纳米流体及其制备方法
专利汇可以提供纳米流体及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 纳米 流体 ，其包括一液体介质及分散在所述液体介质中的多个 碳 纳米管 ，其中所述 碳纳米管 表面链接有多个带正电高分子。所述纳米流体中碳纳米管分散性良好，无需添加 表面活性剂 或其它稳定剂，可避免纳米流体因碳纳米管聚集而导致所流经的 散热 系统管道阻塞，或由于表面活性剂等添加剂产生气泡而降低热传导性能。本发明还提供所述纳米流体的制备方法。，下面是纳米流体及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种纳米流体，其包括一液体介质及分散在所述液体介质中多个碳纳米管，其特征在于：所述碳纳米管表面链接有多个带正电高分子。
2.如权利要求1所述纳米流体，其特征在于，所述液体介质包括水或含羟基的极性溶液。
3.如权利要求1所述纳米流体，其特征在于，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其任意组合。
4.如权利要求1所述纳米流体，其特征在于，所述碳纳米管在所述液体介质中的质量浓度范围为百万分之十～百万分之一千。
5.如权利要求1所述纳米流体，其特征在于，所述带正电高分子包括聚二甲基二烯丙基氯化铵或聚丙烯氯化铵。
6.一种纳米流体的制备方法，其包括以下步骤：提供多个碳纳米管；将所述碳纳米管与一带正电高分子的溶液混合后发生反应，使碳纳米管表面链接上带正电高分子；从所述反应后的混合溶液中分离出碳纳米管；将所述分离后的碳纳米管分散于一液体介质中，形成一纳米流体。
7.如权利要求6所述纳米流体的制备方法，其特征在于，所述带正电高分子包括聚二甲基二烯丙基氯化铵或聚丙烯氯化铵。
8.如权利要求6所述纳米流体的制备方法，其特征在于，所述带正电高分子的溶液中带正电高分子浓度范围为0.01摩尔/升～1.0摩尔/升。
9.如权利要求6所述纳米流体的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管在所述带正电高分子的溶液中的质量浓度范围为百万分之十～百万分之一千。
10.如权利要求6所述纳米流体的制备方法，其特征在于，所述液体介质包括水或含羟基的极性溶液。
11.如权利要求6至10任一项所述纳米流体的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管与所述带正电高分子的溶液混合后发生反应时，进一步包括对所述混合溶液进行搅拌加热。
12.如权利要求11所述纳米流体的制备方法，其特征在于，所述加热的温度范围为30摄氏度～100摄氏度。
纳米流体及其制备方法
【技术领域】本发明涉及热传领域，尤其涉及一种纳米流体及其制备方法。
【背景技术】近年来电子技术迅速发展，电子元件的运行频率及速度不断提升。但是，同时电子元件产生热量越来越多，温度也越来越高，严重威胁电子元件运行时的性能及稳定性，为确保电子元件能正常工作，需对电子元件进行有效散热。目前散热方式主要有气冷式散热及液冷式散热两种方式，在气冷式散热系统中热管扮演将热带走的重要角色，其中热管内通常需填充低沸点且导热的工作流体来提升散热效率，而液冷式散热系统也需填充一高导热的工作流体来增加散热效率。
通常，固体粒子的导热系数远大于液体的导热系数，例如，室温下，铜的导热系数比水的导热系数大近700倍，也比机油的导热系数大近3000倍。自从1881年麦克斯威尔(Maxwell)理论发表以来，许多学者进行大量关于在液体中添加固体粒子以提高其导热系数的理论及实践研究，并取得一些成果。由于早先的研究皆局限于当时的技术条件，只能使用毫米或微米级的固体粒子悬浮于液体中，这些尺寸的粒子在流体中移动得非常快，并且会腐蚀或阻塞流体所流经的管道，造成压力下降。这些缺点限制一般固液混合流体在工业上的应用。
1995年，美国阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)提出一个新概念-纳米流体，即将纳米级粒子添加至液体介质中，形成一定浓度的导热流体，与原纯液体相比较，纳米级流体的导热系数显著提高，具有极其优越的导热性能。
