專利名稱：：采用納米粒子強化傳熱的導熱油的制備方法及其在電熱油汀中的應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種采用納米粒子強化傳熱導熱油的制備方法以及該納米導熱油在電熱油汀中的應用。
背景技術(shù)：
：目前公知的一種提高液體導熱系數(shù)的有效方式是在液體中添加金屬、非金屬或聚合物固體粒子。這是由于固體粒子的導熱系數(shù)比液體大幾個數(shù)量級，如表1.1所示，室溫下銅的導熱系數(shù)是水的700倍、機油的3000倍，因此懸浮有固體粒子的兩相液體的導熱系數(shù)比純液體大很多。許多學者進行了大量的理論和試驗研究，但最初的研究都局限于用毫米或微米級的固體粒子懸浮于液體中，雖然提高了傳熱效果，但由于粒子尺寸大，容易在液體中沉淀，引起管道磨損、堵塞等不良后果。表l.l幾種材料的導熱系數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>隨著納米材料科學的迅速發(fā)展，自20世紀90年代起，研究人員開始探索利用納米材料技術(shù)提高導熱系數(shù)。研究表明在液體中添加納米粒子，顯著提高了液體的導熱系數(shù)。1995年，美國Argonne國家實驗室的Choi等人提出了"納米流體"(Nanofluids)的概念——即以一定的方式和比例在液體中添加納米級金屬或非金屬氧化物粒子，形成一類具有高導熱系數(shù)、均勻、穩(wěn)定的新型傳熱介質(zhì)。Choi運用傳統(tǒng)的液固兩相混合物導熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式，預測了納米流體的導熱系數(shù)，計算結(jié)果表明在液體中添加納米粒子，可以提高懸浮液的導熱系數(shù)。通過比較納米流體與傳統(tǒng)純液體工質(zhì)傳熱性能的差異，Choi指出，在同樣傳熱負荷下，如果增加傳熱效率2倍，使用純液體工質(zhì)的熱交換設(shè)備需耗費10倍的泵功率，而如果使用導熱系數(shù)增大了3倍的納米流體作為換熱工質(zhì)，則幾乎不需要增加泵功率，就可以使熱交換設(shè)備的傳熱效率提高2倍，顯示了納米流體應用于熱交換設(shè)備所帶來的潛在優(yōu)勢。作為熱交換設(shè)備的電熱油汀是充油式電暖器的俗稱，是一種使用安全、可靠的空間加熱器，它主要由電加熱元件、金屬散熱片、導熱油與控制器等組成。電熱油汀以電為供熱熱源，以導熱油為傳熱介質(zhì)，通電后，由于熱虹吸的作用，導熱油自然沿著導管上下流動，使整個電熱油汀溫度均勻，將熱量傳送出來。電熱油汀的最大優(yōu)點是散熱面積大，表面溫度不過高，熱安全性好，機械強度大，即使是在人多擁擠的地方，浴室、暗房等潮濕的環(huán)境下也能使用。由于電熱油汀環(huán)保無污染、無噪音，越來越受消費者青睞，特別是在歐美國家，由于電價相對便宜，而被大量采用。但電熱油汀存在著熱慣性大的特點，升溫速度較慢。如能提高其內(nèi)導熱油的導熱系數(shù)，則可望提高電熱油汀的升溫速度、減少電熱油汀通電加熱升溫時間，從而減少電熱油汀的電耗。因此，如能制備出納米粒子分散性好、懸浮穩(wěn)定性高的納米導熱油，應用于電熱油汀，通過提高導熱油的導熱系數(shù)，可望提高電熱油汀的升溫速度、減少電熱油汀通電加熱升溫時間，以減少電熱油汀的電耗，減少電熱油汀內(nèi)導電油用量、減小電熱油汀的體積，起到節(jié)電、節(jié)材的作用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有導熱油的導熱系數(shù)低的缺陷而提供一種采用納米粒子強化傳熱工藝提高導熱油導熱系數(shù)的制備方法；本發(fā)明的另一目的是提供一種采用納米粒子強化傳熱的導熱油在電熱油汀中的應用。本發(fā)明的目的通過下列技術(shù)方案實現(xiàn)一種采用納米粒子強化傳熱的導熱油的制備方法，其特征在于該方法包括下列步驟-a、納米粒子的制備及包覆改性處理(1)、納米粒子的制備納米粒子以液相法或固相法或氣相法或化學氣相沉積法制備；(2)、納米粒子的清洗采用去離子水清洗制備得到的粒子并去除雜質(zhì)；(3)、納米粒子的分散將清洗后的納米粒子在去離子水中分散，采用機械攪拌或超聲分散方法促其分散均勻；(4)、納米粒子的包覆改性納米粒子在加熱溫度4080。