[发明专利]一种金属/多孔碳复合材料及其制备的导热纳米流体和应用

说明书

本发明属于纳米流体技术领域，公开了一种金属/多孔碳复合材料及其制备的导热纳米流体和应用。该方法是将乙酸镍水溶液和可溶性的金属盐溶液滴加至PVA水溶液中搅拌得混合溶液，然后加入碱溶液搅拌，制得凝胶混合物，经冷冻干燥，所得产物粉碎过筛制得负载金属前驱体，在保护气氛下，升温至700～900℃保温，将所得的初级产物用过量的稀盐酸超声，搅拌，后再加入氨水清洗，抽滤，干燥后研磨过筛，制得金属/多孔碳复合材料。本发明的复合材料孔隙丰富，壁薄，比表面积大，负载的金属颗粒大小均匀，具有亲水性、稳定性和优异的导热性能。将该复合材料超声分散在基液中制得导热纳米流体。该导热纳米流体可应用在太阳能、空调或微电子领域中。

技术领域

本发明属于于纳米流体技术领域，更具体地，涉及一种金属/多孔碳复合材料及其制备的导热纳米流体和应用。

背景技术

工业、国防、基础设施和交通运输的快速增长和发展要求研究和开发新的技术来加强传热，近年来，世界各国相继把发展纳米科技作为增强未来竞争力的科技战略。20世纪90年代以来，研究人员开始将纳米材料技术应用于强化传热领域，研究新一代高效传热冷却技术。由于水、乙二醇和油等导热系数低，传统传热流体的冷却能力受到限制，传统的纯液体(水，乙二醇，油等)传热工质的换热性能表现出明显乏力，新型高导热纳米流体逐渐引起了人们的关注。因此，迫切需要开发一种传热性能更好的新型传热流体来代替传统的传热流体。

三维多孔碳材料是一直被受研究者们青睐的一类材料,它主要是以碳素为骨架,而且由于其具备高的比表面积、发达的孔隙结构、化学稳定性高、较强的物理机械强度，并且孔道结构和尺寸大小均可调,同时兼具导电性、导热性以及其制备成本低廉、过程简便,因此被广泛的应用在各个领域。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的定义,多孔碳的孔径小于2nm被称为是微孔(Micropore),孔径介于2nm与50nm之间时被称为是介孔(Mesopore),孔径大于50nm是被称为是大孔(Macropore)。三维多孔碳材料相对于二维的石墨烯，由于其本身具有丰富的孔道结构、比表面积比较高和物理化学性质稳定等优良特点，具有更好的应用发展前景，尤其在导热导电性能等方面具有很大的发展潜力。

目前，已经有研究将多孔碳作为纳米粒子分散在水中形成纳米流体，但将金属颗粒负载多孔碳制备的复合纳米流体鲜有报道，值得深入研究，还有许多问题亟待解决。第一，由于多孔碳的亲水性差，使得多孔碳在基液中容易发生缠结、团聚，不仅影响纳米流体稳定性，堵塞通道，同时降低纳米流体的导热性能。第二，改性后形成的功能化多孔碳虽然可以提高多孔碳的分散性能，但是结构遭到破坏，使得它的导热性能明显降低。

金属纳米颗粒具有很高的导热性能，但是由于金属纳米颗粒的高密度和高比表面积使得金属纳米颗粒在基液中不稳定容易团聚、沉降。本发明通过将金属纳米颗粒负载在多孔碳内壁，多孔碳本身具有一种独特的卷曲片状的大孔网状结构连接的自支撑结构，可以防止多孔碳的聚集，同时对金属纳米颗粒具有保护作用。由于多孔碳与金属纳米颗粒的协同作用导致复合纳米流体具有很高的导热性能。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种金属/多孔碳复合材料。

本发明另一目的在于提供上述金属/多孔碳复合材料制得的纳米流体，该纳米流体具有导热性能好，同时稳定性高的优点。

本发明再一目的在于提供上述纳米流体的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种金属/多孔碳复合材料的制备方法，包括如下具体步骤：

S1.将乙酸镍水溶液和可溶性的金属盐溶液滴加至PVA水溶液中搅拌，制得混合溶液；

S2.将碱溶液加入混合溶液中搅拌，制得凝胶混合物，经冷冻干燥，所得产物粉碎过筛制得载金属前驱体，在保护气氛下，升温至700～900℃保温，制得初级产物；