目前，碳纳米管也已被证实可以有效地增加流体的导热率。目前合成碳纳米管的方式主要为电弧放电法、激光消熔法及化学气相沉积法，但这些方法所制备的碳纳米管，因碳纳米管的分子巨大，对于一般的溶剂溶解度不佳，尤其在水溶液等这类极性溶剂中易产生聚集，所以若直接将添加有碳纳米管的溶液作为填充的工作流体，将会造成碳纳米管在热管或液冷式导管中凝聚，从而造成管道阻塞。
为使碳纳米管有效分散于流体中，常见的方式有加入表面活性剂于溶液中，或利用强酸氧化碳纳米管，使碳纳米管表面产生酸基而呈现亲水性，然而，表面活性剂在散热系统的低压高温操作环境下极易使溶液产生气泡，这些气泡将会阻碍热传导，降低热传导性能，使散热系统无法工作，强酸氧化碳管可以使碳纳米管表面亲水性增加，但会改变碳纳米管原有的性质，反而使热传导性能改变。
有鉴于此，提供一种使碳纳米管分散性良好、热传导性能优异的纳米流体及其制备方法实为必要。
【发明内容】以下将以实施例说明一种纳米流体及其制备方法。
一种纳米流体，其包括一液体介质及分散在所述液体介质中的多个碳纳米管，其中所述碳纳米管表面链接有多个带正电高分子。
以及，一种纳米流体的制备方法，其包括以下步骤：提供多个碳纳米管；将所述碳纳米管与一带正电高分子的溶液混合后发生反应，使碳纳米管表面链接上带正电高分子；所述反应后的混合溶液中分离出碳纳米管；将所述分离后的碳纳米管分散在一液体介质中，形成一纳米流体。
其中，所述碳纳米管与所述带正电高分子的溶液混合后发生反应时，进一步包括对所述混合溶液进行搅拌加热。
与现有技术相比较，所述纳米流体中经带正电高分子链接的碳纳米管分散性良好，无需添加表面活性剂或其它稳定剂，所述纳米流体应用于散热系统时，可避免纳米流体因碳纳米管聚集而导致所流经的散热系统管道阻塞，或由于表面活性剂等添加剂产生气泡而降低热传导性能。所述纳米流体的制备方法，利用带正电高分子链接在碳纳米管表面，通过带正电高分子产生的立体障碍或电荷排斥力使碳纳米管在液体介质中均匀地分散开来，从而实现一种使碳纳米管分散性良好、热传导性能优异的纳米流体。
【附图说明】图1是本实施例的纳米流体示意图。
图2是本实施例的纳米流体的制备过程示意图。
图3是本实施例中带正电高分子链接修饰碳纳米管表面示意图。
【具体实施方式】下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，本发明的本实施例提供的纳米流体1，其包括一液体介质10及分散在所述液体介质10中的多个碳纳米管20，其中所述碳纳米管20表面链接有多个带正电高分子31。
所述液体介质10包括水或含羟基的极性溶液。
所述碳纳米管20包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其任意组合，碳纳米管20在所述液体介质10中的质量浓度范围为百万分之十(10ppm)～百万分之一千(1000ppm)。
所述带正电高分子31包括聚二甲基二烯丙基氯化(Poly-diallydimethylam-monium Chloride)或聚丙烯氯化(Poly-allylamine Hydrochioride)。
本实施例提供的纳米流体1，所述纳米流体1中经带正电高分子31链接的碳纳米管20分散性良好，无需添加表面活性剂或其它稳定剂，所述纳米流体1应用于散热系统时，可避免纳米流体1因碳纳米管20聚集而导致所流经的散热系统管道阻塞，或由于表面活性剂等添加剂产生气泡而降低热传导性能。
本发明提供的纳米流体的制备方法，其包括以下步骤：步骤(a)：提供多个碳纳米管；步骤(b)：将所述碳纳米管与一带正电高分子的溶液混合后发生反应，使碳纳米管表面链接上带正电高分子；步骤(c)：从所述反应后的混合溶液中分离出碳纳米管；步骤(d)：将所述分离后的碳纳米管分散在一液体介质中，形成一纳米流体。
请一并参阅图2和图3，下面再结合实施例对上述步骤进行详细说明。
步骤(a)：提供多个碳纳米管20。其中，所述碳纳米管20包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其任意组合，所述碳纳米管20可以通过电弧放电法、激光消熔法或化学气相沉积法制得。
