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随着对强化传热技术研究的深入,低导热系数的换热工质(如水、油、醇等)己成为影响新一代高效传热冷却技术的主要障碍。而纳米流体概念的提出以及纳米流体制备技术的发展为解决这一问题提供了行之有效的方法。碳纳米管以其优异的性能(如导热系数高、稳定性好、密度与水、机油、乙醇等的密度很接近,而且比表面积大)而成为制备纳米流体的理想原料。
针对碳纳米管长径比大,容易相互缠绕团聚的问题,对碳纳米管如何较好的分散于水中进行了研究。首先,对碳纳米管的原始产品进行纯化处理,并用SEM、TEM、拉曼光谱和红外光谱对改性前后的碳纳米管进行表征。纯化后,碳纳米管的纯度得到明显提高,催化剂颗粒和无定形碳等杂质基本得以去除,而且在纯化的过程当中碳纳米管的表面产生了羟基和羧基等官能团,为碳纳米管均匀分散于水中提供了有利的条件。其次,综合运用了物理法(超声分散)和化学法(添加表面活性剂)两种手段分散碳纳米管,用两步法制备了碳管纳米流体。
研究了表面活性剂的类型及用量,超声振荡时间,碳纳米管长径比以及管身的形态、粒径的大小等因素对碳管纳米流体分散稳定性的影响。试验发现:不同类型的表面活性剂对碳纳米管的分散作用并不同,阳离子型表面活性剂HTAB的分散作用最好;阴离子型的表面活性剂SDS分散作用最差;表面活性剂有一个适宜的浓度范围,过大和过小都不利于碳纳米管在水中分散;超声时间适当的延长对碳纳米管在水中的分散非常有利,但超声时间不需过长,以1h~2h为宜;管身形态对碳纳米管的分散性影响也很大,管身短小、不光滑的碳纳米管在水中的分散性较好。
用恩氏粘度计测量了碳管纳米流体的粘度,表征了其流动性。碳管纳米流体的粘度比水的还小,其流动性较好。用重力沉降法、离心沉降法,并首次尝试使用了测量碳管纳米流体的电阻的方法表征了碳管纳米流体的稳定性。