[发明专利]一种全氟三乙胺基高导热润滑纳米流体的制备方法

说明书

一种基于全氟三乙胺基高导热润滑纳米流体制备方法，属于航天器用流体回路系统复合液体工质制备领域。通过制备氟化石墨烯‑全氟三乙胺基纳米流体实现流体回路系统的高效换热与有效润滑，本发明通过水热法，以氢氟酸为氟化试剂对氧化石墨烯进行氟化，成功制备了多层氟化石墨烯，实验设备较为简易，制备过程易于操作。且石墨烯表面的含氟比例可以可控调整。经过氟化处理的石墨烯在全氟三乙胺工质当中具有良好的分散性，且由于无需使用分散剂，可以减少传热界面热阻，显著提供纳米流体的热导率。氟原子插入到石墨烯片层之间，扩大层间距，降低了层与层之间的作用力，同时氟原子之间强烈的斥力作用更有利于片层之间滑动，可显著提高纳米流体的减磨润滑性能。

技术领域：

本发明属于航天器用流体回路系统复合液体工质制备领域；特别是提供了一种制备基于全氟三乙胺纳米流体的制备方法，特点是能够在超疏水疏油的液体工质中均匀分散石墨烯纳米颗粒，从而实现液体工质的高效换热与减磨润滑。

背景技术：

高效率换热是流体回路技术发展永恒的主题，而热载荷与传热工质的换热效率高低则直接影响系统的规模与性能。为实现航天器高效率流体回路散热系统研制，要求机械泵驱动流体回路散热技术中的工作介质具有较高的换热系数，能够实现对高功率发热部件进行有效换热效果。与此同时，高寿命的泵也是泵驱流体回路的关键。能够实现泵体的有效润滑，无疑会对延长泵的寿命与增加可靠稳定性具有重要价值。

全氟三乙胺是航天领域常用的冷却工质。它是一种无色、无嗅、透明液体，具有不燃烧、无毒，对热和各种化学品及金属材料的高度稳定性，良好的润滑及耐磨性，优良的介电性和热传导性，且倾点低，粘度低等特点，被广泛应用于航天工业、电子、电力工业中的电绝缘油、导热冷却剂、介电液、精密仪器清洗液等。其成分由C、N、F元素组成的，且由氟原子饱和的化合物。其沸点偏低，较易挥发，且导热系数相对不高，仅为0.1003W/m·K。为提高其导热系数，将高导热纳米添加剂加入到传热工质中改善其导热性质与润滑性质，通常称其为纳米流体。

石墨烯作为碳族材料中的优秀代表，不仅具有高的导热率，还有低的摩擦系数，形成纳米流体后将显著提高热导率，降低摩擦系数。例如Hajjar等利用改性Hummers法制备了氧化石墨烯，并以不同的质量分数(0.05％～0.25％)添加到去离子水中形成了均匀稳定的氧化石墨烯/水纳米流体，纳米流体导热性能测量结果表明，纳米流体热导率大大高于基液的热导率，常温下质量分数为0.25％的石墨烯纳米流体比去离子的导热系数增大了33.9％，40℃时增加值为47.5％。(International Communications in Heat and MassTransfer.57(2014)128)。Ijam等使用改性Hummers法制备了氧化石墨烯，并以水/乙二醇做基液(60：40)制备成质量分数为0.01％～0.1％的纳米流体，导热性能结果表明，0.1％的纳米流体热导率提高了6.67％～10.47％(International Journal of Heat and MassTransfer.87(2015)92)。

然而尽管石墨烯通常具有优异的导热性质与润滑性质，但由于结构完整的石墨烯是由稳定的类六元环苯单元组合而成表面呈惰性，化学稳定性高，并且石墨烯片与片之间强烈的π-π作用使其在传热工质中的分散稳定性受到严重影响，特别是对于全氟三乙胺这种特殊的传热工质，很容易产生聚集沉淀或团聚，无法充分发挥石墨烯在全氟三乙胺中发挥高导热和润滑效果。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种石墨烯均匀分散于非极性液态工质全氟三乙胺中形成纳米流体的方法，从而提升机械泵驱动流体回路中工作介质的换热性能与减磨性能。通过石墨烯通过表面修饰形成氟终端，利用与工质全氟三乙胺的相似相溶原理，实现氟化石墨烯在换热工质全氟三乙胺当中的均匀分散。这样既可以避免分散剂的引入降低石墨烯的热导率，又可以避免引入较大的官能团分子带来的不稳定性。