用于冷却工质的纳米银流体及其合成方法与流程

本发明涉及工业水冷热交换技术领域，具体涉及一种用于冷却工质的纳米银流体及其合成方法。

背景技术：

随着科学技术的发展、能源动力问题的日益突出，以及各种电子器件集成化程度越来越高，使得单位面积的热流量不断增加，从而对热交换系统的高效低阻紧凑等性能指标的要求也越来越高，对强化传热技术提出了新的更高的要求。也就是说：低导热系数的换热工质己成为研究新一代高效传热冷却技术的主要障碍。例如：传统纯液体换热工质多采用水、油、醇等用于水冷热交换，其虽然能达到一定高的沸点和较低的冰点，但是导热系数太低。

基于此，传统纯液体换热工质(如水、油、醇等)已很难满足一些特殊条件下的传热与冷却要求。近年来，纳米流体作为一种新型的传热冷却工质，逐渐进入人们视野，其将广泛应用于车辆、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。因此，提供一种新型的能够有效用于冷却工质的纳米银流体的合成方法具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种用于冷却工质的纳米银流体及其合成方法。本发明在乙二醇-丙三醇-水基中采用一步法合成纳米银流体，制备得到的纳米银流体不仅具有较高的导热系数，能够显著提高液体冷却工质的热交换效率；而且性能稳定，长时间不聚沉，进而能够有效满足工业水冷的要求；即其有效解决了传统纯液体换热工质(如水、油、醇等)存在的导热系数低、热交换效率低下等缺点。

为此，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种用于冷却工质的纳米银流体，合成纳米银流体的原料组分包括：硝酸银、混合液、还原剂和亚硫酸钠；混合液的原料组分包括表面活性剂、去离子水、乙二醇、丙三醇和油酸中的一种或多种。

优选地，以合成100mL纳米银流体计：硝酸银的加入体积为20～30mL，表面活性剂的加入体积为10～20mL，还原剂的加入体积为5～15mL，亚硫酸钠的加入体积为5～10mL；其中，硝酸银的浓度为0.5～1g/L，表面活性剂的浓度为0.5～2.5g/L；还原剂的浓度为2～6g/L，亚硫酸钠的浓度为0.05～0.2g/L。

优选地，混合液中：表面活性剂、去离子水、乙二醇、丙三醇和油酸的体积比依次为(10～15)：(5～10)：(25～35)：(5～10)：(0.1～0.2)。

优选地，表面活性剂选用阴离子表面活性剂，且优选十二烷基苯磺酸钠；还原剂选用次亚磷酸钠和/或柠檬酸钠。

第二方面，本发明提供一种纳米银流体的合成方法，包括以下步骤：S1：将表面活性剂、去离子水、乙二醇、丙三醇和油酸按照预设比例混合均匀，得到混合液；S2：于搅拌条件下，在混合液中依次加入硝酸银溶液、还原剂和亚硫酸钠溶液，之后继续搅拌预设时间；S3：将S2得到的产物恒温静置，之后加热处理，得到纳米银流体。

优选地，S1中：混合过程中，控制温度为20～30℃，搅拌转速为600～800rpm，时间为20～30min。

优选地，S2中：硝酸银溶液的加入方式为缓慢加入，且加入速度为150～250mL/min；还原剂的加入方式为缓慢加入，且加入速度为200～400mL/min；亚硫酸钠的加入方式为缓慢加入，且加入速度为100～200mL/min；预设时间为2～3h。

优选地，加入还原剂之后，加入亚硫酸钠之前还包括步骤：于600～800rpm的转速下继续搅拌0.5～1h。

优选地，S3中：恒温静置中，控制温度为20～30℃，静置15～20h；加热处理中，采用油浴加热，且加热温度为100～200℃，加热时间为10～20min。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)申请人经过大量实验发现：本发明在乙二醇-丙三醇-水基中采用一步法合成纳米银流体，制备得到的纳米银流体不仅具有较高的导热系数，能够显著提高液体冷却工质的热交换效率；而且性能稳定，长时间不聚沉，进而能够有效满足工业水冷的要求；即其有效解决了传统纯液体换热工质(如水、油、醇等)存在的导热系数低、热交换效率低下等缺点。

(2)本发明选用反应釜作为反应容器，于恒温条件下，在乙二醇-丙三醇-水基液中采用一步湿化学法使其聚合，合成微乳前驱液；然后在预设温度下加热使用表面活性剂对纳米银颗粒进行包覆和表面修饰，阻止其团聚，使产品具有更高的稳定性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例一中纳米银流体的TEM图；

图2为本发明实施例一中纳米银流体的紫外可见吸收光谱图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，因此只作为实例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。

