专利名称：金属粒子纳米流体的单步液相制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于热交换系统的高效传热冷却工质，特别是一种金属粒子纳米流体的单步液相制备方法。
二 背景技术纳米流体是指以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或非金属氧化物粒子，形成一类具有高导热系数、均匀、稳定的新型传热冷却工质。可广泛应用于车辆、航天航空、电子、化工、建筑、食品等领域，满足动力装置、大功率发动机、绝热发动机、空调装置、热泵系统、超导磁体、大功率电子设备、超级计算机等设备的高负荷的传热及冷却要求。其中，相比较其他种类的纳米流体，金属粒子纳米流体的导热系数、传热性能最佳。
纳米流体的制备是应用纳米粒子增强液体工质传热性能的关键一步。如何使纳米粒子均匀、稳定地分散在液体介质中，形成分散性好、稳定性高、持久及低团聚的纳米流体，是将纳米流体应用于强化传热所必需的。现有技术中纳米流体的制备程序如下先制备金属纳米颗粒，再将金属纳米粒子分散于基液中制备金属纳米流体，金属纳米颗粒和金属粒子纳米流体的制备是分步完成的。虽然此种制备方法较适合于实际应用，但金属纳米粒子在制备后是以干粉状态储存，金属纳米粒子的表面活性极易使粒子团聚在一起，形成带有若干弱连接界面的较大的团聚体。将已经发生团聚的金属纳米粒子加入液体中，即使添加表面活性剂(或分散剂)以及超声振动等分散措施，也很难将粒子完全分散开，而不能形成稳定性高、低团聚的金属粒子纳米流体，因为纳米流体内部粒子的聚集结构对纳米流体的热物性和能量传递特性起着至关重要的影响。该现有技术制备的纳米流体悬浮稳定性较差，影响了纳米流体的传热性能。另外，现有技术中纳米粒子在制备过程中是以干粉状态储存，金属纳米粒子极易氧化，无法制备粒子纯度高的金属粒子纳米流体。
三 发明内容本发明的目的在于提供一种粒子纯度高、分散性好、悬浮稳定性高的金属粒子纳米流体的单步液相制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案为一种金属粒子纳米流体的单步液相制备方法，包括以下步骤首先，将金属盐和还原剂分别溶于基液中搅拌制成金属盐溶液和还原剂溶液；其次，将还原剂溶液加入到金属盐溶液中，搅拌混合，加热反应；最后，将反应后的混合溶液冷却至室温，离心洗涤去除杂质离子即得到金属粒子纳米流体。
本发明金属粒子纳米流体的单步液相制备方法中，在离心洗涤后得到的金属粒子纳米流体中加入分散剂，然后加热搅拌得到更稳定的金属粒子纳米流体。
本发明金属粒子纳米流体的单步液相制备方法中，分散剂为十二烷基苯磺酸钠或聚乙烯吡咯烷酮，添加量为纳米金属粒子质量的3％～5％。
本发明金属粒子纳米流体的单步液相制备方法中，金属盐为铜、镍或锰的硫酸盐，还原剂为次亚磷酸钠、甲醛或水合肼，该金属盐与还原剂的摩尔比为1～1.3∶1。
本发明金属粒子纳米流体的单步液相制备方法中，基液为水或乙二醇。
本发明金属粒子纳米流体的单步液相制备方法中，在还原剂溶液加入到金属盐溶液时，加热温度为200-250℃，时间10-15分钟。
本发明与现有技术相比，其显著优点为在金属纳米粒子制备的同时将粒子分散到基液中，金属纳米粒子和铜纳米流体的制备同时完成，避免金属纳米粒子制备过程中由于干粉状态储存所引起的团聚和氧化问题，制备粒子纯度高、分散性好、悬浮稳定性高的金属粒子纳米流体。
四
附图是本发明金属粒子纳米流体的单步液相制备方法的流程图。
五具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合附图，本发明的金属粒子纳米流体的单步液相制备方法的实施步聚为首先，将金属盐和还原剂分别溶于基液中搅拌制成金属盐溶液和还原剂溶液；金属盐为铜、镍或锰的硫酸盐，还原剂为次亚磷酸钠、甲醛或水合肼，该金属盐与还原剂的摩尔比为1～1.3∶1；基液为水或乙二醇。
其次，将还原剂溶液加入到金属盐溶液，搅拌混合，加热反应，在200-250℃条件下加热10-15分钟反应；金属离子被还原成单质的纳米金属粒子，同时悬浮于基液中。
