[发明专利]一种两亲性高分子负载纳米流体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种两亲性高分子负载纳米流体及其制备方法，制备过程如下：(1)将亲水性单体、疏水性单体与拟分散的纳米粒子及有机溶剂混合，加入自由基引发剂，在50～100℃下反应5～24小时；(2)反应结束后将步骤(1)中的混合液冷却至室温，经过滤，洗涤，干燥后得到高分子负载纳米粒子；(3)取步骤(2)中所得的高分子负载纳米粒子与基液混合，在60～120℃下搅拌1～5小时，冷却至室温，然后超声分散1～5小时，得到两亲性高分子负载纳米流体。本发明利用高分子特有的链状结构将纳米粒子进行担载，并利用高分子的两亲性使纳米粒子以高分散程度状态存在而不易聚集、脱落和失活，制备的纳米流体不易发生团聚，稳定性好；制备过程可控，重复性好，易推广。

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，尤其涉及一种两亲性高分子负载纳米流体及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的飞速发展和能源问题的日益突出，热交换设备的传热负荷和传热强度日益增大，传统的纯液体换热工质已很难满足一些特殊条件下的工作要求。随着纳米科技的进步，纳米尺度材料和技术越来越多地进入强化传热工作者的视野。1995年美国Argonne国家实验室的Choi等率先提出了纳米流体的概念。所谓纳米流体，是指以一定的方式在液体介质中添加纳米粒子而形成的悬浮液。与传统传热介质相比，纳米流体有着更强的传热性能，主要归因于两个方面：一方面，纳米粒子的自身导热能力较强，能够强化流体的导热能力；另一方面，纳米粒子在流动过程中的扰动作用能够强化流体的对流换热能力。

虽然纳米粒子的尺寸很小，粒子之间的布朗运动等因素使粒子难以沉淀，但在纳米流体的悬浮液中，纳米粒子具有较大表面活性，会使它们很容易团聚形成带有若干弱连接面的较大团聚体。纳米粒子的团聚会导致微小通道的堵塞，并且会降低纳米流体的传热能力，因此，开发一种分散稳定性高且传热性能好的纳米流体具有重要意义。

传统的纳米流体在制备过程中需要加入分散剂或表面活性剂以提高其稳定性，但是加入分散剂或表面活性剂会对纳米流体的传热能力产生影响，而且一旦分散剂或表面活性剂发生老化变质，纳米流体的稳定性就难以得到保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种两亲性高分子负载纳米流体的制备方法。

本发明的目的之二是提供由上述方法制备得到的两亲性高分子负载纳米流体。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种两亲性高分子负载纳米流体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将亲水性单体、疏水性单体与拟分散的纳米粒子及有机溶剂混合，加入自由基引发剂，在50～100℃下反应5～24小时；

(2)反应结束后将步骤(1)中的混合液冷却至室温，过滤，洗涤，干燥后得到高分子负载纳米粒子；

(3)取步骤(2)中所得的高分子负载纳米粒子与基液混合，在60～120℃下搅拌1～5小时，冷却至室温，然后超声分散1～5小时，得到两亲性高分子负载纳米流体。

优选的，步骤(1)中所述亲水性单体包含N,N,N-三甲基-1-(4-乙烯基苯基)甲基氯化铵、N-叔丁基丙烯酰胺、N,N-二(4-乙烯基苯甲基)氯化哌啶、N,N'-亚甲基双甲基丙烯胺中的一种或多种，所述疏水性单体包含苯乙烯、对甲基苯乙烯、二乙烯基苯中的一种或多种。

优选的，步骤(1)中所述纳米粒子包含二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、石墨烯、氧化石墨烯、碳化硅中的一种或多种。

优选的，步骤(1)中所述有机溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、乙腈、苯中的一种或多种。

优选的，步骤(1)中所述自由基引发剂包括过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、叔丁基过氧化氢、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或多种。

优选的，步骤(1)中所述纳米粒子与亲水性单体和疏水性单体总和的质量比为1:1～1:5。