本发明提供一种用于冷却工质的纳米银流体的合成方法，包括以下步骤：

S1：于表面活性剂中加入去离子水、乙二醇、丙三醇和油酸，控制温度为20～30℃，转速为600～800rpm，搅拌20～30min，得到混合液。

S2：于搅拌条件下，在混合液中缓慢加入硝酸银溶液，添加速度为150～250mL/min；之后缓慢加入还原剂，添加速度为200～400mL/min，维持搅拌转速600～800rpm，继续搅拌0.5～1h；然后缓慢加入亚硫酸钠溶液，添加速度为100～200mL/min，继续搅拌2～3h后停止搅拌。

S3：将S2得到的产物于20～30℃下恒温静置15～20h，之后油浴加热，于100～200℃下加热10～20min，得到纳米银流体。

在本发明的进一步实施方式中，以合成100mL纳米银流体计：硝酸银的加入体积为20～30mL，表面活性剂的加入体积为10～20mL，还原剂的加入体积为5～15mL，亚硫酸钠的加入体积为5～10mL；其中，硝酸银的浓度为0.5～1g/L，表面活性剂的浓度为0.5～2.5g/L；还原剂的浓度为2～6g/L，亚硫酸钠的浓度为0.05～0.2g/L。

在本发明的进一步实施方式中，表面活性剂选用阴离子表面活性剂，且优选十二烷基苯磺酸钠；还原剂选用次亚磷酸钠和/或柠檬酸钠。

下面结合具体实施例进行说明。

实施例一

本实施例提供一种用于冷却工质的纳米银流体的合成方法，按100mL合成量计，包括以下步骤：

S1：配制浓度为1.5g/L的十二烷基苯磺酸钠溶液，用量筒量取10mL十二烷基苯磺酸钠溶液加入到夹套油浴玻璃反应釜内，加入10mL去离子水，再加入35mL乙二醇和5mL丙三醇，再加入0.2mL油酸，控制温度恒定在25℃，并以800rpm的搅拌速度持续搅拌25min，使其均匀混合，得到混合液。

S2：向反应釜内加入浓度为0.8g/L的硝酸银溶液20mL，添加速度为200mL/min；再添加浓度为5g/L的次亚磷酸钠溶液10mL，添加速度300mL/min，维持搅拌速度800rpm持续0.5h；然后再加入浓度为0.1g/L的亚硫酸钠溶液5mL，添加速度为150mL/min，再加入去离子水4.8mL，搅拌2.5h后停止搅拌。

S3：控制温度恒定在25℃静置反应16h，之后油浴加热，于150℃下加热15min，即得纳米银流体。图1本实施例纳米银流体的TEM图，图2为本实施例纳米银流体的紫外可见吸收光谱图。此外，申请人测定了本实施例纳米银流体的元素含量，如表1所示。

表1实施例一纳米银流体的元素含量表

实施例二

本实施例提供一种用于冷却工质的纳米银流体的合成方法，按100mL合成量计，包括以下步骤：

S1：配制浓度为0.5g/L的十二烷基苯磺酸钠溶液，用量筒量取10mL十二烷基苯磺酸钠溶液加入到夹套油浴玻璃反应釜内，加入10mL去离子水，再加入35mL乙二醇和5mL丙三醇，再加入0.2mL油酸，控制温度恒定在20℃，并以800rpm的搅拌速度持续搅拌20min，使其均匀混合，得到混合液。

S2：向反应釜内加入浓度为0.5g/L的硝酸银溶液20mL，添加速度为200mL/min；再添加浓度为5g/L的次亚磷酸钠溶液10mL，添加速度300mL/min，维持搅拌速度800rpm，持续1h；然后再加入浓度为0.1g/L的亚硫酸钠溶液5mL，添加速度为150mL/min，再加入去离子水4.8mL，搅拌2h后停止搅拌。

S3：控制温度恒定在20℃静置反应20h，之后油浴加热，于200℃下加热10min，即得纳米银流体。

实施例三

本实施例提供一种用于冷却工质的纳米银流体的合成方法，按100mL合成量计，包括以下步骤：

S1：配制浓度为2.5g/L的十二烷基苯磺酸钠溶液，用量筒量取10mL十二烷基苯磺酸钠溶液加入到夹套油浴玻璃反应釜内，加入10mL去离子水，再加入35mL乙二醇和5mL丙三醇，再加入0.2mL油酸，控制温度恒定在30℃，并以800rpm的搅拌速度持续搅拌30min，使其均匀混合，得到混合液。

S2：向反应釜内加入浓度为1g/L的硝酸银溶液20mL，添加速度为200mL/min；再添加浓度为5g/L的柠檬酸钠溶液10mL，添加速度300mL/min，维持搅拌速度800rpm，持续0.5h；然后再加入浓度为0.1g/L的亚硫酸钠溶液5mL，添加速度为150mL/min，再加入去离子水4.8mL，搅拌2h后停止搅拌。