最后，将反应后的混合溶液冷却至室温，进行离心洗涤去除杂质离子即得到金属离子的纳米流体。为了进一步提高金属纳米粒子的悬浮性能，在混合溶液中加入分散剂，其添加量为金属纳米粒子质量的3％-5％，经过搅拌混合即可制备出悬浮稳定的金属粒子纳米流体。其中，分散剂为十二烷基苯磺酸钠或聚乙烯吡咯烷酮。
实施例1本发明的金属粒子纳米流体的单步液相制备方法的实施步聚为1、将0.6242克五水硫酸铜溶于25ml水中，形成浓度为0.1mol·l-1的溶液，磁力搅拌器搅拌10分钟。
2、将0.6624克次亚磷酸钠溶于25ml水中，形成浓度为0.25mol·l-1的溶液，磁力搅拌器搅拌10分钟。
3、将25ml次亚磷酸钠水溶液倒入滴定管中，滴入五水硫酸铜的水溶液中，此过程进行磁力搅拌，持续15分钟。
4、待溶液混合均匀后，放入马弗炉中，在250℃下加热10分钟，当溶液的颜色由蓝色变为暗红色时，从马弗炉中取出溶液，冷却至室温。
5、溶液在4000rpm的转速下离心1小时后将上层溶液倒出，加水稀释。
6、重复步骤5，直至上部废液全部离心清除完毕。
7、将0.02克十二烷基苯磺酸钠加入含有纳米铜粒子的溶液中，加热至70℃，磁力搅拌器搅拌30分钟。
8、制备铜-水纳米流体完成。
实施例2本发明的金属粒子纳米流体的单步液相制备方法的实施步聚为1、将0.617克六水硫酸镍溶于25ml乙二醇中，磁力搅拌器搅拌10分钟。
2、将0.6624克甲醛溶于25ml乙二醇中，磁力搅拌器搅拌10分钟。
3、将25ml甲醛乙二醇溶液倒入滴定管中，滴入六水硫酸镍的乙二醇溶液中，此过程进行磁力搅拌，持续15分钟。
4、待溶液混合均匀后，放入马弗炉中，在200℃下加热15分钟，从马弗炉中取出溶液，冷却至室温。
5、溶液在4000rpm的转速下离心1小时后将上层溶液倒出，加乙二醇稀释。
6、重复步骤5，直至上部废液全部离心清除完毕。
7、将0.03克聚乙烯吡咯烷酮加入含有纳米镍粒子的溶液中，加热至70℃，磁力搅拌器搅拌30分钟。
8、制备镍-乙二醇纳米流体完成。
同理，硫酸锰溶液与水合肼溶液制备锰-水合肼纳米流体步骤同上述实施例。
权利要求
1.一种金属粒子纳米流体的单步液相制备方法，其特征在于包括以下步骤首先，将金属盐和还原剂分别溶于基液中搅拌制成金属盐溶液和还原剂溶液；其次，将还原剂溶液加入到金属盐溶液中，搅拌混合，加热反应；最后，将反应后的混合溶液冷却至室温，离心洗涤去除杂质离子即得到金属粒子纳米流体。
2.根据权利要求1所述的金属粒子纳米流体的单步液相制备方法，其特征在于在离心洗涤后得到的金属粒子纳米流体中加入分散剂，然后加热搅拌得到更稳定的金属粒子纳米流体。
3.根据权利要求2所述的金属粒子纳米流体的单步液相制备方法，其特征在于分散剂为十二烷基苯磺酸钠或聚乙烯吡咯烷酮，添加量为纳米金属粒子质量的3％～5％。
4.根据权利要求1所述的金属粒子纳米流体的单步液相制备方法，其特征在于金属盐为铜、镍或锰的硫酸盐，还原剂为次亚磷酸钠、甲醛或水合肼，该金属盐与还原剂的摩尔比为1～1.3∶1。
5.根据权利要求1所述的金属粒子纳米流体的单步液相制备方法，其特征在于基液为水或乙二醇。
6.根据权利要求1所述的金属粒子纳米流体的单步液相制备方法，其特征在于在还原剂溶液加入到金属盐溶液时，加热温度为200-250℃，时间10-15分钟。
全文摘要
本发明公开了一种金属粒子纳米流体的单步液相制备方法。它包括以下步骤首先，将金属盐和还原剂分别溶于基液中搅拌制成金属盐溶液和还原剂溶液；其次，将还原剂溶液加入到金属盐溶液中，搅拌混合，加热反应；最后，将反应后的混合溶液冷却至室温，离心洗涤去除杂质离子即得到金属粒子纳米流体。本发明具有如下优点在金属纳米粒子制备的同时将粒子分散到基液中，金属纳米粒子和铜纳米流体的制备同时完成，避免金属纳米粒子制备过程中由于干粉状态储存所引起的团聚和氧化问题，制备粒子纯度高、分散性好、悬浮稳定性高的金属粒子纳米流体。
文档编号C09K5/10GK1966604SQ20051009546
公开日2007年5月23日 申请日期2005年11月17日 优先权日2005年11月17日
发明者李强, 宣益民 申请人:南京理工大学