磷酸鋯負載二氧化鈦納米流體導熱和分散穩(wěn)定性研究

納米流體作為一種新型的換熱工質(zhì)，具有高導熱系數(shù)的特點，能在換熱系統(tǒng)中增強傳統(tǒng)的換熱工質(zhì)(例如水、油、醇等)很難滿足的傳熱。但是流體中的納米顆粒因為巨大的表面能會發(fā)生團聚，團聚體到達一定程度后受重力會發(fā)生沉降，使得納米流體退化為普通流體，失去良好的傳熱性能。在本文中，我們針對提高納米流體分散穩(wěn)定性的方法進行了研究，提出了一種使納米顆粒分散和均勻地負載在納米碟片上，控制其團聚體大小的方法，提高納米流體的分散穩(wěn)定性。具體工作如下：
1．使用水熱法制備層狀化合物磷酸鋯(zrP)納米碟片，并使用硅烷偶聯(lián)劑一一異氰酸丙基三乙氧基硅烷(口TS)對其進行表面改性，然后與分散好的Ti02懸浮液混合，使Ti02顆粒負載在ZrP碟片表面，最后使用四丁基氫氧化銨(TBAOH)對層狀化合物進行剝離。通過使用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線衍射分析儀、激光粒度分析儀和傅里葉紅外光譜儀等對制備的樣品進行分析，結果顯示：使用水熱法合成的ZrP具有純度高，粒徑分布均勻，剝離形態(tài)完整的特點。通過IPTS的偶聯(lián)作用，將ZrP與Ti02納米顆粒連接在一起，形成ZrP碟片負載Ti02納米顆粒的新型復合顆粒，并且復合顆粒中Ti02與ZrP的質(zhì)量比對其形貌起決定性影響作用，當Ti02與ZrP的質(zhì)量比為1：2時，單個碟片所負載的顆粒數(shù)目最多，且沒有多余的顆粒散落在碟片周圍，是實驗范圍內(nèi)，復合納米顆粒的最佳配比。
2．選取Ti02與ZrP質(zhì)量比為1：2的ZrP負載Ti02納米流體，相同質(zhì)量比的Ti02和ZrP混合懸浮液，質(zhì)量分數(shù)為2％的ZrP膠體，質(zhì)量分數(shù)為1％的Ti02納米流體和去離子水作為樣品，使用旋轉(zhuǎn)流變儀和Hot disk熱常數(shù)分析儀對其進行流變特性和導熱系數(shù)進行測試。結果顯示：除去離子水外，其他所有樣品均為非牛頓流體，在ZrP負載Ti02的納米流體和Ti02與ZrP的混合懸浮液中，ZrP起到了減緩剪切變稀速率和增加平均粘度的作用。Ti02納米流體具有最高的導熱系數(shù)為0．778 W／’(m·K)，相對于水提高了26．3％。在Ti02．ZrP納米流體和TiOJZrP混合懸浮液中，ZrP起到了減小懸浮液導熱系數(shù)的作用。但Ti02一ZrP(1：2)納米流體的導熱系數(shù)仍然相對于去離子水提高了13．1％。
3．選取相同的樣品，使用沉降觀測法對其穩(wěn)定性進行研究，使用激光粒度分析儀對制備之初和沉降后的樣品進行粒徑分布測試，并對ZrP碟片提高Ti02納米流體穩(wěn)定性的機理進行了分析。沉降觀測結果顯示，在50天的實驗時間范圍內(nèi)，ZrP膠體幾乎不發(fā)生沉降，具有最佳的穩(wěn)定性，其余的含有Ti02納米顆粒的懸浮液，穩(wěn)定性從大到小為：
Ti02．ZrP>Ti02／ZrP>Ti02．粒徑分布結果顯示，ZrP的粒徑幾乎不發(fā)生變化，Ti02納米顆粒團聚嚴重，Ti02．ZrP顆粒雖然發(fā)生團聚，但團聚體大小和數(shù)量都大大減少。未負載顆粒的ZrP碟片增加懸浮液的粘度，負載顆粒的ZrP碟片控制團聚體的大小，是ZrP碟片提高懸浮液穩(wěn)定性的兩個主要原因。