O水导热纳米流体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于传热或制冷剂技术领域，具体涉及一种化学法合成Cu2O水导热纳米流体的制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米流体是把纳米级金属或非金属或它们的氧化物或它们的混合物纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中，制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质。最早提出这一概念的是美国Argonne国家实验室的Choi，自此引起了国内外研宄者的广泛关注，开创了将纳米流体应用于强化传热的新局面。特别是在当前全球气候变暖和节能减排的大背景下，近年来，已经有研宄人员将纳米流体用于直接吸收式太阳能集热器中，并且表现出了卓越的性能，其中Cu2O纳米粒子是用着最为广泛的。这是因为Cu2O纳米材料是一种P型半导体材料，禁带宽度约为1.9?2.0eV，它能有效利用近紫外线(能被400?500nm可见光激发)，可见光区的吸收边界在630nm，而太阳光中最大强度在500nm附近，可见光占到太阳光总能量的43%。
[0003]常见的纳米流体的合成方法有两步法与一步物理法。两步法为首先合成纳米颗粒，然后将他们分散在基液中。一步物理法为纳米粒子通过物理研磨法制备，其制备过程与分散同时在基液中进行。但这两种方法由于纳米颗粒间的相互作用或物理方法本身的缺陷，使得在纳米粒子微观结构可控方面都缺乏有效的手段，合成的纳米流体中所含的纳米粒子的粒径都较大，使其纳米颗粒在基液中易团聚，分散性差，产品不稳定，因此如何有效地防止纳米粒子的凝聚或聚集，制备出稳定的纳米流体是实际应用最大的挑战。
【发明内容】
[0004]本申请的目的在于针对现有技术制备纳米流体存在的技术缺陷，提出一种Cu2O-水导热纳米流体的一步湿化学合成法，该方法合成的纳米Cu2O的粒径较小，其在水中的分散稳定性好、导热性高。
[0005]本发明具体通过以下技术方案实现:
[0006]一种化学法合成Cu2O水导热纳米流体的制备方法，包括以下步骤:
[0007]I)将蒸馏水、柠檬酸钠、五水硫酸铜、EDTA、依次加入到混合容器中，配置含柠檬酸钠 0.05 ?0.15mol/L、五水硫酸铜 0.08 ?0.25mol/L、EDTA0.04 ?0.15mol/L 的水溶液，超声并搅拌均匀，得到硫酸铜溶液A ;
[0008]2)依次将水、氢氧化钾、硼氢化钾混合，配置含氢氧化钾0.35?0.8mol/L、硼氢化钾0.06?0.16mol/L的水溶液，搅拌均匀得到硼氢化钾溶液B ；
[0009]3)在20?40°C条件、高速搅拌和超声的作用下，将B溶液滴加到A溶液中反应，滴加结束后，继续搅拌、超声反应结束，得到Cu2O水导热纳米流体。
[0010]本发明制备方法中五水硫酸铜与硼氢化钾的摩尔比为2.0:1?2.8:1。
[0011]本发明制备方法中氢氧化钾与硼氢化钾的摩尔比为5.2:1?5.9:1。
[0012]本发明步骤(3)中以B溶液以0.5ml/min的流速滴加。
[0013]本发明所述的Cu2O水导热纳米流体中Cu2O纳米颗粒的粒径为4?8nm。
[0014]通过本发明所述的制备方法得到的纳米流体中不存在Cu、CuO等副产，Cu2O的含量为100%。同时具有很好的稳定性，纳米粒子分散均匀，长时间放置无沉淀产生。
[0015]本发明的有益效果为:
[0016]I)该方法合成的Cu2O-水导热纳米流体中Cu2O纳米颗粒的粒径分布范围窄，尺寸最小为4nm ；
[0017]2)该方法合成的Cu2O-水导热纳米流体分散稳定性好，导热性高，其导热系数比纯水提尚了 21%。
【附图说明】
[0018]图1是纳米Cu2O的XRD ；
[0019]图2是纳米流体中Cu2O纳米粒子的粒径分布；
[0020]图3是TEM表征纳米流体中Cu2O纳米粒子的粒径大小；
[0021]图4是TEM表征纳米流体中Cu2O纳米粒子的分散性；
[0022]图5是本发明实施例纳米流体原样图；
[0023]图6是本发明实施例纳米流体稀释不同倍数及保存I个月后图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
[0025]实施例1
[0026]一种化学法合成的Cu2O水导热纳米流体，制备条件为:n(CuSO4.5Η20):n(KBH4):η(KOH) = 5:2:10.5 = 2.5:1:5.25，EDTA = 0.13mol/L，柠檬酸钠=0.15mol/L，KOH = 0.7mol/L，T = 20°C，滴加40min滴加完反应80分钟，具体方法为:
[0027]A溶液的配制:在500ml三口烧瓶中，依次将0.8823g柠檬酸钠，1.2534gCuSO4.5H20，0.7557g EDTA溶于60ml的蒸馏水，配置得含柠檬酸钠0.05mol/L、含CuSO4.5H20 0.083mol/L、含 EDTA0.043mol/L 的水溶液，超声并搅拌均匀。
[0028]B溶液的配制:将0.5892g Κ0Η, 0.1089g KBH4溶于30ml的蒸馏水中，配置得含KOH0.35mol/L、含KBH40.065mol/L的水溶液，搅拌均匀，并依次加入滴液漏斗中。
[0029]实施例2
