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TiO2/NEPCM纳米悬浮液的稳定性研究

2024/04/29 10:54

阅读:30

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应用领域:
材料
发布时间:
2024/04/29
检测样品:
纳米材料
检测项目:
稳定性
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30
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参考标准:

方案摘要:

相比传统传热工质,固体纳米颗粒悬浮液具有更高的导热系数,相变微/纳米胶囊悬浮液因其芯材相变过程中能够吸收/释放大量潜热而具有更高的比热容。将这两类悬浮液作为工质用于太阳能、制冷空调、建筑、电子器件、航空航天等领域,能够达到强化换热的目的,具有广阔应用前景。 众所周知,工质导热系数越高、比热容越高,其传热效果越显著。因此,相关纳米颗粒悬浮液研究多是通过增大颗粒质量浓度,相关相变胶囊悬浮液研究多是通过增大胶囊质量浓度,以达到传热的强化目的。然而,增大浓度的手段同时会带来以下两个问题:1)良好的分散稳定性是传热工质能够应用于实际的重要前提,然而高浓度的纳米颗粒、相变胶囊悬浮液的分散稳定性难以得到保障;2)增大纳米颗粒、相变胶囊浓度,其悬浮液的导热、比热容增大的同时,黏度也会增大,引起功耗问题,额外功耗的产生甚至会抵消掉纳米颗粒、相变胶囊的传热强化效果。 因此,本文尝试将片状二氧化钛(TiO2) 纳米颗粒、球状相变纳米胶囊(NEPCM)混合形成二元纳米悬浮液,以期获得分散稳定性能优良的新型传热工质。

产品配置单:

分析仪器

罗姆分散体分析仪LUMiSizer ® 650

型号: LUMiSizer ® 650

产地: 德国

品牌: 罗姆

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方案详情:

TiO2/NEPCM纳米悬浮液的稳定性研究

相比传统传热工质,固体纳米颗粒悬浮液具有更高的导热系数,相变微/纳米胶囊悬浮液因其芯材相变过程中能够吸收/释放大量潜热而具有更高的比热容。将这两类悬浮液作为工质用于太阳能、制冷空调、建筑、电子器件、航空航天等领域,能够达到强化换热的目的,具有广阔应用前景。

众所周知,工质导热系数越高、比热容越高,其传热效果越显著。因此,相关纳米颗粒悬浮液研究多是通过增大颗粒质量浓度,相关相变胶囊悬浮液研究多是通过增大胶囊质量浓度,以达到传热的强化目的。然而,增大浓度的手段同时会带来以下两个问题:1)良好的分散稳定性是传热工质能够应用于实际的重要前提,然而高浓度的纳米颗粒、相变胶囊悬浮液的分散稳定性难以得到保障;2)增大纳米颗粒、相变胶囊浓度,其悬浮液的导热、比热容增大的同时,黏度也会增大,引起功耗问题,额外功耗的产生甚至会抵消掉纳米颗粒、相变胶囊的传热强化效果。

因此,本文尝试将片状二氧化钛(TiO2) 纳米颗粒、球状相变纳米胶囊(NEPCM)混合形成二元纳米悬浮液,以期获得分散稳定性能优良的新型传热工质。

1. TiO2/NEPCM混合纳米悬浮液的稳定性研究

采用皮克林乳化法,利用ZrP碟片作稳定粒子得到粒径均匀的球状相变纳米胶囊(NEPCM)。采用水热法合成了尺寸均匀的片状TiO2纳米颗粒。

混合球状C18纳米胶囊与片状TiO2纳米颗粒,制备新型TiO2/NEPCM纳米悬浮液。本文中,混合悬浮液系列样品的TiO2质量浓度为0.2%,NEPCM的质量浓度分别为0.2%、0.5%、1.0%、1.5%、3.0%。为开展对比研究,在同样条件下制备了0.2%质量浓度的TiO2纳米悬浮液,与0.2%、0.5%、1.0%、1.5%、3.0%质量浓度的NEPCM纳米悬浮液。

用LUMiSizer®稳定性分析仪测定TiO2/NEPCM纳米悬浮液的稳定性。光源波长410nm,转速为800rpm进行检测。使用不稳定性指数(ISI)对其量化,用以评价颗粒悬浮液的稳定性好坏。ISI无量纲指数在0∼1之间取值,其值越小,悬浮液的分散稳定性越好。

2. 结果与分析

图1所示为悬浮液的不稳定性指数随样品浓度的变化曲线图。与TiO2、NEPCM纳米悬浮液相比,TiO2/NEPCM混合纳米悬浮液的ISI指数明显降低,说明球、片状异形混合能够改善纳米悬浮液的分散稳定性。对于TiO2/NEPCM混合纳米悬浮液,随着NEPCM质量浓度的增大,其ISI指数呈现上升的变化趋势,但值均在0.5以下,说明在TiO2/NEPCM质量比为1:1条件下的稳定性最佳。

图1TiO2/NEPCM纳米悬浮液的稳定性图

图2所示为TiO2、NEPCM纳米悬浮液,TiO2/NEPCM混合纳米悬浮液的静置沉降图。可见,TiO2纳米悬浮液下部与NPECM纳米悬浮液上部均出现明显白色分层,仅有TiO2/NEPCM混合纳米悬浮液保持良好的稳定状态,5天的静置时间内未出现明显分层。

图2 TiO2 纳米悬浮液、NEPCM 纳米悬浮液与TiO2/NEPCM 混合纳米悬浮液的静置沉降图

3. 结论

相比于TiO2、NEPCM纳米悬浮液,球/片混合的TiO2/NEPCM纳米悬浮液具有更为优良的分散稳定性,在TiO2/NEPCM质量比为1:1条件下的稳定性最佳。

LUMiSizer®分散体系分析仪,应用STEP技术,对配方稳定性分析提供了快捷有效的工具。不仅可以同时检测12个样品,而且多波长(近红外870nm、蓝光410nm)覆盖多品类样品的测试,为用户可提供更多更深入的分析信息,极大提高了工作效率。



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