[发明专利]一种石墨烯基改性纳米流体传热工质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯基改性纳米流体传热工质及其制备方法，首先经两次氧化制得氧化石墨烯，再还原后得到石墨烯，石墨烯、丙三醇、酮或醛进行混合后于80～150℃下反应2～12小时，反应结束后减压蒸馏除去未反应的酮或醛，然后将所得的悬浊液置于超声波细胞粉碎机中超声1～5小时，得到改性的石墨烯：酮/醛缩丙三醇纳米流体。本发明将传统“两步法”制备纳米流体方法与有机合成化学反应巧妙结合，制备过程简单易操作，制备出的纳米流体在基液的基础上导热系数提高92％、粘度减小98％、且工作温度范围扩展至‑18～300℃，制备流程简单，材料来源广泛、过程易于控制，重复性好，技术易于推广应用。

技术领域

本发明属于传热技术领域，涉及一种纳米流体传热工质，尤其涉及一种石墨烯基改性纳米流体传热工质及其制备方法。

背景技术

热量传递过程涉及到工业上的各行各业。随着传热系统的热负荷日益增大以及传热系统结构的复杂化，对传热技术提出了更高的要求，比如，保温超导体冷却，薄膜沉积中的热控制、动力电池热管理、大功率电子原件散热及航空航天器热管理等等。提高传热介质的性能是强化传热的主要方式之一。

1995年，美国Argonne实验室的Choi教授提出了纳米流体(Nanofluid)的概念，即在液体中添加纳米颗粒而形成的纳米粒子悬浮液，是突破传统工质低导热特性的新方法。基液作为纳米流体的主要组成部分，对于分散纳米颗粒和纳米流体的导热起到决定性的作用。基液的选择主要考虑它的热稳定性，粘度，导热系数，热容，凝固点和沸点。在寒冷地区，如中国北方地区，最低温度可达-30℃；而在炎热地区，太阳能收集系统的最高温度可达270℃，传统的水基工质将会受限于较高的凝固点和较低的沸点而无法正常工作。

丙三醇为工业生物柴油及制皂业的主要副产物，来源广泛，价格低廉。由于它具有较高的导热系数、热稳定性、安全性及较宽的工作温度范围(18℃～230℃)而被用作传热介质，然而过高的粘度导致过高泵耗，限制了其广泛使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯基改性纳米流体传热工质的制备方法，解决传统液体传热介质的传热能力差和工作温度范围窄的问题。

本发明的另一目的是提供由上述方法制备得到的石墨烯基改性纳米流体传热工质，工作温度范围宽，且相对于丙三醇基液的纳米流体具有更高的导热系数和更低的粘度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种石墨烯基改性纳米流体传热工质的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨、五氧化二磷、高锰酸钾、浓硫酸进行混合后于10～50℃下反应1～8小时，其中五氧化二磷与高锰酸钾的质量比为1:1，石墨与五氧化二磷、高锰酸钾总质量的质量比为1:1～2:1，石墨与浓硫酸的质量比为3:1～5:1，反应结束后过滤、洗涤、真空干燥后得到预氧化的石墨；

(2)将步骤(1)得到的预氧化的石墨、高锰酸钾、浓硫酸进行混合后于0～50℃下反应2～5小时，其中预氧化的石墨与高锰酸钾的质量比为1:3～1:5，预氧化的石墨与浓硫酸的质量比为1:30～1:50，反应结束后以质量百分比浓度为30％过氧化氢水溶液中和未反应氧化剂，离心，以水溶性有机溶剂的水溶液为洗涤溶剂离心洗涤沉淀物3～5次，真空干燥得到氧化石墨烯；

(3)在溶剂环境中，将步骤(2)得到的氧化石墨烯与还原剂按质量比为1:30～1:50进行混合，氧化石墨烯与溶剂的质量体积比为1:1～1:3(g/L)，调节溶液pH至9～10，于80～120℃下反应12～24小时，反应结束后过滤、洗涤、真空干燥得到石墨烯；

(4)将步骤(3)得到的石墨烯、丙三醇、酮或醛进行混合后于80～150℃下反应2～12小时，其中石墨烯与丙三醇的质量比为0.216％～1.264％，丙三醇与酮或醛的摩尔比为1:3～1:5，反应结束后减压蒸馏除去未反应的酮或醛，然后将所得的悬浊液置于超声波细胞粉碎机中超声处理1～5小时，得到改性的石墨烯：酮/醛缩丙三醇纳米流体。