本發(fā)明涉及一種可調(diào)控的TiO₂—Au復(fù)合水基納米流體及其制備方法，作為一種高效換熱介質(zhì)應(yīng)用在換熱領(lǐng)域。

技術(shù)背景

換熱設(shè)備作為一種能量轉(zhuǎn)換裝置，廣泛應(yīng)用于煉油、化工、輕工、制藥、機(jī)械、食品加工、動(dòng)力以及原子能工業(yè)部門當(dāng)中。換熱設(shè)備的應(yīng)用如此廣泛，它的傳熱效率直接影響到整個(gè)系統(tǒng)中能量的利用率，而傳熱介質(zhì)的導(dǎo)熱性能又是換熱器傳熱性能大小的決定性因素。所以提高傳熱介質(zhì)的導(dǎo)熱性能，提高能源利用率，才是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的最主要途徑。在傳熱領(lǐng)域，納米流體的研究目標(biāo)是以最小的濃度和最穩(wěn)定的懸浮粒子得到最高可能的傳熱性能。目前，液體傳熱介質(zhì)的種類主要是以水和乙二醇為主，且組分較為單一，難以滿足理想的納米流體應(yīng)該具備的條件，如：高熱導(dǎo)率，低黏性，良好的穩(wěn)定性和兼容性，且經(jīng)濟(jì)廉價(jià)。二氧化鈦具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，傳熱良好，具有無毒、低價(jià)實(shí)用和原料易得的優(yōu)點(diǎn)，所以把納米二氧化鈦均勻分散到水中制備納米流體，以提高系統(tǒng)導(dǎo)熱性能的研究很有價(jià)值。Au納米流體在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)較好,即使在非常低的濃度下?lián)Q熱性能也比其他工作流體在相對高的濃度下好得多，因此受到了廣泛的關(guān)注。但是納米金相對昂貴且具有很高的表面活性，添加量比較多的情況下容易發(fā)生團(tuán)聚甚至沉降。因此，將TiO₂納米流體與水基Au納米流體按相應(yīng)比例混合制得復(fù)合納米流體從而擴(kuò)大應(yīng)用范圍。復(fù)合納米流體由于其各組分間具有特殊的接觸界面，彼此的物理和化學(xué)性質(zhì)差異顯著，因而構(gòu)成一個(gè)獨(dú)特、多功能、可調(diào)控性能的復(fù)合系統(tǒng)。納米流體的制備與特性仍處在研究階段，在進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用之前需要優(yōu)化各種因素，將復(fù)合納米材料的制備與納米流體性質(zhì)結(jié)合有可能成為增強(qiáng)新型換熱工質(zhì)效能的有效途徑之一，從而使新型高效納米流體在太陽能熱發(fā)電、工業(yè)余熱回收等儲(chǔ)熱傳熱領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述單一組分納米流體存在不足，通過改變?nèi)然伻芤号c水基Au納米流體的體積比，來獲得導(dǎo)熱系數(shù)高，懸浮穩(wěn)定性好且工藝簡單的復(fù)合納米流體。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種可調(diào)控的TiO₂—Au復(fù)合水基納米流體：(1)將Au納米溶液與適量去離子水混合，攪拌均勻并超聲振動(dòng)制得Au納米流體；(2) 在常溫下，按一定體積比將三氯化鈦溶液緩慢滴加到(1)形成的Au納米流體中，攪拌均勻后，放入反應(yīng)釜內(nèi)，在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間后，用去離子水和酒精各洗3遍得到復(fù)合納米顆粒的溶液，將所得該溶液烘干后，得到TiO₂—Au復(fù)合納米顆粒；(3)把步驟(2)中TiO₂—Au復(fù)合納米顆粒加入到去離子水中，超聲振動(dòng)制得復(fù)合納米流體。

本發(fā)明所述Au顆粒的形狀為球形，粒徑為6~10nm。

本發(fā)明所述步驟(1)所用Au納米溶液的濃度為0.2g/L。

本發(fā)明所述步驟(1)中超聲振動(dòng)時(shí)間為1~5小時(shí)。

本發(fā)明所述步驟(1)中制得中Au納米流體中Au納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.006%~0.05%。

