[发明专利]一种中高温稳定分散的纳米流体及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种中高温稳定分散的纳米流体及其制备和应用，该方法通过调控纳米颗粒的结构、尺寸和密度，实现了其在中高温工质中的长期稳定分散。工作原理是通过优化纳米颗粒的合成工艺，得到一种表面高度粗糙、尺寸小且分布范围窄、相对密度小的碳纳米颗粒。粗糙表面结构减少了颗粒直接相互接触面积，降低了颗粒间的范德华吸引力，从而削弱了颗粒团聚作用。同时，较小的尺寸和密度大幅削弱了纳米颗粒的重力沉降，实现了其在中高温工质中稳定悬浮。本发明实现了纳米颗粒在中高温工质中的长期稳定分散，将纳米流体的应用拓展到中高温太阳能储热等领域，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种中高温稳定分散的纳米流体及其制备和应用。

背景技术

纳米流体是一类通过在工质中添加功能性纳米材料所制备的复合流体，它结合了工质液体的优良流动性和添加的第二相纳米材料所赋予的功能性，在热能传输与管理、生物医疗、能源化工、航天航空等领域具有重要应用价值。相对于常规低温纳米流体，能够在较高工作温度下保持长期稳定分散的纳米流体在高通量太阳能光热转换、传热、储存等领域具有更为广泛的应用前景。

然而，纳米流体通常都存在分散性差的问题，第二相纳米材料易发生团聚沉淀，导致丧失原有的功能。在中高温服役条件下，纳米流体分散的稳定性更差，这严重限制了纳米流体的开发和应用。当前，提高纳米颗粒在纳米流体中分散性的方法主要有两种：一种是基于静电稳定机理，通过调节流体的pH或加入表面活性剂，增加颗粒表面电荷，增强颗粒间的静电排斥作用，但该方法不适用于油等中高温非极性流体体系；另一种是基于空间位阻稳定机理，通常在颗粒表面修饰较长的聚合物支链，增大颗粒间距，减小颗粒间范德华吸引力，但是该方法通常需要复杂的表面改性工艺，且修饰的聚合物支链容易在中高温服役条件下降解从而失去位阻效应。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种中高温稳定分散的纳米流体及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种中高温稳定分散的纳米流体，由中高温工质、以及分散与中高温工质中的纳米颗粒组成。

进一步的，所述纳米颗粒为碳纳米颗粒、碳复合陶瓷颗粒、金属或金属氧化物颗粒中的一种。

进一步的，所述中高温工质为多元醇、导热油、熔融盐等中的一种，即指工作温度在150～500℃等中高温范围下的工质。

进一步的，所述纳米颗粒的相对密度范围为1.01～1.3:1，所谓相对密度是指碳纳米颗粒与中高温工质的密度比值。

进一步的，所述纳米颗粒的表面形貌为包括星状、花状、海胆状、树突状、褶皱状或枝状等在内的高度粗糙形状，即非传统的球形、方形等表面光滑的形状，具体的，纳米颗粒的表面形貌为上述星状、花状、海胆状、树突状、多孔褶皱状或枝状等高度粗糙形状。

进一步的，所述纳米颗粒的粒径分布在50～500nm。

更进一步的，所述纳米颗粒的粒径分布在200～400nm。

进一步的，该纳米流体的使用温度为150～500℃。

本发明的技术方案之二还提供了一种中高温稳定分散的纳米流体的应用，该纳米流体用于太阳能集热、储热或传热中。

本发明通过调控纳米颗粒的结构及相对密度实现了其在工质中的长期高温稳定分散。工作原理是通过优化纳米颗粒的合成制备工艺，得到一种表面高度粗糙、尺寸小且分布范围窄、相对密度小的纳米颗粒。将纳米颗粒分散到中高温工质中，纳米颗粒的表面粗糙结构减少了颗粒直接相互接触面积，降低了颗粒间的范德华吸引力，从而削弱了颗粒团聚作用。同时，对于单个颗粒，较小的尺寸和相对密度大幅削弱了其在重力作用下的沉降，使得重力沉降速率小于布朗分散速率，实现了其在中高温工质中长时间稳定悬浮。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：