[发明专利]包含官能化碳纳米材料的热传递流体及其制造方法

说明书

背景技术

常规的热传递流体，诸如水、矿物油和乙二醇，在包括发电、化学生产、空气调节、运输和微电子的许多工业中起重要作用。然而，它们本身的低热导率阻碍了大量热传递应用中所要求的高能量效率的热传递流体的发展。最近已证实可通过使纳米尺寸(在至少一个维度上约1到100nm)的固体颗粒和纤维(即纳米颗粒)分散或悬浮在流体中来显著增强这些常规流体的热传递性质。这些分散液和悬浮液被称作纳米流体。纳米颗粒通常由化学上稳定的金属、金属氧化物或碳制成。已经展示一些纳米流体显著增加基液上的热传递流体的热传递特征。

需要具有改进的热传递特征的纳米流体。

发明内容

本发明描述一种纳米流体，其包含极性流体介质和官能化碳纳米材料。本发明另外描述一种用于制备纳米流体的方法，其包含提供官能化碳纳米材料；提供极性流体介质；以及通过超声处理使所述官能化碳纳米材料分散在所述极性流体介质中。

具体实施方式

如本文所使用，术语“碳纳米材料”是指主要含碳的纳米材料，例如纳米钻石、石墨、富勒烯、碳纳米管、碳纤维及其组合。

如本文所使用，术语“官能化碳纳米材料”是指碳纳米材料的烷醇胺化形式。

如本文所使用，术语“烷醇胺化”是指用一种或多种烷醇胺或烷醇胺衍生物来官能化材料。

如本文所使用，“烷醇胺”是指含有分别连接至单独碳原子的羟基和氨基的烃。烷醇胺可以是伯胺、仲胺或叔胺。烷醇胺可以是直链、支链、环状、脂族烷醇胺或芳族烷醇胺。

本发明描述一种热传递流体，其包含极性流体介质和官能化碳纳米材料。在一个例子中，热传递流体被表征为官能化碳纳米材料在极性流体介质中的悬浮液。在一个例子中，热传递流体含有已知被用于冷却剂调配物中的染料。在一个例子中，热传递流体含有已知被用于冷却剂调配物中的腐蚀抑制剂。

在一个例子中，极性流体介质包含极性的流体。在一个例子中，极性流体介质包含可在水中混溶的流体。在一个例子中，极性流体介质包含一种或多种甘醇或二甘醇。甘醇是指具有两个或超过两个碳原子的二醇，并且在本文中被称作“一甘醇”。“二甘醇”同样是指二醇并且通常衍生自两摩尔氧化物，例如环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷。如本文所使用，一般“甘醇”是指一甘醇或二甘醇。在一个例子中，甘醇包括支链碳链。在一个例子中，甘醇包括直链碳链。在一个例子中，极性流体介质包含水、直链一甘醇、支链一甘醇、直链二甘醇和支链二甘醇，或其组合。在一个例子中，极性流体介质包含水和有机盐(例如丙酸钾)的溶液。合适的极性流体介质的实例包括乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二丙二醇、甘油。

在一个例子中，碳纳米材料为如本领域中已知的一维、二维或三维材料。在一个例子中，碳纳米材料为以下一个或多个：石墨烯、氧化石墨烯、经还原的氧化石墨烯、单一石墨烯或氧化石墨烯薄片、或石墨烯或氧化石墨烯薄片的堆叠、石墨、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米钻石、碳纳米带、富勒烯或其它已知的碳纳米材料。在一个例子中，碳纳米材料在至少一个维度上的尺寸为1到100nm。石墨烯将包括官能团。在一个例子中，石墨烯的官能团为羧基。

在一个例子中，碳纳米材料的官能团经反应以形成官能化碳纳米材料。在一个例子中，官能化碳纳米材料为使用一种或多种烷醇胺制备的碳纳米材料的烷醇胺化形式。碳纳米材料的烷醇胺化形式通过使经碳二亚胺活化的碳纳米材料与烷醇胺反应来制备。在一个例子中，碳纳米材料的烷醇胺化形式通过使二异丙基碳二亚胺(DIC)、二甲基氨基丙醇(DMAP)、羟基苯并三唑(HOBt)和烷醇胺在二甲亚砜(DMSO)中反应(例如利用超声处理)来制备。在一个例子中，碳二亚胺可以是二环己基碳二亚胺(DCC)或乙基-(N',N'-二甲氨基)丙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)。

在一个例子中，烷醇胺含有不超过20个碳原子。在一个例子中，烷醇胺含有两个或超过两个碳原子。在一个例子中，烷醇胺具有直链碳链。在一个例子中，烷醇胺具有支链碳链。选择烷醇胺使得其可溶于极性流体介质中。在一个例子中，烷醇胺为聚醚胺，例如以商标名Jeffamine单胺(可自亨斯迈公司(Huntsman Corp)获得，分子量被报道为至多2000)出售的那些聚醚胺。在一个例子中，烷醇胺为哌嗪衍生物，例如羟基乙基哌嗪。在一个例子中，烷醇胺为环状烷醇胺，或芳族烷醇胺。合适的烷醇胺的实例包括但不限于单乙醇胺、二乙醇胺、单异丙醇胺和氨基-甲基-丙醇，例如2-氨基-2-甲基-1-丙醇。