J^磷质石灰羟基磷灰石，其形成磷灰石 的结晶家族的一部分，其为具有相同的六方结构的同形化合物。这是最常用于生物材料的 磷酸钙化合物。羟基磷灰石主要用于医学应用。表面特性和性能类似于上文讨论的红色熔 岩颗粒，但可能具有比红色熔岩颗粒更好的表面粗糙度。
[0174] IV型颗粒 一些固体团簇材料具有产生团簇结构压裂以产生生成促进动力边界层混合的表面特 性的个体独特的均匀材料的能力。
[0175] 现在参照图33A和图33B，示出了在24小时的结晶时间之后Al泡沫体/沸石复合 材料在不同放大倍数下的SEM图像。图33A示出了 Al泡沫体/沸石结构。图33B示出了 MFI聚集体。这两个图像示出了该材料的固有结构，其在机械加工时将易于压裂以产生个体 独特形成的颗粒的不规则形状的团簇。材料的表面特性越多样，材料与流动流体的边界层 的粘性非滑移区的相互作用将越好，从而产生动力边界层混合。该材料具有花样的蓓蕾，其 具有锐利且边界明确的突出的无规90°拐角。所述拐角将促进边界层的机械搅动。所述颗 粒还具有半球形或圆柱体样形状，其将允许该材料滚动或翻滚，同时由于多样化表面特性 而保持与边界层接触。据估计所述颗粒的优选大致应用尺寸在1μπι-20μπι之间。该材料 可用于高粘度的流体中。所述表面特性将产生硬化材料诸如阻燃剂、氧化锌和碳酸钙的优 异分散。随着Al泡沫体/沸石复合材料的颗粒滚动，似块状的形成物像微型锤磨机一样起 作用，将流动流体中的对边界层冲击的材料铲掉。
[0176] 现在参照图34A和图34B，示出了微晶沸石Y的SEM图像（图34A)和纳米结晶沸石 Y的SEM图像（图34B)。所述颗粒具有与上文在泡沫体/沸石中提到的那些特性全部相同 的在纳米水平下的特性。在图34A中，在图像中心处的主要的半扁平颗粒为约400nm。在图 34B中，多层面点（multifaceted dot)的颗粒尺寸小于100nm。在机械加工下，这些材料可 被压裂成多样的动力边界层混合颗粒。据估计对于图34A的团簇材料来讲优选的大致应用 尺寸在400nm-10 μπι之间且对于图34B的团簇材料来讲优选的大致应用尺寸在50nm-150nm 之间。在高机械剪切下，这些团簇材料具有通过压裂阻止团簇颗粒容易地滚动的阻力最大 的颗粒（most resistant particle)而自成型的能力。由于其动态无规转动能力，这些团 簇材料在作为流动流体中的摩擦改性剂方面是优异的。
[0177] 现在参照图35,示出了 50nm-150nm的氧化锌颗粒。氧化锌为可根据所需应用专门 使其疏水或更亲水的廉价纳米粉体。氧化锌形成具有极其无规形状的团簇。该材料由于其 在流动流体中产生的无规转动移动而很好地工作。所述颗粒具有90°拐角的多样化表面 特性，其产生多样形状的叶片样特性。表面特性包括以各种形状诸如圆柱形、长方形、球杆 形、Y形颗粒、X形颗粒、八边形、五边形、三角形、菱形团聚在一起的伸出臂。由于这些材料 由具有多样形状的团簇构成，所以所述材料引起巨大的摩擦减少，原因是边界层通过多样 化机械混合被搅成尽可能接近湍流，同时仍保持层流流体流动。
[0178] V型颗粒 V型颗粒导致到边界层中的中等穿透。V型颗粒产生类似于干磨上的叶耙的边界层 的中等动力混合。V型颗粒对于边界层的胶粘区域具有优异的粘附力，这对于两相边界层 混合是需要的。V型颗粒引起添加剂最小程度的分散。因此，V型颗粒的加入增加了流体 流动且所述颗粒将趋向于保持为悬浮状态。具有侵略性表面形态（aggressive surface morphology)如粗糙、群聚（groups)、条纹和毛发样纤维的一些空心或实心半球形团簇材 料以随意滚动的能力促进对边界层的优异粘附且可用于低粘度流体和相变材料诸如液 体-气体和气体-液体中。V型颗粒具有促进边界层动力混合的所需表面特性。
[0179] 现在参照图36A和图36B，示出了固体残渣的扫描电子显微照片（图36A)和在 KKTC下合成的沸石-P的扫描电子显微照片和能量色散光谱学（EDS)面积分析。与在IV 型颗粒中论述的团簇材料不同，这些材料具有球形形状和可通过从颗粒的表面伸出的毛发 样材料产生的表面粗糙度。图36A示出了具有良好球形特性的颗粒。大部分球体在表面具 有通过类似于砂粒的小连接颗粒产生的表面粗糙度。图36B示出了具有从整个表面伸出 的毛发样纤维的半圆形颗粒。这些特性促进对边界层良好但不算优异的粘附。这些材料在 边界层的表面上随意滚动以引起最低程度的混合，从而促进在两相体系中的动力边界层混 合。例如，随着液体在封闭系统中转变成气体，边界层迅速变薄。所述颗粒必须保持接触并 滚动以促进动力边界层混合。所述材料还必须能够在气流内行进以再循环回到液体中以在 两相中起到活性介质的作用。这些颗粒具有在约1μπι-5μπι之间的优选颗粒尺寸范围（图 36Α)和在约20 μπι-40 ym之间的优选颗粒尺寸范围（图36Β)。它们都将在高压蒸汽生成 系统中很好地工作，其中颗粒将使在锅炉壁上的滞止膜从传导向对流传热过程移动。
