石墨烯复合载热剂是一种热传导效率高和综合性能好的载热介质，用于核反应堆、热电和舰船动力机组载热剂，在原系统、设备不变的条件下，能明显提高热工效率；石墨烯复合载热剂作为冷却剂时，用于冷却各种机械设备，特别适用于系统、设备体积或设置空间受限的舰船和海上作业平台的闭式循环热交换场合的冷却。
本发明与现有技术相比，在反应釜中将改性石墨烯与PH值呈中性的纯水混合，通过搅拌剪切、加温、加压和释压使改性石墨烯与纯水有机溶合得到密度、导热性和散热性指标达到设定值的石墨烯复合载热剂，石墨烯复合载热剂无石墨烯漂浮，无聚沉，性能稳定，经试验测试并比较得知，石墨烯复合载热剂的热扩散系数较纯水的热扩散系数提高了0.31-3.82倍；其质量组分简单，制备方法原理科学合理，操作性强，使用环境友好，应用范围广，易于推广使用。
附图说明：
图1为本发明涉及的石墨烯复合载热剂制备方法的流程原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例涉及的石墨烯复合载热剂的成分为改性石墨烯和纯水，改性石墨烯的质量组份为0.1，纯水的质量组份为99.9。
本实施例涉及的石墨烯复合载热剂制备方法的工艺步骤包括改性石墨烯制备、搅拌射流、增压射流和减压排出四个步骤：
(1)、改性石墨烯制备：在反应釜中先后加入1质量份的石墨与1质量份的干冰和液氮混合剂，密封并启动反应釜，当反应釜内的压力达到1kg/m2时，停止反应釜的运行，释压并冷却至室温，获得改性石墨烯，取出备用；
(2)、搅拌射流：在反应釜中先后加入0.1质量份的改性石墨烯和99.9质量份的纯水，开启加热器，启动搅拌机当反应釜的温度达到60℃、压力达到1kg/m2时，关闭搅拌机，改性石墨烯与纯水形成石墨烯复合分散液，将石墨烯复合分散液经射流压入增压缸；
(3)、增压射流：将增压缸的压力增加至5kg/m2后把石墨烯复合分散液射流压入减压缸；
(4)、减压排出：将减压缸的压力降低至1kg/m2后把石墨烯复合分散液射流排出减压缸并收集至成品容器，得到石墨烯复合载热剂。
本实施例制备的改性石墨烯的PH值呈中性，改性石墨烯的比表面积为500-1200m2/g，改性石墨烯的粒径小于5um，改性石墨烯克服了表面张力大、易漂浮、易聚沉和难分散的缺点，具有良好的亲水性，与纯水理化互溶性，无毒、无味、性能稳定。
本实施例制备的石墨烯复合载热剂PH值呈中性，与纯水载热剂相比，具有导热性和散热性好以及性能稳定的特点，与纯水或淡水混用时不会产生物化反应；由于石墨烯具有良好的润滑性，能减少流动摩擦阻力，在输送泵功率、排量、压力和管径一定的情况下，能明显提高流速和流量，进而提高导热效率并明显提高抗腐蚀性，石墨烯对同位素辐射具有吸收和慢化作用，因此，石墨烯复合载热剂是一种热传导效率高和综合性能好的载热介质，能够作为核反应堆、热电和舰船动力机组载热剂，在原系统、设备不变的条件下，能明显提高热工效率；石墨烯复合载热剂作为冷却剂时，能够用于冷却各种机械设备，特别适用于系统、设备体积或设置空间受限的舰船和海上作业平台等闭式循环热交换场合的冷却。
实施例2：
本实施例涉及的石墨烯复合载热剂的成分为改性石墨烯和纯水，改性石墨烯的质量组份为5，纯水的质量组份为95。
本实施例涉及的石墨烯复合载热剂制备方法的工艺步骤包括改性石墨烯制备、搅拌射流、增压射流和减压排出四个步骤：
(1)、改性石墨烯制备：在反应釜中先后加入5质量份的石墨与20质量份的干冰和液氮混合剂，密封并启动反应釜，当反应釜内的压力达到6kg/m2时，停止反应釜的运行，释压并冷却至室温，获得改性石墨烯，取出备用；
(2)、搅拌射流：在反应釜中先后加入5质量份的改性石墨烯和95质量份的纯水，开启加热器，启动搅拌机当反应釜的温度达到90℃、压力达到5kg/m2时，关闭搅拌机，改性石墨烯和纯水形成石墨烯复合分散液，将石墨烯复合分散液经射流压入增压缸；
(3)、增压射流：将增压缸的压力增加至55kg/m2后把石墨烯复合分散液射流压入减压缸；
(4)、减压排出：将减压缸的压力降低至3kg/m2后把石墨烯复合分散液射流排出减压缸并收集至成品容器，得到石墨烯复合载热剂。