步骤(b)：将所述碳纳米管20与一带正电高分子的溶液30混合后发生反应，使碳纳米管20表面链接上带正电高分子31。所述碳纳米管20与所述带正电高分子的溶液30混合后发生反应时，进一步包括对所述混合溶液进行搅拌加热。具体步骤如下：首先，提供一定量的带正电高分子的溶液30，所述带正电高分子的溶液30由溶质(即带正电高分子31)及溶剂32组成，所述带正电高分子包括聚二甲基二烯丙基氯化或聚丙烯氯化。所述带正电高分子的溶液30中的带正电高分子31浓度范围为0.01摩尔/升(mol/L)～1.0摩尔/升(mol/L)，所述带正电高分子的溶液30中的溶剂32包括水或含羟基的极性溶液。本实施例中，带正电高分子的溶液30中带正电高分子31浓度采用0.5mol/L，溶剂32采用去离子水，其用量为100毫升(mL)，则所取用的带正电高分子31[假设分子量为1000克/摩尔(g/mol)]用量为0.5mol/l×100ml×1000g/mol＝50g。
所述碳纳米管20在所述带正电高分子的溶液30中的质量浓度范围为10ppm～1000ppm。本实施例中，碳纳米管10浓度采用10ppm，即上述步骤(A)中碳纳米管20提供量为1×10-6×10×1g/mL×100mL＝0.001g。
其次，使所述碳纳米管20与一带正电高分子的溶液30混合后发生反应。所述碳纳米管20与所述带正电高分子的溶液30混合后发生反应时，优选的，可进一步对所述混合溶液进行搅拌加热。
对所述混合溶液进行搅拌加热的方式有多种，可以采用磁石加热搅拌器、水浴加热，或者通过可加热的超音波震荡器中震荡并加热，优选的，加热的温度控制在30摄氏度(℃)～100摄氏度(℃)之间，加热的时间为5小时～48小时。
另外，也可以使用微波加热的方式，因微波辐射具有很强的穿透作用，可以在反应物内外同时均匀、迅速地加热，且在微波的辐射作用下，使反应物的活化能减小，促使反应速度加快，微波发射功率可选择200瓦(W)～900瓦(W)之间，同时控制加热温度在30℃～100℃之间，加热的时间为20分钟～180分钟之间。优选，微波加热2分钟，取出反应容器用超音波震荡1分钟。
在加热过程中的搅拌或震荡，可使反应不会因带正电高分子31反应累积大量热量，同时碳纳米管20之间也不易聚集在一起，均匀地分散开来。
反应完成后，可得到悬浮溶液，碳纳米管20表面经带正电高分子的溶液30中带正电高分子31链接修饰之后具有活性，就能均匀稳定地分散在溶液中。带正电高分子31以共价键链接在碳纳米管20表面，在碳纳米管20表面产生一修饰层，经带正电高分子31链接修饰之后的碳纳米管20的示意图如图3所示。
步骤(c)：从所述反应后的混合溶液中分离出碳纳米管20。
由于溶液中仍有未参加化学反应的多余带正电高分子31(未链接上碳纳米管20的带正电高分子31)，必须将其去除，分离出碳纳米管20，分离的方法可为如下所述的方式：向反应容器中加入适量的去离子水，并将反应容器置于一离心机上，离心机使反应物高速离心、分离，溶液逐渐分成两层，上面那层为带正电高分子31溶液层，在下面那层可看到黑色的碳纳米管20慢慢析出，除去上层带正电高分子31溶液层，留下下层的碳纳米管20；重复上述步骤3～5次，以除去没有发生化学反应的多余带正电高分子31，获得碳纳米管20。
当然，本实例中分离出碳纳米管20的方法并不限于上述实施例，任何可用于将碳纳米管20分离出来的方法均可采用。
步骤(d)：将所述分离后的碳纳米管20分散在一液体介质10中，形成一纳米流体1。将上述分离后的碳纳米管20分散在一定量的液体介质10(本实施例中液体介质10用量采用100mL)中，形成纳米流体1，其中，所述液体介质10包括水或含羟基的极性溶液。
另外，根据碳纳米管20的不同用量，可以通过采用液体介质10的不同用量，来控制碳纳米管20在液体介质10中的质量浓度范围在10ppm～1000ppm之间。
本实施例提供的纳米流体1的制备方法，利用带正电高分子31链接在碳纳米管20表面产生一修饰层，通过该修饰层产生的立体障碍或电荷排斥力使碳纳米管20在液体介质10中均匀地分散开来，从而实现一种使碳纳米管分散性良好、热传导性能优异的纳米流体。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
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