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鄒小姐：13326633089 -
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在過去的幾十年中，對于(yu)納米科學(xue)發(fa)展十分迅速(su)，因此(ci)研究人員開(kai)始(shi)探索如何(he)將納米材料技(ji)術應(ying)用于強化傳熱領域。1995年時，美國Argonne 國家實驗室Choi首次提出了“納米流體”概念，從此(ci)將納米(mi)技術與(yu)熱能工程這一(yi)傳統(tong)領域創新(xin)性地(di)結合了起來(lai)。
納米流體(ti)是通(tong)過在(zai)傳統的(de)液體(ti)中添加一定(ding)量的(de)納米粒(li)子（尺(chi)寸在(zai)1-100nm），從而制備的均勻、穩定的新的傳熱介質。它與傳統的傳熱流體相比，可有效提(ti)高(gao)熱(re)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)傳(chuan)熱(re)性能，滿足一些特殊條件(jian)（微尺度條件(jian)）下的(de)(de)(de)強(qiang)化傳(chuan)熱(re)要求(qiu)，因此被認為是一種新型(xing)的(de)(de)(de)傳(chuan)熱(re)流體。
不過納米流體(ti)(ti)的潛(qian)力并(bing)不止于此，在作為熱源與冷卻設備之間的(de)橋(qiao)梁用于熱交(jiao)換系統后，逐(zhu)漸(jian)又(you)擴(kuo)展到了(le)摩擦(ca)學(xue)、太陽(yang)能集熱器(qi)和生物醫(yi)學(xue)等(deng)領域。在過去的(de)(de)(de)十(shi)年中，有(you)關(guan)納(na)米流體的(de)(de)(de)研究引起的(de)(de)(de)國(guo)內外研究者的(de)(de)(de)興趣(qu)并成(cheng)為了(le)關(guan)注(zhu)的(de)(de)(de)熱點之一。
納米(mi)流體的組成
納米流體(ti)(ti)一(yi)般由(you)固體(ti)(ti)顆粒及(ji)(ji)基液(ye)(ye)組成。所使用的(de)基液(ye)(ye)一(yi)般是導電流體(ti)(ti)，如乙二醇或水；另外潤(run)滑劑、油、生物流體(ti)(ti)及(ji)(ji)聚合物溶液(ye)(ye)也被用于制備納米流體(ti)(ti)。可選擇的(de)納米顆粒則包含化(hua)學穩(wen)定(ding)的(de)金屬(shu)（Cu、Au、Al和 Fe）、金屬氧化物（TiO2、Al2O3、CuO、SiO2、Fe3O4和(he) ZrO2）、非金屬(shu)（氮化硼、單壁和多壁碳納米(mi)管、石(shi)墨烯和石(shi)墨）、金屬(shu)氮化物（AIN、BN、Si3N4）、金屬碳化(hua)物（SiC）。
由于(yu)納(na)(na)米流(liu)體(ti)的(de)(de)穩(wen)定性是其廣泛應用的(de)(de)關鍵性瓶頸。隨著使(shi)用時間的(de)(de)增長，納(na)(na)米流(liu)體(ti)的(de)(de)不穩(wen)定性將(jiang)會導致(zhi)系統性能嚴(yan)重下降，因此提高納米流體的(de)長期穩定(ding)性(xing)(xing)及其可重復使(shi)用性(xing)(xing)是(shi)在工業領(ling)域大(da)規模應用的基本要求。
納米顆粒在流(liu)體中的聚集狀態
而(er)二(er)維(wei)納米片由于具有較大的比表面積(ji)和較高的化(hua)學穩定性(xing)，在(zai)防止納米顆粒聚集(ji)方面起到關鍵作用(yong)，因(yin)此，由納(na)米(mi)片材料支撐的納(na)米(mi)顆(ke)粒往往比單獨使用(yong)的納(na)米(mi)顆(ke)粒表現出更加優(you)越的性能(neng)。于是具有片狀結構的氮化硼(peng)突然(ran)受到(dao)了(le)研究(jiu)該領(ling)域的科學(xue)家的青睞，開(kai)始對(dui)其(qi)展(zhan)開(kai)大量研究(jiu)。
氮化硼的優勢(shi)
六(liu)方氮(dan)化硼（h-BN）是一種類似于石墨的等電性材料，具有與石墨類似的片層結構，被稱為白石墨，具有獨特的結構、優異的機械強度、較高的熱穩定性、抗氧化性和化學惰性，是一種很有應用前景的材料。若將h-BN片層結構剝離開得到厚度為幾個納米的片狀h-BN，則能成為氮化硼納米片（BNNS），是另一種二維納米材料。
為了使片狀h-BN在基液中具有更好的分散性能，對其功能化進行了大量研究。Zhi等人通過超聲離心法，利用N，N-二甲基甲酰胺等有機溶劑和官能團之間的極性相互作用來剝離h-BN納米片。Lie等人報道h-BN可以在路易斯酸堿作用下通過球磨被長烷基鏈胺功能化使得表面缺陷的數量增加，也研究了通過邊緣功能化直接實現h-BN納米片的水分散。