[0180] VI型颗粒 现在参照图37A、图37B和图37C，示出了纳米结构的CoOOH空心球体，其为各种氧化钴 衍生物（dative)(例如，C〇304、LiCoO2)的通用前体并还具有优异催化活性。CuO为具有窄 带隙（例如，1.2eV)的重要的过渡金属氧化物。CuO已经用作催化剂、气体传感器且用于锂 离子电池的阳极材料中。CuO也已经用于制备高温超导体和磁阻材料。
[0181] 现在参照图38A和图38B，示出了 2. 5μπι均匀普通Al2O3纳米球（图38A)和在表 面上具有毛发样纤维的635nm的均匀普通Al 2O3纳米球。
[0182] 现在参照图39,示出了计算机生成的模型，其示出了促进边界层粘附以使得纳米 尺寸的颗粒将在保持与流动流体的边界层接触同时沿边界层滚动并产生动力混合的毛发 样纤维。
[0183] 人们早已知道，纳米颗粒具有无限的自团聚，这大大影响了其充当悬浮在流体 或气体中的纳米颗粒的能力。动力边界层混合颗粒产生了由"Additives for Paint， Coatings and Adhesives"（美国专利申请公开第2011/0301247号）所示的优异的分散性 能，其通过引用并入本文。
[0184] 图7示出了两个硬质PVC样品，在两个样品中具有相同的颜料负载量，其中一个样 品包含动力边界层混合颗粒。
[0185] 图9示出了具有ABS斑点的硬质PVC。
[0186] 图10示出了混合在一起的PVC和ABS。
[0187] 图40示出了含有和未加入珍珠岩的涂料中的分散能力的照片对比。
[0188] 异质材料的混合和共混 图9示出了具有ABS斑点的硬质PVC。这两种材料即使在高剪切条件下也不会在化学 上混合或共混在一起。
[0189] 图10示出了加入动力边界层混合颗粒对难以混合的异质材料的影响。在挤出机 中，将PVC与ABS混合在一起，其导致了 ABS像黑色颜料一样起作用。
[0190] 图40A和40B示出了在Chrysler工厂的彩色汽车涂料中的颜料的增强的分散能 力。两种喷雾样品用相同的预混Chrysler，PB3 Caledonia Blue，序号：293 99384汽车涂 料开始。左侧样品（图40A)具有加入其中的由膨胀珍珠岩制成的（I)型动力边界层混合 颗粒。动力混合颗粒是白色的，并按质量计以1%的量加入。右侧样品（图40B)是标准的 工厂颜色。很清楚地看到左侧样品比右侧样品具有更暗以及更丰富的颜色。该实验表明颜 料的颜色可以通过将纳米和微米颗粒混入涂料边界层中来增强。很容易看到颜料的改进的 分散。然而，其它的添加剂也被较好地分散，以产生更均匀的混合物，尽管其它改进的分散 不能在整个聚合物中看到。
[0191] 因此，本发明非常适合实现这些目标且获得上述结果和优势以及在其中固有的那 些结果和优势。虽然已经出于本公开的目的而描述了本发明目前优选的实施方案，但是本 领域技术人员将显而易见许多改变和改进。这些改变和改进都涵盖在如由权利要求书限定 的本发明的精神内。
【主权项】
1. 增加流动流体中的传热的方法，所述方法包括以下步骤： 将多个动力混合颗粒分散在整个基础传热流体中，其中所述颗粒以使得形成稳定的纳 米流体的尺寸和浓度存在； 其中所述基础传热流体包含具有滞止膜的边界层部分和自由物流部分；和 进一步包括将所述边界层部分与所述颗粒混合，从而改进所述流体的传热机制。2. 根据权利要求1的方法，其中： 所述混合的步骤包括产生允许气泡迅速穿过所述滞止膜逸出的低表面能区域，从而增 加传热并加速所述流体的相变。3. 根据权利要求1的方法，其中： 所述混合的步骤包括将传热机制由传导性的改变为对流，从而加速传热。4. 根据权利要求1的方法，其中： 所述混合的步骤包括将所述流体流过的构件的壁上的摩擦系数由静力的转变为动力 的，从而通过增加流体流动速度来增加传热。5. 根据权利要求1的方法，其中： 所述颗粒的尺寸范围为其中所述边界层的u=0. 99U时的计算值的0. 1% -100%。6. 根据权利要求1的方法，其中： 所述颗粒选自I型、II型、III型、IV型、V型和VI型。7. 根据权利要求1的方法，其中： 所述颗粒由选自I型、II型、III型、IV型、V型和VI型中的至少一种的颗粒的混合物 组成。
【专利摘要】通过引入具有专用化表面的颗粒，经由边界层膜的动力运动增强的传热。边界层是滞止的，减少了进入流动流体中的传热。边界层传热主要是传导。将专用化颗粒引入流体中促进了边界层混合，从而将传导转化为穿过所述膜的对流。本发明的颗粒翻滚同时混合了边界层，这提供了颗粒周围的低表面积能量位点。动力运动增加了在沸腾期间的用于气相传递的成核。流体中的金属和陶瓷纳米颗粒增加了流体热传导率。通过改性此类纳米颗粒的表面特性，以促进边界层的混合，流体传热和热传导率将增加。材料的专用化表面特性确保了颗粒与边界层的相互作用，以产生用于加速成核的动力混合和低表面积能量位点，从而增强了气体或液体的传热。
【IPC分类】C09K5/04, F28F13/02
【公开号】CN104969025
【申请号】CN201280077778
【发明人】W.L.老约翰逊
【申请人】伊科普罗有限责任公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2012年10月17日
【公告号】EP2912398A1, WO2014062179A1