C條件下，不斷攪拌并慢慢加入重量百分比為550%的改性劑進行包覆改性，攪拌持續(xù)13小時后自然冷卻即制成包覆改性的納米粒子；b、納米粒子在導熱油中的分散以導熱油為基液，將經(jīng)包覆改性的納米粒子以重量百分比0.510%投入導熱油中；c、進行邊攪拌邊加熱含有改性納米粒子的導熱油至溫度809(TC，保溫2小時，使其殘余水分揮發(fā)；d、納米導熱油灌裝貯藏。所述的納米粒子是納米金屬如納米銅、納米鋁或納米鐵；或是納米氧化物如納米三氧化二鋁、納米二氧化硅或納米四氧化三鐵；或是納米碳材料如納米石墨、納米碳管或納米碳球。所述的液相法有化學沉淀法、水熱合成法或溶膠一凝膠法。所述的固相法有粉碎法或固相化學反應法。所述的氣相法有蒸發(fā)凝聚法或濺射法。所述的改性劑為親油的表面活性劑，有油酸、硬脂酸或司盤85。所述的納米導熱油在電熱油汀中的應用，該納米導熱油用于制備電熱油汀用導熱油。本發(fā)明制備得到的納米粒子強化傳熱的導熱油導熱系數(shù)顯著提高，且存放兩年后仍穩(wěn)定懸浮，是一種高導熱系數(shù)、均勻、穩(wěn)定的新型傳熱介質(zhì)，經(jīng)測試其密度達到0.851.0g/cm3，開口閃點^180'C，它應用到熱交換設(shè)備，作為電熱油汀的導熱油，可提高電熱油汀的升溫速度、減少電熱油汀的通電加熱升溫時間、減少電熱油汀的電耗、減少電熱油汀內(nèi)導電油用量、減小電熱油汀的體積，起到節(jié)電、節(jié)材的作用，實踐證明，應用納米粒子強化傳熱的導熱油，使電熱油汀的升溫速度比普通電熱油汀提高15%以上，很有應用前景和市場潛力。圖1為本發(fā)明采用納米粒子強化傳熱的導熱油的制備工藝流程圖。圖2為本發(fā)明納米Fe304粒子的XRD譜線圖。圖3為本發(fā)明納米Fe304粒子的SEM照片。圖4為本發(fā)明包覆改性后的納米Fe304粒子的SEM照片。圖5為Fe304導熱油顯示其導熱系數(shù)隨著納米粒子的增加而提高。具體實施例方式下面結(jié)合上述附圖對本發(fā)明的具體實施方案進行詳細描述。采用納米粒子強化傳熱的導熱油的制備以加熱鍋為主要設(shè)備，其工藝流程如圖1所示(1)納米粒子的制備6采用液相法如化學沉淀法或水熱合成法或溶膠一凝膠法，或者采用固相法如粉碎法、固相化學法，或者采用氣相法如蒸發(fā)凝聚法或濺射法，或者采用化學氣相沉積法中的任意一種方法制備納米粒子。(2)納米粒子的清洗采用去離子水清洗制備得到的納米粒子，除去表面可能存在的雜質(zhì)。(3)納米粒子的分散將清洗后的納米粒子在去離子水中分散，可采用機械攪拌或超聲分散方法促使其分散均勻。(4)納米粒子的包覆改性納米粒子在加熱溫度達408(TC條件下，不斷攪拌并慢慢加入改性劑，加入的比例按重量百分比550%處理，進行包覆改性，攪拌持續(xù)時間13小時后自然冷卻即制成包覆改性的納米粒子。所用的改性劑為親油表面活性劑，有油酸或硬脂酸或司盤85。(5)納米粒子在導熱油中的分散以導熱油為基液，將經(jīng)包覆改性的納米粒子以重量百分比0.510%投入導熱油中。(6)進行邊攪拌邊加熱上述含有改性納米粒子的導熱油至溫度8090'C，保溫24小時，使其殘余水分全部揮發(fā)。(7)納米導熱油罐裝貯藏。采用納米粒子強化傳熱的導熱油作電熱油汀用途時，可直接灌裝,其灌裝量與普通導熱油相同。實施例(1)納米粒子的制備采用化學沉淀法制備出納米Fe304粒子。(2)納米粒子的清洗采用去離子水清洗制備得到的納米Fe304粒子，除去表面可能存在的雜質(zhì)。圖2為納米Fe304粒子的XRD譜線，圖3為納米Fe304粒子的SEM照片。(3)納米粒子的分散將清洗后的納米Fe304粒子在去離子水中分散，采和機械攪拌方法促使其分散均勻。(4)納米粒子的包覆改性在607(TC下，不斷攪拌中按納米粒子重量百分比20%慢慢加入改性劑司盤85，包覆改性2小時后自然冷卻，圖4為包覆改性后納米Fe304粒子的SEM照片。(5)納米粒子在導熱油中的分散將包覆改性后的納米粒子按重量百分比為0.51%加入到導熱油中攪拌分散均勻。