專利名稱：一種氮化鈦氨水納米流體及其制備方法
技術領域：
本發明屬于納米流體制冷劑制備領域，具體來說，涉及一種氮化鈦氨水納米流體及其制備方法。
背景技術：
隨著納米材料科學的迅速發展，越來越多的研究表明納米流體不僅具有提高流體導熱系數對流傳熱和沸騰傳熱，還具有減小壁面摩擦阻力，改進光學性能等優點。納米流體在傳熱和傳質兩方面的強化作用可以用來強化氨水制冷系統中氨氣的吸收與發生過程，目前國內外已經有學者將氧化鋁、氧化亞鐵等納米材料應用于氨水吸收系統中，通過降膜、鼓泡吸收等方式進行研究，取得了較為理想的效果納米。流體的制備是納米流體在工程流體領域應用的基礎和關鍵步驟，而制備效果的好壞是需要能夠對納米粉體的團聚沉降特性進行評估。納米顆粒在液體中的分散主要是基于靜電穩定或空間位阻穩定機制，常用的三種方法包括顆粒的表面修飾 、改變基液的PH值和超聲振動。目前已經有很多學者研究了這三種分散方法對納米流體穩定性的影響，由于分散劑大多屬于有機溶劑，加在氨水吸收系統中會對整個系統造成不可預知的影響，已有最新的研究表明表面活性劑SDBS會對氧化銅-水納米流體的對流換熱起到抑制作用，為了避免表面活性劑可能出現的不利影響，本發明擬在不適用活性劑的情況下，靠調節納米顆粒濃度以及基液的氨水質量分數，并利用磁力攪拌和超聲振動結合的方法來制備一種氨水納米流體。再者，在納米流體制備方面，雖然目前已有很多方法應用于強化納米顆粒在液體中分散，包括攪拌、剪切、球磨等物理方法，也有表面修飾、改變PH值等化學方法，然而溶液中還是有一部分納米顆粒處于團聚狀態，并沒有被這些方法分散開來，主要原因是顆粒間很強的作用力，包括范德華力，甚至氫鍵的作用等。這部分納米顆粒團聚體的存在不僅會削弱納米流體的優異特性，比如微對流、高傳熱傳質性能、低粘度(相對于微米顆粒懸浮液)等，而且在納米流體的使用過程中，這部分團聚體可能成為團聚吸附核心使更多的納米顆粒吸附在上面，從而導致納米流體的分散性進一步的降低。

發明內容
技術問題:本發明所要解決的技術問題是:提供一種氮化鈦氨水納米流體，該納米流體具有穩定的分散性和優異的導熱系數，同時，還提供了該納米流體的制備方法，該制備方法可以保證獲得所需的納米顆粒質量分數，并且能通過自然沉降去除掉納米顆粒中包含的分散性較差的納米團聚體部分，提高納米流體的分散性。技術方案:為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:—種氮化鈦氨水納米流體,該納米流體由納米顆粒和基液組成，所述的納米顆粒是粒徑為20nm的氮化鈦顆粒，所述的基液是質量分數為5%的氨水溶液，納米顆粒占納米流體的質量分數為1.5%。
上述的氮化鈦氨水納米流體的制備方法，該制備方法包括以下步驟:步驟10)首先向質量分數為5%的氨水溶液中添加氮化鈦顆粒，形成初始納米流體，氮化鈦顆粒占初始納米流體的質量分數為3% ；步驟20)利用恒溫磁力攪拌器，在溫度為20°C的環境下，攪拌初始納米流體30分鐘；步驟30)在溫度為20°C的超聲水浴中，振蕩初始納米流體10分鐘，振蕩頻率為45kHz ；步驟40)利用紫外可見分光光度計，測量步驟30)振蕩后的初始納米流體的吸光度 Aini ；步驟50)將初始納米流體靜置24小時，該初始納米流體分為上層未沉降的納米流體和下層沉降的納米顆粒，然后利用注射器將上層未沉降的納米流體分離出來；步驟60)利用紫外可見分光光度計，測量步驟50)分離出來的納米流體的吸光度