[0030]一种化学法合成的Cu2O水导热纳米流体，制备条件为:n(CuSO4.5Η20):n(KBH4):η(KOH) = 2.08:1:5.7，EDTA = 0.13mol/L，柠檬酸钠=0.15mol/L，KOH = 0.8mol/L，T = 30°C，滴加40min滴加完反应80分钟，具体方法为:
[0031]A溶液的配制:在250ml三口烧瓶中，依次将0.8823g柠檬酸钠，1.2530gCuSO4.5H20，0.7598g EDTA溶于20ml的蒸馏水，配置得含柠檬酸钠0.15mol/L、含CuSO4.5H20 0.25mol/L、含EDTA0.13mol/L的水溶液，超声并搅拌均匀。
[0032]B溶液的配制:依次将0.6733g KOH, 0.1294g KBH4溶于15ml的蒸馏水中，配置得含KOH 0.8mol/L、含KBH40.16mol/L的水溶液，搅拌均匀，并依次加入滴液漏斗中。
[0033]实施例3X射线衍射分析
[0034]对实施例1所制备得到纳米颗粒进行X射线衍射，测定结果如图1所示。
[0035]由图1可知，所制备的纳米Cu2O有五个主要特征峰，峰位分别是29.71°、37.86。,43.32° ,62.36° ,73.86°，与其对应的晶面指数分别为 110、111、200、220、311，这些衍射峰都与Cu2O的标准数据(JCPDS 5-0667) 一致，图中没有出现Cu、CuO等杂质峰，且Cu2O的含量为100%，表明用该实验方法制备的物质的Cu2O纯度很高，不存在Cu、CuO等副产物。根据谢乐公式，可计算氧化亚铜粒径约为4nm。
[0036]实施例4粒径分析表征及TEM
[0037]对实施例1合成的Cu-水导热纳米流体利用激光光散射仪进行了粒度分析及TEM表征，结果如图2?4。
[0038]由图2?4可知，采用该方法合成的Cu2O-水导热纳米流体中分散的纳米粒子粒径分布范围窄，平均尺寸为4nm，纳米粒子分散较均匀。该Cu2O-水导热纳米流体在常温下密闭保持I个月后的照片如下图5所示。
[0039]由图5可知，该Cu2O-水导热纳米流体在常温下密闭保存时较稳定。并且该纳米流体为黑色的悬浮液，这主要是因为Cu2O粒子的粒径比较小，所以为黑色。进一步将Cu2O-水导热纳米流体原样及用蒸馏水稀释2倍、5倍、10倍，如图6所示Cu2O-水导热纳米流体在常温下密闭保存时都很稳定。
[0040]实施例5纳米流体的导热性
[0041]利用瑞典的Hot Disk TPS2500，在T = 25°C下，将导热系数测量三次，取其平均值为0.7572W/m*K，较纯水的导热系数提高了 21% (在T = 25°C下，纯水的导热系数为0.599ff/m.K)。
[0042]这是因为Cu2O-水导热纳米流体的热导率是分散基液之间对流与分散Cu2O纳米粒子之间传导综合作用的结果，根据Bruggeman模型方程，其导热率可以看作是基液和团聚体两者之和，Cu2O纳米粒子的导热率要比水的导热率大的多，是影响纳米流体导热率的主要因素，因此纳米Cu2O粒子的存在使得Cu2O-水导热纳米流体的导热系数大幅度地有所提尚O
【主权项】
1.一种化学法合成Cu 20水导热纳米流体的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)将蒸馏水、柠檬酸钠、五水硫酸铜、EDTA、依次加入到混合容器中，配置含柠檬酸钠0.05 ?0.15mol/L、五水硫酸铜 0.08 ?0.25mol/L、EDTA0.04 ?0.15mol/L 的水溶液，超声并搅拌均匀，得到硫酸铜溶液A ;2)依次将水、氢氧化钾、硼氢化钾混合，配置含氢氧化钾0.35?0.8mol/L、硼氢化钾0.06?0.16mol/L的水溶液，搅拌均匀得到硼氢化钾溶液B ； 3)在20?40°C条件、高速搅拌和超声的作用下，将B溶液滴加到A溶液中反应，滴加结束后，继续搅拌、超声反应结束，得到Cu2O水导热纳米流体。
2.根据权利要求1所述的一种化学法合成Cu20水导热纳米流体的制备方法，其特征在于:所述的五水硫酸铜与硼氢化钾的摩尔比为2.0:1?2.8:1。
3.根据权利要求1所述的一种化学法合成Cu20水导热纳米流体的制备方法，其特征在于:所述的氢氧化钾与硼氢化钾的摩尔比为5.2:1?5.9:1。
4.根据权利要求1所述的一种化学法合成Cu20水导热纳米流体的制备方法，其特征在于:步骤⑶中以B溶液以0.5ml/min的流速滴加。
5.根据权利要求1所述的一种化学法合成Cu20水导热纳米流体的制备方法，其特征在于:所述的Cu2O水导热纳米流体中Cu2O纳米颗粒的粒径为4?8nm。
【专利摘要】本发明公开了一种化学法合成Cu2O水导热纳米流体的制备方法，通过将一定量的蒸馏水、柠檬酸钠、五水硫酸铜、EDTA、依次加入混合，超声并搅拌均匀得到硫酸铜溶液A；依次将定量的水、氢氧化钾、硼氢化钾混合得到硼氢化钾溶液B；在一定温度、高速搅拌和超声的作用下，将B溶液以一定的流速滴加到A溶液中反应，滴加结束后，继续搅拌、超声一定时间，反应结束即得。本发明方法为Cu2O-水导热纳米流体的一步湿化学合成法，该方法合成的纳米Cu2O的粒径较小，其在水中的分散稳定性好、导热性高。
【IPC分类】C09K5-10, C01G3-02
【公开号】CN104861937
【申请号】CN201510251149
【发明人】张飞龙, 俞树荣, 李澜, 赵秋萍, 范宗良, 王刚, 毛丽萍, 王莉, 许喜伟
【申请人】兰州理工大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月18日