(6)加熱去除水分邊攪拌邊加熱到809(TC保溫2小時，使其中殘余的水分全部揮發(fā)后得到納米粒子強化傳熱的導熱油。(7)納米導熱油的灌裝將制備得到的納米粒子強化傳熱的導熱油灌裝貯藏，存放2年后仍穩(wěn)定懸浮的納米導熱油。導熱油的導熱系數(shù)如圖5所示隨著納米粒子的增加而提高，當納米粒子的體積份額為0.008時，導熱系數(shù)提高15%。當本發(fā)明應用到電熱油汀時，可直接罐裝，且罐裝量與普通導熱油相同。通過對應用常規(guī)導熱油的電熱油汀與應用本發(fā)明導熱油的電熱油汀對比測試，測試顯示本發(fā)明的升溫速度比采用普通導熱油的電熱油汀提高15%以上。權(quán)利要求1、一種采用納米粒子強化傳熱的導熱油的制備方法，其特征在于該方法包括下列步驟a、納米粒子的制備及包覆改性處理(1)、納米粒子的制備納米粒子以液相法或固相法或氣相法或化學氣相沉積法制備；(2)、納米粒子的清洗采用去離子水清洗制備得到的粒子并去除雜質(zhì)；(3)、納米粒子的分散將清洗后的納米粒子在去離子水中分散，采用機械攪拌或超聲分散方法促其分散均勻；(4)、納米粒子的包覆改性納米粒子在加熱溫度40～80℃條件下，不斷攪拌并慢慢加入重量百分比為5～50％的改性劑進行包覆改性，攪拌持續(xù)1～3小時后自然冷卻即制成包覆改性的納米粒子；b、納米粒子在導熱油中的分散以導熱油為基液，將經(jīng)包覆改性的納米粒子以重量百分比0.5～10％投入導熱油中；c、進行邊攪拌邊加熱含有改性納米粒子的導熱油至溫度80～90℃，保溫2小時，使其殘余水分揮發(fā)；d、納米導熱油灌裝貯藏。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米粒子強化傳熱的導熱油的制備方法，其特征在于所述的納米粒子是納米金屬如納米銅、納米鋁或納米鐵；或是納米氧化物如納米三氧化二鋁、納米二氧化硅或納米四氧化三鐵；或是納米碳材料如納米石墨、納米碳管或納米碳球。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米粒子強化傳熱的導熱油的制備方法，其特征在于所述的液相法有化學沉淀法、水熱合成法或溶膠一凝膠法。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米粒子強化傳熱的導熱油的制備方法，其特征在于所述的固相法有粉碎法或固相化學反應法。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米粒子強化傳熱的導熱油的制備方法，其特征在于所述的氣相法有蒸發(fā)凝聚法或濺射法。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米粒子強化傳熱的導熱油的制備方法，其特征在于所述的改性劑為親油的表面活性劑，有油酸、硬脂酸或司盤85。7、一種如權(quán)利要求l所述的納米導熱油在電熱油汀中的應用，其特征在于該納米導熱油用于制備電熱油汀用導熱油。全文摘要本發(fā)明是一種采用納米粒子強化傳熱的導熱油的制備方法及其在電熱油汀中的應用，所述制備方法包括納米粒子的制備、納米粒子的清洗、納米粒子的分散、納米粒子包覆改性、納米粒子在導熱油中的分散、加熱除水分及納米導熱油灌裝貯藏，制備的導熱油中分散有納米粒子，該納米粒子經(jīng)過親油表面活性劑表面包覆改性，以促進其分散懸浮于導熱油中。該導熱油的導熱系數(shù)顯著提高，存放兩年后仍穩(wěn)定懸浮，是一種高導熱系數(shù)、均勻、穩(wěn)定的新型傳熱介質(zhì)，其密度達到0.85～1.0g/cm³，開口閃點≥180℃，應用于電熱油汀可提高升溫速度、減少油汀通電加熱升溫時間，起到節(jié)電節(jié)材作用，實踐證明應用本發(fā)明導熱油的電熱油汀比普通油汀提高升溫速度達15％以上。文檔編號C09K5/00GK101440273SQ200810163229公開日2009年5月27日申請日期2008年12月10日優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日發(fā)明者敏吳,周宇松,譚鎖奎,逯慶國,郭紅燕申請人:中國兵器工業(yè)第五二研究所