Aaf ;步驟70)使用質量分數為5%的氨水溶液，稀釋步驟50)分離出來的納米流體，稀釋比例為:分離出來的納米流體質量:加入的質量分數為5%的氨水溶液質量=Aini:(2Aaf-Aini)，獲得質量分數為1.5%的氮化鈦氨水納米流體。有益效果:與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下有益效果:該納米流體具有穩定的分散性和優異的導熱系數。本發明的氮化鈦氨水納米流體，由質量分數為1.5%的氮化鈦納米顆粒與質量分數為5%的氨水基液組成。該納米流體在未添加分散劑的情況下，依靠調節納米顆粒和基液中氨的質量分數，來獲得了穩定分散的納米流體，并利用基于比吸光度的制備方法來進一步提升其分散穩定性。本發明的制備方法基于比吸光度，利用自然沉降原理，通過采用特定的納米顆粒和氨水基液中氨的質量分數，來獲得穩定分散的氮化鈦氨水納米流體。本發明的制備方法能有效地將納米顆粒中分散性較差的部分從納米流體中去除，而保留分散性優異的納米流體部分，而且能保證納米流體中納米顆粒的質量分數為1.5%，由于納米顆粒的質量分數和氨水濃度影響著納米流體的穩定性和熱力學性能，利用本發明所選用的納米顆粒質量分數和氨水基液的質量分數，能獲得分散性能優異的納米流體，其納米流體的導熱系數也較高。


圖1為本發明的流程框圖。圖2為本發明的實施例中配置的各種氮化鈦氨水納米流體的吸光度值圖。圖3為本發明的實施例中配置的各種氮化鈦氨水納米流體在靜置48小時后的吸光度值圖。圖4為本發明的實施例中配置的各種氮化鈦氨水納米流體在靜置48小時后的有效導熱系數比值圖。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細的描述。本發明的氮化鈦氨水納米流體，由納米顆粒和基液組成，所述的納米顆粒是粒徑為20nm的氮化鈦(化學式為TiN)顆粒，所述的基液是質量分數為5%的氨水溶液，納米顆粒占納米流體的質量分數為1.5%。如圖1所示，上述氮化鈦氨水納米流體的制備方法，包括以下步驟:步驟10)首先向質量分數為5%的氨水溶液中添加氮化鈦顆粒，形成初始納米流體，氮化鈦顆粒占初始納米流體的質量分數為3%。所述的氮化鈦顆粒的粒徑為20nm。步驟20)利用恒溫磁力攪拌器，在溫度為20°C的環境下，攪拌初始納米流體30分鐘。步驟30)在溫度為20°C的超聲水浴中，振蕩初始納米流體10分鐘，振蕩頻率為45kHz。步驟40)利用紫外可見分光光度計，測量步驟30)振蕩后的初始納米流體的吸光度 Aini。步驟50)將初始納米流體靜置24小時，該初始納米流體分為上層未沉降的納米流體和下層沉降的納米顆粒，然后利用注射器將上層未沉降的納米流體分離出來。上層未沉降的納米流體就是納米顆粒穩定分散部分的納米流體。步驟60)利用紫外可見分光光度計，測量步驟50)分離出來的納米流體的吸光度
Aaf °`
步驟70)使用質量分數為5%的氨水溶液，稀釋步驟50)分離出來的納米流體，稀釋比例為:分離出來的納米流體質量:加入的質量分數為5%的氨水溶液質量=Aini:(2Aaf-Aini)，獲得質量分數為1.5%的氮化鈦氨水納米流體。為了進一步說明本發明所制備納米流體在穩定性和熱物性等方面的優越性，利用本發明所述的制備方法，通過對包含不同質量分數納米顆粒和不同質量分數氨水基液的納米流體的穩定性和導熱系數進行比較。比較方法為測量各種納米流體的吸光度與導熱系數。吸光度越大，則代表經過靜置后流體中懸浮的納米顆粒越多，也就是說其分散穩定性越好。吸光度的測試方法為:將納米流體靜置一段時間后，取試管上層固定高度溶液注入比色皿，再使用紫外可見分光光度計，對各個試管吸光度進行測試。導熱系數的測試采用雙熱線瞬態導熱系數測量方法進行測量。瞬態熱線法是利用測量熱線的電阻變化來測量液體導熱系數，其理論基礎是無限大介質中的徑向一維非穩態導熱。在無限大的均勻流體中置入長度相對熱線直徑無限長的線熱源，當二者處于熱平衡時，用恒熱流對線熱源進行加熱，線熱源及其周圍的流體就會產生溫升，從而引起線熱源的電阻變化，根據線熱源的阻值隨時間的變化關系就可以得到液體的導熱系數。試驗對象為:在質量分數為0、5%、10%、15%、20%、25%的氨水基液中，分別添加粒徑為20nm的氮化鈦顆粒，在每種質量分數氨水基液配置的納米流體中，氮化鈦顆粒占納米流體的質量分數分別為0.25%,0.5%、0.75%、1%、1.25%、1.5%、1.75%、2%。