S3：控制温度恒定在30℃静置反应15h，之后油浴加热，于100℃下加热20min，即得纳米银流体。

另外，为了进一步凸显本发明技术方案的优势，设置以下对比例。需要说明的是，下述对比例在实施例一的基础上设置而成。

对比例一

本对比例与实施例一相比，步骤S2中未添加亚硫酸钠溶液。具体地：

本对比例提供一种用于冷却工质的纳米银流体的合成方法，按100mL合成量计，包括以下步骤：

S1：配制浓度为1.5g/L的十二烷基苯磺酸钠溶液，用量筒量取10mL十二烷基苯磺酸钠溶液加入到夹套油浴玻璃反应釜内，加入10mL去离子水，再加入35mL乙二醇和5mL丙三醇，再加入0.2mL油酸，控制温度恒定在25℃，并以800rpm的搅拌速度持续搅拌25min，使其均匀混合，得到混合液。

S2：向反应釜内加入浓度为0.8g/L的硝酸银溶液20mL，添加速度为200mL/min；再添加浓度为5g/L的次亚磷酸钠溶液10mL，添加速度300mL/min，维持搅拌速度800rpm持续0.5h；再加入去离子水4.8mL，搅拌2.5h后停止搅拌。

S3：控制温度恒定在25℃静置反应16h，之后油浴加热，于150℃下加热15min，即得纳米银流体。

对比例二

本对比例与实施例一相比，步骤S2中采用硼氢化钾作还原剂。具体地：

本对比例提供一种用于冷却工质的纳米银流体的合成方法，按100mL合成量计，包括以下步骤：

S1：配制浓度为1.5g/L的十二烷基苯磺酸钠溶液，用量筒量取10mL十二烷基苯磺酸钠溶液加入到夹套油浴玻璃反应釜内，加入10mL去离子水，再加入35mL乙二醇和5mL丙三醇，再加入0.2mL油酸，控制温度恒定在25℃，并以800rpm的搅拌速度持续搅拌25min，使其均匀混合，得到混合液。

S2：向反应釜内加入浓度为0.8g/L的硝酸银溶液20mL，添加速度为200mL/min；再添加浓度为5g/L的硼氢化钾溶液10mL，添加速度300mL/min，维持搅拌速度800rpm持续0.5h；然后再加入浓度为0.1g/L的亚硫酸钠溶液5mL，添加速度为150mL/min，再加入去离子水4.8mL，搅拌2.5h后停止搅拌。

S3：控制温度恒定在25℃静置反应16h，之后油浴加热，于150℃下加热15min，即得纳米银流体。

对比例三

本对比例与实施例一相比，步骤S1中未加入油酸。具体地：

本对比例提供一种用于冷却工质的纳米银流体的合成方法，按100mL合成量计，包括以下步骤：

S1：配制浓度为1.5g/L的十二烷基苯磺酸钠溶液，用量筒量取10mL十二烷基苯磺酸钠溶液加入到夹套油浴玻璃反应釜内，加入10mL去离子水，再加入35mL乙二醇和5mL丙三醇，控制温度恒定在25℃，并以800rpm的搅拌速度持续搅拌25min，使其均匀混合，得到混合液。

S2：向反应釜内加入浓度为0.8g/L的硝酸银溶液20mL，添加速度为200mL/min；再添加浓度为5g/L的次亚磷酸钠溶液10mL，添加速度300mL/min，维持搅拌速度800rpm持续0.5h；然后再加入浓度为0.1g/L的亚硫酸钠溶液5mL，添加速度为150mL/min，再加入去离子水4.8mL，搅拌2.5h后停止搅拌。

S3：控制温度恒定在25℃静置反应16h，之后油浴加热，于150℃下加热15min，即得纳米银流体。

另外，申请人对本发明各实施例和对比例纳米银流体的导热性能进行评估，具体方法参见《ASTM D2717-1995对于液体的热导率的标准测试方法》，数据见表2。

表2本发明各实施例和对比例纳米银流体的导热系数列表

当然，除了实施例一至实施例三列举的情况，制备过程中的其他参数和条件也是可以的。

本发明在乙二醇-丙三醇-水基中采用一步法合成纳米银流体，制备得到的纳米银流体不仅具有较高的导热系数，能够显著提高液体冷却工质的热交换效率；而且性能稳定，长时间不聚沉，进而能够有效满足工业水冷的要求；即其有效解决了传统纯液体换热工质(如水、油、醇等)存在的导热系数低、热交换效率低下等缺点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。