中國(guó)粉體網(wǎng)訊  隨著全球能源短缺局勢(shì)的日益嚴(yán)峻和國(guó)際社會(huì)對(duì)節(jié)能減排的迫切需求，包括冶金、化工、制冷、供暖、太陽(yáng)能熱發(fā)電以及核工業(yè)等在內(nèi)的能源產(chǎn)業(yè)均對(duì)儀器設(shè)備的換熱效率提出了更高的要求。納米流體作為新興的導(dǎo)熱材料，引起了新世紀(jì)科研工作者的重視。1995年，CHOI等人首次研制出納米流體，其導(dǎo)熱系數(shù)較傳統(tǒng)流體得到了很大的提高。納米流體能有效地提高流體的熱導(dǎo)率，降低傳熱過(guò)程中的能量損耗。

納米流體是納米粒子懸浮在基液中形成的穩(wěn)定懸浮液，納米粒子材料有陶瓷、金屬、和不同形式的碳等，基液有水、醇、二醇、油及其混合物等。

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1 納米流體制備方法

從定義上來(lái)講納米流體主要是由納米粒子和基液組成，一切制備方法都是為了使納米粒子均勻地分散在基液中，并且長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在。所以依據(jù)分散納米粒子的時(shí)機(jī)可以將納米流體的制備分為兩種方法，即一步法和兩步法。

1.1 一步法

一步法是指制備納米粒子和制成納米流體是一起完成的。許多代表性納米流體是一步法制成的。早期制備納米流體的科研工作者，采用了一步到位的物理氣相沉積的方法，合成了納米尺寸的銅粒子。在充有惰性氣體的超真空環(huán)境內(nèi)，用激光照射銅金屬靶，使銅金屬受熱升華，并通過(guò)低溫液氮環(huán)境而冷凝成固體粒子，將銅固體顆粒與基礎(chǔ)流體均勻混合形成均一穩(wěn)定的分散液，得到銅納米流體。也有學(xué)者采用液相法，先加入Na3C6H5O7作分散劑，再將KBH4與CuSO4·5H2O反應(yīng)生成銅單質(zhì)，然后調(diào)節(jié)pH值制備出銅納米流體。

1.2 兩步法

兩步法又可以細(xì)分為兩種，一種方法是先獲得納米粒子，加入表面活性劑或分散劑，用超聲振動(dòng)，磁力攪拌器，高剪切力混合器，均化器和砂磨機(jī)等裝置將基液中的納米顆粒打散以致其在基液中分布均勻。

另一種是制備納米粒子的時(shí)候就加入表面活性劑或分散劑，再高速離心得到納米粒子濃縮液，將濃縮液加入基液配制成納米流體。這種方法比一步法制備簡(jiǎn)單，方便，不必再使用物理方法進(jìn)一步加工。

2 納米流體的性能

科研工作者已對(duì)納米流體的熱導(dǎo)率、粘度和穩(wěn)定性等一系列流體性能做了相關(guān)研究。熱導(dǎo)率也稱(chēng)為導(dǎo)熱系數(shù)，是物質(zhì)導(dǎo)熱能力的量度。此外，熱交換領(lǐng)域在要求設(shè)備具有較高傳熱效率的同時(shí)，也要求具有較低的粘度和懸浮穩(wěn)定性，以防止壓力損失和顆粒沉積所導(dǎo)致設(shè)備故障。

2.1 納米流體的熱導(dǎo)率

從近年來(lái)的研究可以看出，納米流體導(dǎo)熱系數(shù)變化存在很多規(guī)律，這激發(fā)了研究者對(duì)其內(nèi)在機(jī)制進(jìn)行研究的興趣。盡管在該領(lǐng)域已經(jīng)有很多研究成果，但因其影響因素繁多，一些研究結(jié)果仍備受爭(zhēng)議。這其中包括納米顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)、固／液界面形成的分子層、以及雜化納米流體顆粒的協(xié)同作用等。納米顆粒對(duì)流體熱導(dǎo)率的提升，國(guó)內(nèi)外已有眾多研究人員做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，并得到了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表1。

2.2 納米流體的穩(wěn)定性

影響穩(wěn)定性的因子有粒徑、流變特征、溫度、pH值、超聲處理程度和是否摻入分散劑等。在納米流體中，粒子相互吸引或排斥。這種作用的影響(包括分子間作用力和靜電斥力)取決于粒子間距與總界面能量。較高的電勢(shì)差使得顆粒間距增大，集聚現(xiàn)象不易發(fā)生，膠體更加穩(wěn)定，從而使得流體的熱導(dǎo)率較高。

