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鄒小(xiao)姐：13326633089 -
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工業(ye)應用和(he)科學技術的眾多領域涉及(ji)熱(re)量傳(chuan)遞過程，強化傳(chuan)熱(re)可(ke)以提高系統或設備的傳(chuan)熱(re)效(xiao)率，一般如果從換(huan)熱(re)設備著手，則往往需要(yao)增加系統的尺(chi)寸，不符合但(dan)如今(jin)系統輕量化、微(wei)型化的發(fa)展趨勢，因(yin)此對換(huan)熱(re)導(dao)(dao)熱(re)介質提出更高(gao)要(yao)求(qiu)。傳(chuan)統的導(dao)(dao)熱(re)介質如水(shui)、乙(yi)二醇、導(dao)(dao)熱(re)油等的導(dao)(dao)熱(re)系數(shu)偏低，近年(nian)來，突破傳(chuan)統導(dao)(dao)熱(re)介質的限制成為高(gao)效換(huan)熱(re)技術的研究重點。
冷卻塔就是典型的換熱(re)設備(bei)
什么是(shi)納米流(liu)體(ti)？
在早期時候，研(yan)究(jiu)人員就開(kai)始在液體(ti)(ti)(ti)(ti)中加(jia)入固體(ti)(ti)(ti)(ti)顆粒，以提高液體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)導熱系數。但大多數研(yan)究(jiu)所用固體(ti)(ti)(ti)(ti)顆粒局限于(yu)毫(hao)米或微米級別，由于(yu)粒徑(jing)過(guo)大，易于(yu)沉降，往往難以實(shi)現長(chang)期分(fen)散穩定，且容(rong)易造成設(she)備磨損與堵(du)塞，未能得(de)到廣泛應用。
1995年，美國Argonne實驗室的(de)Choi等(deng)率先提出(chu)了“納米(mi)流(liu)體”的(de)概(gai)念，是(shi)指以一定(ding)的方式(shi)和(he)比例，在常規液體中添加高導熱系數的(de)納米(mi)級固體(ti)顆粒(li)形成(cheng)的一類新型(xing)傳熱介質。固體顆粒(li)一般包(bao)括金屬（Cu、Ag等），金屬氧化物、氮化物、碳化物（Al2O3、CuO、ZnO、AlN、SiC等）以及碳材料（碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯等），這類物質的導熱系數一般較大，往往是傳統導熱介質的成百上千倍，因此其加入在理論上可以使基液的傳熱能力大幅提升，在強化傳熱領域具有廣闊的應用前景。而且相比早期添加毫米、微米級粒子的研究，納米級尺寸不易引起管道堵塞問題，推進了各種換熱設備的小型化進程。
幾種導熱(re)材料的(de)導熱(re)系數
雖然(ran)納米(mi)粒子的(de)引入(ru)能夠大幅提高傳統導熱(re)介質的(de)導熱(re)系數，在強(qiang)化(hua)傳熱(re)領域具有明顯優勢。但(dan)水(shui)(shui)基(ji)(ji)、乙二醇基(ji)(ji)及水(shui)(shui)-乙(yi)二(er)醇混合(he)基(ji)的各類納米流體(ti)幾(ji)乎都存在長期(qi)分散穩定性差的問題。
納(na)米粒子在重力(li)(li)、范德華力(li)(li)等作用力(li)(li)下發生沉降(jiang)、團聚，甚至(zhi)分(fen)層，進(jin)而影(ying)響強化(hua)傳熱效果。顯然(ran)，納(na)米流體(ti)長(chang)期(qi)分(fen)散穩(wen)定是其換熱能力(li)(li)提(ti)(ti)升的(de)前(qian)提(ti)(ti)，而制(zhi)備兼具導熱(re)系數高和(he)穩定性(xing)強(qiang)的納(na)米流(liu)體(ti)已成為使(shi)其應用普遍(bian)化(hua)的重(zhong)點和(he)難點。
納(na)米(mi)顆粒在流體(ti)中的(de)聚集狀態
納米流體(ti)的制(zhi)備
目前，納米流體的制備方法分為兩(liang)種(zhong)，即單步(bu)(bu)法和(he)兩(liang)步(bu)(bu)法。
一、單步法
單步法是指在制備納(na)米(mi)粒子(zi)的同時直接將納(na)米(mi)粒子(zi)分散到基液中(zhong)得到納(na)米(mi)流體，如通過物理(li)氣相沉積法（PVD）和化學液相法等直接制備納米粒子。
單步(bu)法(fa)制備的(de)納米流體一般分(fen)散性(xing)好、懸浮穩定性(xing)高，這是(shi)因為避免(mian)了(le)額(e)外的分散步(bu)驟從而減少納(na)(na)米粒子團(tuan)聚。然(ran)而單步法制(zhi)備納(na)(na)米流(liu)體(ti)也存在(zai)成本過高、設備復雜、無法規模化(hua)生產等問題，并且(qie)此法一(yi)般難以控制(zhi)納(na)(na)米粒子的(de)尺寸分布和純度，只適用于低(di)蒸氣壓基液(ye)納(na)(na)米流(liu)體(ti)的(de)制(zhi)備。
二、兩步法
