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    纳米金刚石在热流体技术中的新应用

    作者 亚龙耐材 来源 本站 浏览 发布时间 2014/04/02

      近日,美国莱斯大学研究出了一种掺有金刚石纳米粒的矿物油传热应用,其性能比一般热流体更佳。研究成果发表在美国化学协会期刊Applied Materials and Interfaces上。

      莱斯大学的科研团队将直径6纳米的金刚石以极低的浓度掺入矿物油中,然后通过实验来测试这种纳米流体的导热系数以及温度—粘度的影响关系。研究结果表明,这种新型热流体要比那些含有氧化物、氮化物、碳化物陶瓷、金属、半导体、纳米碳管和其他复合材料的热流体效果都要好。

    0.1%浓度的纳米金刚石矿物油
    掺有纳米金刚石的矿物油在传热应用设备中比其他一般的纳米流体效果更好,图示为0.1%浓度的纳米金刚石矿物油

      热控制对于设备维护和运转至关重要,而热流体则可以用来减缓零部件间的磨损、加工操作中的冲压、钻进磨耗,还可用于动力传递系统、太阳能电池、空调、微电子和纳米电子机械系统以及冷却系统等从引擎到核反应堆的一系列应用。

      设备用的热流体一般要求其在流动过程中要保持热传递的一些性能,像水和乙二醇这类流体,流动性虽好但热导性不强;而一些传统的热流体又容易受其稳定性、粘度、表面电荷、流体分层、凝固结块等因素影响。

      科学家们自20世纪90年代就开始探索新型有效的热流体材料,尝试将100目以细的纳米粒材料以刚好足够的浓度掺入矿物油,既不影响流体的流动性又能保持热导性。不断的实验终于让科学家们获得了成功,纳米金刚石材料的选用使新型热流体的导热性能比铜材料热流体的导热性能高出了100倍。

    金刚石纳米粒的衍射面
    电子显微镜下悬浮在矿物油中的金刚石纳米粒,图示为金刚石纳米粒的衍射面

      Taha-Tijerina教授说,纳米金刚石的润滑性、高热导率、电阻率和稳定性等特性使其能够很好的与传统流体媒介相结合并发挥异常优越的性能,同时所需纳米金刚石的量也非常小,这就充分保障了流体的粘度适中。

      实验中,研究者将纳米金刚石均匀撒入矿物油,结果发现仅0.1%浓度的金刚石流体在211华氏度下就将热传导效率提高了70%;对比组中,同样浓度的金刚石热流体在低温下的热传导效率虽不及前者,但也提升了将近有40%。

      Taha-Tijerina补充道,布朗运动和纳米粒—流体相互作用在纳米金刚石热流体实验中有着重要作用,悬浮微粒永不停息地做无规则运动的现象叫做布朗运动,温度越高,布朗运动就越明显。实验中,温度的升高和纳米金刚石浓度的增加使热流体的传热效果有了明显增强,这就证明纳米金刚石矿物油的热传导不仅与渗流机理有关,还受布朗运动的影响。(编译自‘Diamonds are an oil's best friend’)

    本文标签:金刚石,纳米金刚石,热流体技术,新应用

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