本發(fā)明所述步驟(2)中三氯化鈦溶液鈦含量為14.5%。

本發(fā)明所述步驟(2)中三氯化鈦溶液與Au納米流體的體積比為1:1~1:20。

本發(fā)明所述步驟(2)中攪拌時(shí)間為30~90分鐘。

本發(fā)明所述步驟(2)反應(yīng)溫度為160~200℃，反應(yīng)時(shí)間24~36小時(shí)。烘干溫度為80℃。

本發(fā)明所述步驟(2)中形成TiO₂納米顆粒的形狀為棒狀(長度為150nm~300nm)。通過控制反應(yīng)溫度及時(shí)間來調(diào)控生成TiO₂納米棒的長度。

附圖說明

圖1為步驟(3)中所形成的TiO₂—Au復(fù)合水基納米流體示意圖。其中：1，金納米顆粒；2，TiO₂納米棒；3，水分子。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

將0.2g/L的Au納米溶液與去離子水混合，使得Au納米顆粒含量為0.006%，超聲振動(dòng)3小時(shí)制得Au納米流體。常溫下，將三氯化鈦溶液和此納米流體按1:3的體積比例混合，攪拌20分鐘。待均勻后，放入反應(yīng)釜內(nèi)，160℃下反應(yīng)24個(gè)小時(shí)。所得溶液用水和酒精各洗3遍后烘干。加入去離子水，使Au納米顆粒含量仍維持為0.006%。所形成的納米流體能穩(wěn)定存在34天，其導(dǎo)熱系數(shù)比水的導(dǎo)熱系數(shù)提高28.51%，比單一組分同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Au納米流體和TiO₂納米流體分別提高6.73%和15.78%。

實(shí)施例2

將0.2g/L的Au納米溶液與去離子水混合，使得Au納米顆粒含量為0.006%，超聲振動(dòng)3小時(shí)制得Au納米流體。常溫下，將三氯化鈦溶液和此納米流體按1:3的體積比例混合，攪拌20分鐘。待均勻后，放入反應(yīng)釜內(nèi)，200℃下反應(yīng)24個(gè)小時(shí)。所得溶液用水和酒精各洗3遍后烘干。加入去離子水，使Au納米顆粒含量仍維持為0.006%。所形成的納米流體能穩(wěn)定存在27天，其導(dǎo)熱系數(shù)比水的導(dǎo)熱系數(shù)提高33.53%，比單一組分同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Au納米流體和TiO₂納米流體分別提高8.69%和21.38%。

實(shí)施例3

將0.2g/L的Au納米溶液與去離子水混合，使得Au納米顆粒含量為0.01%，超聲振動(dòng)5小時(shí)制得Au納米流體。常溫下，將三氯化鈦溶液和此納米流體按1:5的體積比例混合，攪拌40分鐘。待均勻后，放入反應(yīng)釜內(nèi)，180℃下反應(yīng)24個(gè)小時(shí)。所得溶液用水和酒精各洗3遍后烘干。加入去離子水，使Au納米顆粒含量為仍維持為0.01%。所形成的納米流體能穩(wěn)定存在15天，其導(dǎo)熱系數(shù)比水的導(dǎo)熱系數(shù)提高48.37%,比單一組分的Au納米流體和TiO₂納米流體分別提高16.01%和 35.15%。

實(shí)施例4

將0.2g/L的Au納米溶液與去離子水混合，使得Au納米顆粒含量為0.05%，超聲振動(dòng)7小時(shí)制得Au納米流體。常溫下，將三氯化鈦溶液和此納米流體按1:7的體積比例混合，攪拌60分鐘。待均勻后，放入反應(yīng)釜內(nèi)，200℃下反應(yīng)36個(gè)小時(shí)。所得溶液用水和酒精各洗3遍后烘干。加入去離子水，使Au納米顆粒含量仍維持為0.05%。所形成的納米流體能穩(wěn)定存在20天，其導(dǎo)熱系數(shù)比水的導(dǎo)熱系數(shù)提高50.53%，比單一組分的Au納米流體和TiO₂納米流體分別提高23.56%和39.55%。