纳米颗粒悬浮液稳定性分析.pdfVIP

第 11 卷 2 期 应用基础与工程科学学报 Vol. 11 ,No. 2 2003 年 6 月 　　 　　　 J une 2003 J OURNAL OF BASIC SCIENCE AND EN GIN EERIN G ① 文章编号 :100520930 (2003) 0220167207 　　中图分类号 : TK124 　　文献标识码 :A 纳米颗粒悬浮液稳定性分析 王补宣 , 　李春辉 , 　彭晓峰 (清华大学热能系工程热物理所 ,北京 100084) 摘要 :讨论纳米颗粒悬浮液的稳定性问题. 对不同颗粒、不同基液制备的悬浮液 稳定性进行了实验研究 ,在此基础上 ,探讨颗粒与基液的密度、颗粒的等效直径、 基液动力粘度等因素对悬浮液稳定性的影响. 结果表明 :颗粒等效直径与基液动 力粘度对悬浮液的稳定有决定性作用. 关键词 :纳米颗粒悬浮液 ;动力粘度 ; 团聚;等效直径 [1 ] ( ) 自Choi 提出专门命名为“纳米流体”纳米颗粒悬浮液 以后, 因其在提高流体导热 [2 ] [3 ] [4 ] 系数 、减小壁面摩擦阻力 、改进光学性能 等方面的独特特性 , 引起了学术界和工程 应用方面的广泛关注. 悬浮液的制备是对其进行开发研究的第一步. 现有悬浮液的制备方 法可分为两种 :一步法和两步法. 所谓“一步法”就是在颗粒制备的同时将颗粒分散到基液 中去[5 ] ,而“两步法”则首先制成颗粒 ,然后通过超声波振荡、混合室高速旋转以及在悬浮 液中添加分散剂、改变溶液ph 值的方法 ,使颗粒均匀稳定地分散在基液中[2 ,627 ] . 因为 S 0 = 6/ d (粒径为 d) 纳米颗粒比表面积极大 ,造成极高的颗粒表面能 , 引起悬 浮液的热力学不稳定性. 固体颗粒密度通常大于基液密度 ,在重力场中会造成悬浮液的动 力学不稳定性. 这些不稳定因素最终将促使颗粒沉降. 但通过选取合适的颗粒种类、颗粒 直径、与基液种类的匹配 ,可显著地改善悬浮液的稳定性 ,在相当长时间内保持稳定. 本文利用不同基液和名义粒径为 50 nm 的 CuO 和 25 nm 的 SiO2 纳米颗粒制备悬浮 液并进行实验. 在实验基础上探讨影响悬浮液稳定性的不同因素. 1 　稳定性实验观察 由于不具备制备纳米颗粒的条件,悬浮液的制备采用两步法. 初期研究中以水为基 液. 对名义粒径为 50 nm CuO 颗粒的悬浮液制备中发现 ,不使用分散剂时 ,超声波振荡对 改善 CuO 与水的悬浮液稳定性几乎没有效果 ,脱离超声波水浴后 ,颗粒会立刻沉积在试 管底部. 在添加了适量的分散剂后 ,悬浮状况改善明显 ,但稳定性依然很差. 如图 1 所示. 图中 ,悬浮液质量浓度为 0. 5 %名义粒径为 50 nm 、CuO 颗粒和水制成. 各试管在超声波 水浴中进行了近 10 个小时的连续搅拌振荡 ,然后在室温下自然冷却约半个小时. 图中左 试管是直接将颗粒分散在水中 , 中间试管加进了质量浓度为 1 %的十二烷基硫酸钠分散 ① 收稿日期 :2003201202 ;修订日期 :2003205212 ( ) 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 编号 :5999555023 ( ) 作者简介 :王补宣 1922 — ,男 , 中科院院士. © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 168 应用基础与工程科学学报 　　　　　　　　　　　　　　Vol. 11