這樣形成48種不同的氮化鈦納米流體。在配置好各種氮化鈦納米流體后，即時測試該48種氮化鈦納米流體的吸光度，結果如圖2所示。從圖2中可知，氮化鈦納米流體的吸光度與氮化鈦顆粒的質量分數乘正比，含相同質量分數氮化鈦顆粒的納米流體在初始制備時具有相等的吸光度，說明了吸光度作為穩定性指標的可信度。在上述48種不同的氮化鈦納米流體靜置48小時后，再測試其吸光度，結果如圖3所示。從圖3可以看出:在氮化鈦顆粒質量分數為1.5%，氨水質量分數為5%時，氮化鈦納米流體具有最大的吸光度，為1.38。這說明本發明所述納米流體具備較為優異的分散性能。圖4為靜置48小時后，上層未沉降的納米流體的有效導熱系數比(有效導熱系數比是納米流體導熱系數與基液導熱系數之比)。納米流體的有效導熱系數比高，也就說明納米流體的導熱系數高。通過有效導熱系數比，來定量說明納米流體的導熱系數提高了多少。從圖4可以看出:納米流體的有效導熱系數比與納米流體的穩定性明顯正相關。也就是說，在氮化鈦顆粒質量分數為1.5%，氨水質量分數為5%時，氮化鈦納米流體具有最大的有效導熱系數比，為1.093。這進一步說明了本發明所制備的納米流體同時具備了穩定分散性以及高導熱系數的 優良性能。
權利要求
1.一種氮化鈦氨水納米流體，其特征在于，該納米流體由納米顆粒和基液組成，所述的納米顆粒是粒徑為20nm的氮化鈦顆粒，所述的基液是質量分數為5%的氨水溶液，納米顆粒占納米流體的質量分數為1.5%。
2.—種權利要求1所述的氮化鈦氨水納米流體的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟: 步驟10)首先向質量分數為5%的氨水溶液中添加氮化鈦顆粒，形成初始納米流體，氮化鈦顆粒占初始納米流體的質量分數為3% ； 步驟20)利用恒溫磁力攪拌器，在溫度為20°C的環境下，攪拌初始納米流體30分鐘； 步驟30)在溫度為2 0°C的超聲水浴中，振蕩初始納米流體10分鐘，振蕩頻率為45kHz ； 步驟40)利用紫外可見分光光度計，測量步驟30)振蕩后的初始納米流體的吸光度A...1ιιηι ， 步驟50)將初始納米流體靜置24小時，該初始納米流體分為上層未沉降的納米流體和下層沉降的納米顆粒，然后利用注射器將上層未沉降的納米流體分離出來； 步驟60)利用紫外可見分光光度計，測量步驟50)分離出來的納米流體的吸光度Aaf ；步驟70)使用質量分數為5%的氨水溶液，稀釋步驟50)分離出來的納米流體，稀釋比例為:分離出來的納米流體質量:加入的質量分數為5%的氨水溶液質量=Aini: (2Aaf-Aini),獲得質量分數為1.5%的氮化鈦氨水納米流體。
3.按照權利要求2所述的氮化鈦氨水納米流體的制備方法，其特征在于，所述的步驟10)中，氣化欽顆粒的粒徑為20nm。
全文摘要
本發明公開了一種氮化鈦氨水納米流體，由納米顆粒和基液組成，納米顆粒是粒徑為20nm的氮化鈦顆粒，基液是質量分數為5%的氨水溶液，納米顆粒占納米流體的質量分數為1.5%。該納米流體具有穩定的分散性和優異的導熱系數。本發明還公開了該氨水納米流體的制備方法，步驟10)向氨水溶液中添加氮化鈦顆粒；步驟20)攪拌初始納米流體；步驟30)振蕩初始納米流體；步驟40)測量初始納米流體的吸光度；步驟50)將初始納米流體靜置，將上層未沉降的納米流體分離出來；步驟60)測量分離出來的納米流體的吸光度；步驟70)稀釋分離出來的納米流體，獲得質量分數為1.5%的氮化鈦氨水納米流體。該制備方法可提高納米流體的分散性。
文檔編號C09K5/04GK103113851SQ20131005462
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月20日 優先權日2013年2月20日
發明者楊柳, 杜塏 申請人:東南大學