不過，氮化硼最為突出的，還是它用(yong)于納(na)米流體后(hou)表現出的應(ying)用(yong)優勢(shi)。具(ju)體如下：
①改善摩擦學性能
摩擦(ca)(ca)幾乎存(cun)在于所有運動的(de)系統中（鉆(zhan)孔、切削、切割、加工(gong)和(he)成型等(deng)），過(guo)高的(de)摩擦(ca)(ca)會造成能(neng)量損失、機械故障(zhang)和(he)工(gong)作(zuo)效率(lv)低等(deng)。為了最大限度地減少摩擦(ca)(ca)帶(dai)來的(de)不利影響，通常會使(shi)用固體(ti)或液體(ti)潤滑劑，一(yi)般以(yi)后(hou)者作為消除摩擦的首選(xuan)。
隨著納米科學技術的迅速發展，一大批二(er)維材料的發現徹底改(gai)變了摩擦學領域(yu)，將這些材料添加到傳統潤滑劑(ji)中(zhong)不僅可以有效降低了磨損和摩擦系數(shu)，同時又可以提高其承載能力。Han.W等采(cai)用四球摩(mo)擦實驗評估(gu)了BN納米(mi)粒子（~20 nm）對液(ye)體(ti)(ti)石蠟(la)的(de)摩(mo)擦學(xue)(xue)行為(wei)(wei)(wei)的(de)影(ying)響。試驗結果表(biao)明(ming)，BN納米(mi)粒子不僅降低了液(ye)體(ti)(ti)石蠟(la)的(de)摩(mo)擦系(xi)數，而且還可以提高其(qi)耐磨性(xing)。Lee等人報道當直徑為(wei)(wei)(wei)300 nm和厚度為(wei)(wei)(wei)30 nm的(de)BNNSs加(jia)入到水中(zhong)可以明(ming)顯(xian)的(de)改善水的(de)摩(mo)擦學(xue)(xue)性(xing)能，30天的(de)靜置沉降之(zhi)后，發(fa)現納米(mi)流體(ti)(ti)的(de)摩(mo)擦學(xue)(xue)行為(wei)(wei)(wei)幾(ji)平沒有變化，說明(ming)所(suo)制(zhi)備的(de)納米(mi)流體(ti)(ti)具有很(hen)好的(de)可靠性(xing)。
②改善傳熱性能
在電子電氣(qi)行業，如何提高(gao)設(she)備(bei)的(de)熱(re)(re)管理(li)能(neng)力(li)是一個很重要的(de)課(ke)題。目前許多電子產品和(he)機械設(she)備(bei)都會使用(yong)空氣(qi)冷(leng)卻來消(xiao)除(chu)廢熱(re)(re)。但空氣(qi)的(de)熱(re)(re)導(dao)率系數極低，限制(zhi)了散(san)熱(re)(re)設(she)備(bei)的(de)設(she)備(bei)的(de)散(san)熱(re)(re)效(xiao)率，而(er)液態冷卻由于散(san)熱(re)效率(lv)高、運行(xing)過程安靜等(deng)優點可以有效解決電(dian)(dian)氣電(dian)(dian)子行(xing)業(ye)較(jiao)高熱(re)流(liu)密度(du)下的散(san)熱(re)問(wen)題。
一(yi)些相關報道表明(ming)，高(gao)導熱(re)BN納米粒子的引入可以有效(xiao)的(de)提(ti)高傳統流體散熱效(xiao)率。Ertürk課題組報道當在水中添加BN的量為0.1
vol%、0.5vol%和1vol%時，水的傳熱效率分別提高了約7%、10%和15%。Das等人報道在BN的濃度為0.10
vol%時，水的導熱系數增加了16.08%。Yu等人采用溶劑剝離法將微米級BNNNSs均勻的在水中，當水中BNNSs的含量為24
vol%時，所制備的BN/水納米流體的熱導率高達2.39 W/mK，對應導熱率增強約為298%。
③增強(qiang)光熱轉換效率(lv)
利(li)用太(tai)陽(yang)(yang)輻射對水進(jin)行加熱是(shi)(shi)利(li)用太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)進(jin)行的(de)(de)許多有(you)益(yi)的(de)(de)工作之一。太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)有(you)效利(li)用可以(yi)降低甚至取代通過(guo)化(hua)石(shi)燃料燃燒為(wei)(wei)設備(bei)提(ti)供所需的(de)(de)熱水的(de)(de)傳統方式(shi)。集熱器是(shi)(shi)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)熱水系統的(de)(de)關鍵部件，它可以(yi)收集清潔的(de)(de)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)并(bing)轉化(hua)為(wei)(wei)熱能(neng)(neng)(neng)(neng)用于(yu)水的(de)(de)加熱。通過(guo)集熱器增加傳熱的(de)(de)方法可分為(wei)(wei)兩類：被動(dong)(dong)法(fa)和主動(dong)(dong)法(fa)。與主動(dong)(dong)法(fa)相比，被動(dong)(dong)法(fa)不(bu)需要外力(li)的作用。利(li)用納米流體(ti)作為直(zhi)接(jie)收吸太(tai)陽能集熱器中的傳熱介(jie)質是一種提高傳熱的被動方(fang)法。