兩(liang)步法是指先制(zhi)(zhi)備(bei)出納(na)米粒(li)子，再將納(na)米粒(li)子以(yi)某種方式分(fen)散(san)到(dao)基液中得到(dao)納(na)米流體(ti)。兩(liang)步法制(zhi)(zhi)備(bei)納(na)米流體(ti)具有工藝簡單、成本低(di)等優勢，幾乎適(shi)用(yong)于(yu)所有納(na)米流體(ti)的制(zhi)(zhi)備(bei)，如不(bu)同基液的Al2O3、TiO2、ZnO、CNTs等(deng)納米(mi)流體。
雖(sui)然此法(fa)(fa)制(zhi)備(bei)的(de)納米流體穩定性一般(ban)不及單步法(fa)(fa)，往往在(zai)一段(duan)時間后發生團聚、沉降等現象，但通過超聲(sheng)處理、添加表(biao)面活性劑和(he)調節(jie)PH等手段(duan)，已(yi)經(jing)可以制備出保(bao)持相對穩定的納(na)米流(liu)體。考慮(lv)到經(jing)濟因素和產品(pin)需求(qiu)量(liang)，目前制備納(na)米流(liu)體大多(duo)采用兩步(bu)法(fa)。
納米流(liu)體(ti)的(de)兩(liang)步法(fa)制備路(lu)線
納(na)米流體(ti)的應用
因為優(you)異的(de)傳(chuan)熱性(xing)能，納米(mi)流體(ti)已發展成一種(zhong)新型導熱介(jie)質來滿(man)足熱系統高負荷的(de)傳(chuan)熱冷卻要求，甚至微尺度條(tiao)件下的強化(hua)傳熱要求。目前已有將納米流體應用于汽車行業、化(hua)工工業、空(kong)調制冷、太陽能集熱和(he)微通道散熱器等不同領域。
一、汽車行業應用
近年來，納米(mi)流(liu)體在殼管式、雙(shuang)管式、平板(ban)式等不同類型換熱(re)器中的傳(chuan)熱(re)研究(jiu)受(shou)到越來越多的關注。相比于(yu)不含納米(mi)顆粒的冷卻液(ye)，納米(mi)流體(ti)用作發(fa)動(dong)機冷卻液(ye)可實現更(geng)高的換熱增(zeng)強，這種強化傳熱的方法有望使汽(qi)車(che)散熱器(qi)更(geng)小、更(geng)輕(qing)，從而使汽(qi)車(che)能有更(geng)多空間(jian)提(ti)高綜合性能，實現輕(qing)量(liang)化。
板式換熱器工(gong)作原(yuan)理
二、微(wei)通道散熱器應(ying)用
電(dian)子系(xi)統中散發的大量熱量必須有效地消(xiao)除以防(fang)止(zhi)過熱和芯片故障，使用微通道(dao)液冷是(shi)替代笨重的(de)鋁散熱器的(de)一(yi)種有吸引力(li)的(de)方(fang)法。與(yu)傳(chuan)統(tong)散熱器需(xu)要大的(de)表(biao)面(mian)積來增加散熱率不(bu)同，這(zhe)些通道可以直接(jie)集成到芯片中，而使用納米(mi)流(liu)體(ti)代替傳(chuan)統(tong)的(de)冷卻介質可以進一(yi)步(bu)增強冷卻效果(guo)。
微(wei)通道散熱器
三、太陽能(neng)集熱器應用
太陽(yang)(yang)能(neng)集熱(re)器(qi)是將太陽(yang)(yang)輻(fu)射能(neng)轉化為(wei)傳輸介質(zhi)內能(neng)的(de)一種特殊的(de)熱(re)交(jiao)換器(qi)，其(qi)強化傳熱(re)是實現節(jie)能(neng)的(de)關鍵問題之一。目前已有將各種納米(mi)流(liu)體應用(yong)于太陽(yang)(yang)能(neng)集熱(re)器(qi)的(de)研究工作(zuo)，研究發(fa)現，使用(yong)納米(mi)流(liu)體為(wei)介質(zhi)的(de)太陽(yang)(yang)能(neng)集熱(re)器(qi)相對于常(chang)規平板器(qi)，工作(zuo)效率大幅(fu)提高。
太陽能集(ji)熱器
總結(jie)
納米(mi)流(liu)體將納米(mi)技術與熱能工程(cheng)這(zhe)一傳(chuan)統領(ling)域創(chuang)新性地結合起來，在強化傳熱(re)領域的(de)前(qian)景(jing)巨大，但目前(qian)無(wu)論(lun)實(shi)驗還是理(li)論(lun)研(yan)究都受到一(yi)定(ding)的(de)限制。實(shi)驗工作的(de)限制，主要是顆粒的(de)團聚與穩定(ding)性問(wen)題；而理(li)論(lun)研(yan)究中，數值模(mo)擬需要更精確的(de)模(mo)型。未來(lai)研(yan)究的(de)重點一(yi)是實(shi)現(xian)納米流體的(de)長(chang)期分散穩定(ding)和高換熱(re)特性，以實(shi)現(xian)其規(gui)模(mo)化應用(yong)；二是建立合適的(de)模(mo)型，用(yong)于納米流體的(de)性能預測與理(li)論(lun)解釋。
參考來(lai)源：
納米流體導熱介質研究進(jin)展，賈東、蔡淑紅、李獻強、郝文靜(jing)、劉波(bo)濤、譚凱鋒(feng)、王峰（中國船舶集團有限公司第七一八研究(jiu)所）。
粉體圈(quan)小吉
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