2.3 納米流體的粘度

粘度是一個(gè)重要的物理化學(xué)參數(shù)。粒子會(huì)增加流體流動(dòng)摩擦阻力，從而改變粘度，帶來(lái)流變性問(wèn)題，影響流體的脈動(dòng)功率和對(duì)流換熱協(xié)同效率，對(duì)其制備與設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生重要影響。而且納米流體的粘度與流體的傳熱機(jī)理密切相關(guān)，對(duì)粘度的研究有助于對(duì)導(dǎo)熱率變化規(guī)律的掌握。

3 納米銀流體材料的優(yōu)點(diǎn)

（1）銀是已知和常見(jiàn)可販?zhǔn)鄣慕饘僦袩釋?dǎo)率最高，納米銀有很好的抗菌效果。

（2）銀納米材料制備方法較多，形貌多種多樣，高長(zhǎng)徑比的納米銀線對(duì)熱導(dǎo)率具有良好的促進(jìn)作用。

（3）用多元醇還原的銀納米材料分散性良好，可大批量生產(chǎn)。

（4）通過(guò)對(duì)銀納米線和顆粒狀的材料混合導(dǎo)熱的研究，探索其不同形貌材料混合導(dǎo)熱的規(guī)律。

4 納米流體研究展望

納米流體作為一種全新的導(dǎo)熱介質(zhì)，在世界能源局勢(shì)日益緊張的環(huán)境下，應(yīng)用前景非常廣闊。但由于建立成熟的生產(chǎn)體系仍然存在很多技術(shù)難題，目前依然鮮見(jiàn)納米流體在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的大規(guī)模應(yīng)用。

由于納米尺寸材料具有的獨(dú)特效應(yīng)，粒子在基液內(nèi)的分布狀態(tài)需要?jiǎng)?chuàng)新的納米流體力學(xué)規(guī)律去闡釋。此外，對(duì)納米流體穩(wěn)定性的研究有利于實(shí)現(xiàn)大批量納米流體的穩(wěn)定生產(chǎn)工藝，有利于熱交換領(lǐng)域中節(jié)能材料的相關(guān)研究，希望納米流體能夠在人們的生產(chǎn)生活中獲得廣泛應(yīng)用。納米流體粘度理論的研究也有所不足，對(duì)粘度影響因素的探尋還未有具有普遍適用性的結(jié)論。

納米流體作為一種新型高效換熱工質(zhì)展現(xiàn)出良好的換熱性能引起了許多研究者的關(guān)注。2021年6月19日上午10點(diǎn)，中國(guó)粉體網(wǎng)旗下粉體公開(kāi)課平臺(tái)邀請(qǐng)到深圳大學(xué)副教授向雄志作《混合銀納米流體的制備及性能研究》報(bào)告。此研究采用混合納米銀材料制備了熱導(dǎo)率達(dá)到0.9264W/（m·K）的高熱導(dǎo)率納米流體，運(yùn)用仿真模型獲得了這樣的高效率通道的棒和顆粒的最優(yōu)比例。該研究還研究了納米流體的粘度、潤(rùn)濕性和腐蝕性。實(shí)驗(yàn)證明：少量的納米銀的添加對(duì)流體的粘度影響不大，該納米流體對(duì)于銅，不銹鋼等換熱器材料的腐蝕性與普通自來(lái)水也沒(méi)有差別。

5 專(zhuān)家介紹

向雄志，男，深圳大學(xué)副教授。主要從事貴金屬材料及材料腐蝕與防護(hù)相關(guān)研究，參與發(fā)表研究論文60余篇，其中SCI收錄30篇，獲得專(zhuān)利授權(quán)16項(xiàng)。主持和參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，國(guó)家，省，市自然科學(xué)金項(xiàng)目多項(xiàng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文60多篇，注重應(yīng)用型研究，獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利16項(xiàng)，與美的、萬(wàn)家樂(lè)等知名企業(yè)都有合作。

參考來(lái)源：

【1】付小雨，向雄志.納米流體的熱導(dǎo)率及其模型的研究進(jìn)展.金屬功能材料.2021年，28（1）.

【2】魏楚雄，向雄志等.納米流體的研究進(jìn)展.廣東化工.2018年，45（22）.

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）

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