太陽(yang)能集熱器
許(xu)多(duo)研究(jiu)報告已經證明(ming)，BN納(na)米(mi)材(cai)料加入到(dao)水(shui)中(zhong)不僅可以保持長期穩定性，而且還表現出了(le)顯著的熱(re)導率(lv)增強。這些結果表明，BN/水納米流非常適合用作太陽能集熱器中的傳熱介質。Chatur和Nitnaware等人對純水和BN/水納米流體在太陽能熱水器中的性能進行了比較，與純水相比，在水中加入3 wt%的BN后，平板太陽能集熱器的效率得到了明顯的提高。
④提高(gao)載藥(yao)能力
碳(tan)納米材(cai)料在生物傳感、醫學(xue)成像和(he)癌細(xi)胞靶向治療等(deng)醫學(xue)領域中已經得到了廣(guang)泛研究，但是(shi)碳(tan)納米材(cai)料具有一定的(de)細(xi)胞毒性限制了其在臨(lin)床中的(de)應用，因此(ci)開發碳(tan)材(cai)料的(de)代替(ti)物是(shi)非常有意義的(de)。而BN作為碳(tan)(tan)納米材(cai)(cai)料的結構類(lei)似物(wu)，其性能與(yu)碳(tan)(tan)材(cai)(cai)料相匹配，低的細胞毒性(xing)(xing)、優異的化學(xue)穩定性(xing)(xing)和高(gao)的熱穩定性(xing)(xing)使其在醫(yi)學領域具有(you)強競(jing)爭優(you)勢。
Chen等(deng)人研究了BNINTs與腎(shen)細(xi)胞(bao)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)容性(xing)。將未(wei)經任何處理(li)的(de)(de)(de)(de)BNNTs納米(mi)流體(ti)(ti)（濃度為100 mg/mL）加入到腎(shen)細(xi)胞(bao)進行了測試，結果(guo)顯示BNNTs沒有任何的(de)(de)(de)(de)細(xi)胞(bao)毒性(xing)。Zhang和Golberg等(deng)人證(zheng)明具有可控硼釋放的(de)(de)(de)(de)BN納米(mi)流體(ti)(ti)可以(yi)使(shi)前(qian)列腺癌細(xi)胞(bao)凋亡。Weng等(deng)人開發了一種簡單(dan)的(de)(de)(de)(de)方法直接合成了具有高水溶性(xing)的(de)(de)(de)(de)BN材(cai)料(liao)，該BN材(cai)料(liao)展示很好(hao)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)相(xiang)(xiang)容性(xing)并(bing)可以(yi)負載(zai)比自身重(zhong)量高三倍(bei)的(de)(de)(de)(de)抗(kang)癌藥(yao)物(wu)(wu)。與游(you)離藥(yao)物(wu)(wu)相(xiang)(xiang)比，藥(yao)物(wu)(wu)負載(zai)到BN載(zai)體(ti)(ti)上可以(yi)更好(hao)的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)降(jiang)低前(qian)列腺淋(lin)巴癌細(xi)胞(bao)活性(xing)。這些結果(guo)表明BN納米(mi)流體(ti)(ti)在藥(yao)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)裝載(zai)、運(yun)輸和釋放等(deng)領域有巨大(da)的(de)(de)(de)(de)潛(qian)力(li)。
結語
不過需要注意(yi)的是，雖然(ran)較低濃度的BN已被證實可以在水中長期均勻分散，但高濃度BN材料能否在不同的流體介質中有效地分散穩定，才是決定氮化硼復合納米流體能否規模化應用的關鍵所在，因此這方面還需要對新工藝投入更多研究才行。
資料來(lai)源(yuan)：
基(ji)于(yu)導(dao)熱氮化硼的納米(mi)流體(ti)和相變(bian)的納米(mi)流體(ti)和相變(bian)儲熱材料制備(bei)及性質研究，韓(han)維(wei)坊
氮化(hua)硼復(fu)合納米流體制備(bei)及(ji)其(qi)光熱(re)性能(neng)研(yan)究，于曉涵。
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