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MgO―乙二醇水基纳米流体稳定性研究 　　摘 要：文章采用两步法制备了MgO-乙二醇/水基纳米流体悬浮液，加入适量分散剂，经超声波振荡后静置，获取其稳定性特征。结果表明，超声振荡时间、纳米颗粒质量分数、分散剂种类和分散剂质量分数是影响MgO-乙二醇/水基纳米悬浮液稳定性的主要因素，阿拉伯树胶能够改善此类纳米颗粒悬浮液稳定性。 中国论文网 /1/viewhtm　　关键词：纳米流体；稳定性；超声振荡；分散剂 　　1 概述 　　随着能源约束和环境保护的日益突出，新兴换热理论和设备对高效换热提出了更高的要求。因此，找到一种稳定、传输快、效率高的传热介质成为探索目标[1-2]。纳米流体是将纳米级颗粒加入基液中形成一种新工质，其原理在于纳米级颗粒增大了液体的导热系数，换热能力大为提高。 　　学界对纳米流体开展了较多研究，取得阶段性进展。从研究工质来看，大多以CuO、TiO2、Al2O3等金属氧化物的纳米颗粒悬浮物为主。从研究内容来看，主要集中在纳米流体制备、热物性参数与换热性能测试方面。从研究结论来看，总体上表现纳米流体强化换热，但在微观规律性层面，不同文献结论并不完全一致，甚至出现相互矛盾的现象。 　　文章拟制备乙二醇/水基的MgO纳米颗粒悬浮液，选择合适分散剂，采用超声波进行振荡分散，寻找超声振荡时间、MgO质量分数、分散剂种类及其质量分数对纳米悬浮液稳定性能影响的定性规律，为纳米流体强化换热提供理论参考和应用借鉴。 　　2 材料与方法 　　试验材料包含MgO颗粒（50nm级）、乙二醇、去离子水、十二烷基苯磺酸钠SDBS、阿拉伯树胶粉以及超声波振荡器、梅特勒电子精密天平试验设备。 　　试验采用两步法制备MgO-乙二醇/水基纳米颗粒悬浮液，首先将乙二醇和去离子水按体积比1：1混合制备成基液，再将一定量的MgO粉体直接添加到基液中，同时添加适量分散剂，并用玻璃棒强力搅拌。本试验选用分散剂为阿拉伯树胶粉和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）。为了强化MgO纳米颗粒的分散效果，采用超声振荡方式，增加脉动，配成质量分数为0.5%的MgO-乙二醇/水基纳米颗粒悬浮液。每隔10min取出一定量的纳米流体，分成多组分别放入试管。采用数码相机定时定点拍摄纳米悬浮液的分层规律和沉降特性。 　　3 结果与讨论 　　3.1 超声振荡时间对纳米流体稳定性的影响 　　为了分析超声振荡对MgO-乙二醇/水基纳米悬浮液稳定性的影响，将质量分数为0.5%的MgO-乙二醇/水基纳米流体按体积等分为5组，其中一组未经超声振荡，其余四组分别超声振荡10、20、30和40min，振荡结束后放入5组试管中静置待观察。对比发现，静置1天后各试管内的MgO-乙二醇/水基纳米悬浮液分层情况均不明显，但静置4天各试管分层现象已有区别，未经超声振荡的纳米流体分层最为显著，振荡40min的MgO-乙二醇/水基悬浮液仍无明显分层现象；静置7天后，各管内底部均出现沉淀现象。这表明，纳米粒子一定程度上因布朗运动保持稳定，但是超声振荡对MgO-乙二醇/水基纳米流体稳定性有较大影响。究其原因，可能是因为超声振荡时不可避免地改变了纳米流体温度，使得MgO-乙二醇/水基纳米流体的黏度、表面张力等物性参数发生改变，直接影响了其稳定性。 　　3.2 纳米颗粒质量分数对纳米流体稳定性的影响 　　在质量分数为1%、2%和3%的MgO-乙二醇/水基纳米流体悬浮液中加入质量分数均为5%的分散剂阿拉伯树胶，超声振荡20 min后，分置于试管A、B、C内静置。观察1天、9天和18天动态过程，各试管内纳米流体分层规律。对比发现，初始静置9天内，A、B管中的MgO-乙二醇/水基纳米颗粒悬浮液主体分布均匀，未见分层现象，而C管底部发现大量白色颗粒物，上部主体溶液成絮状；静置18天后，A、B两管底部也出现沉淀物，分层现象同样呈现。这表明，临界沉降时间与MgO纳米颗粒质量分数有直接关系，质量分数大的悬浮液容易沉降分层现象，具体质量分数尚需进一步验证。工程实际中应注意优选合适参数配备以保证纳米流体的稳定性。 　　3.3 分散剂种类对纳米流体稳定性的影响 　　为了分析不同分散剂对MgO-乙二醇/水基纳米悬浮液稳定性的影响，选择阿拉伯树胶和SDBS作为对比分散剂，分别加入质量分数0.5%的MgO-乙二醇纳米流体中，经超声振荡后静置。通过观察可以发现，阿拉伯树胶对MgO-乙二醇/水基纳米流体稳定性的作用明显强于SDBS。其中原因可能是MgO纳米颗粒是带有极性的，MgO颗粒表面在水中呈负电性，它对阳离子表面活性剂的吸附能力大于阴离子表面活性剂，而SDBS为阴离子表面活性剂，阿拉伯树胶为非离子型表面活性剂，具有亲水性，一定程度上保证了MgO-乙二醇/水基纳米流体分散系的稳定性。 　　3.4 分散剂质量分数对纳米流体稳定性的影响