[发明专利]表面改性纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料技术领域的制备方法，具体涉及一种表面改性纳米颗粒的制备方法。

背景技术

随着科学技术的飞速发展和能源问题的日益突出，热交换设备的换热负荷和换热强度日益增大，传统的纯液体换热工质已很难满足一些特殊条件下的换热与冷却要求，提高换热工质的换热性能已成为研究新一代高效换热冷却技术的主要障碍。

20世纪90年代以来，研究人员开始探索将纳米材料技术应用于强化换热领域，研究新一代高效换热冷却技术。研究人员将纳米颗粒和稳定剂以一定的方式和比例添加到传统的液体换热工质中，形成一类新的换热冷却工质，并称之为纳米流体。纳米流体可以有效地提高液体的换热性能，在提高基液的导热系数，强化对流换热和沸腾换热等方面都有显著的特点。因此纳米流体受到越来越多的学者以及工业界的关注。

但是，纳米流体的稳定性是限制纳米流体广泛应用的主要因素。纳米颗粒比表面积较大，具有很高的表面能，因此很容易通过自聚减少表面能，从而处于能量较低的稳定状态。目前各种商品化的纳米颗粒粉体都处于数十上百的纳米颗粒自聚后产生的团聚状态。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1329123，记载了一种纳米流体高效传热冷却工质及其制备方法，但该技术制备成纳米流体后，即使添加了稳定剂，也不能根本解决纳米颗粒的团聚问题。由于重力原因，团聚颗粒最终从基液中沉淀出来，使得纳米流体难于保持长时间的稳定状态。团聚破坏了纳米流体的稳定性，大大降低了纳米流体强化换热的能力，削弱了纳米流体在实际工程中的应用前景。

进一步检索发现，中国专利文献号CN1354056，记载了一种金属铜纳米颗粒及其制备方法与用途，该技术合成的纳米颗粒在传统液体换热工质中的溶解能力都很低。如果可以提高纳米流体中的纳米颗粒浓度，必将实现更大程度的换热强化。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种表面改性纳米颗粒的制备方法，通过简单的步骤合成可溶于水和乙二醇等传统液体换热工质的纳米颗粒，使用这种改性纳米粒子制备的纳米流体能够在非常高的浓度条件下保持优异的稳定性，颗粒不团聚，不下沉。在传热过程中不会在传热面上形成多孔质沉积层。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步、将二氧化硅纳米颗粒加入蒸馏水中，经分散处理后制成纳米颗粒水溶液；

所述的纳米颗粒水溶液中二氧化硅纳米颗粒的质量百分比浓度小于等于15％；

所述的纳米颗粒水溶液也可以采用商用的纳米颗粒溶液，如Ludox HS30和Ludox TM40以20wt％的浓度溶解于水而获得。

所述的二氧化硅纳米颗粒是指粒径在10-50nm的二氧化硅粉体；

第二步、将硅烷滴加到纳米颗粒水溶液中并进行加热均质处理，然后依次进行透析处理和冷冻处理，得到固态纳米溶液冰块；

所述的硅烷为以下三种硅烷中的任意一种，其用量为二氧化硅纳米颗粒质量的0.1-1倍：

[硅烷1]名称：

METHOXY(POLYETHYLENEOXY)PROPYLTRIMETHOXYSILANE(甲氧基(聚乙烯氧基)丙基三甲氧基硅烷)，CAS：65994-07-2；

[硅烷2]名称：

3-[HYDROXY(POLYETHYLENEOXY)PROPYL]HEPTAMETHYLTRISILOXANE(3-[羟基(聚乙烯氧基)丙基]七甲基三硅氧烷)，CAS：67674-67-3；

[硅烷3]名称：

(3-GLYCIDOXYPROPYL)TRIMETHOXYSILANE(3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)，CAS：2530-83-8。

所述的加热均质处理是指：在70摄氏度环境下对纳米颗粒水溶液进行超声搅拌48个小时。

所述的透析处理是指：在室温条件下，将纳米颗粒水溶液放入到蛇皮式透析膜中选用蒸馏水进行透析，每4小时更换一次蒸馏水，透析共持续48小时。

所述的冰冻处理是指：将透析处理后的纳米颗粒水溶液置于零下5度到20摄氏度的条件下放置4到5小时，得到固态纳米溶液冰块；

第三步、对固态纳米溶液冰块进行抽吸冻干处理，制备得到白色膨松状的表面改性纳米颗粒。

所述的抽吸冻干处理是指用冻干机将固态纳米溶液冰块进行低温抽吸，抽吸压力小于等于0.8帕斯卡，抽吸温度低于零下50摄氏度。