本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種低電導(dǎo)率納米流體及其制備方法，屬于電力電子設(shè)備冷卻領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)納米流體的電導(dǎo)率小于1μs/cm，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，納米流體包含如下組分：超純水40.0～99.0%，二元醇0.0～60.0%，納米粉體0.1～10.0%，分散劑0.01～3.0%。其制備方法是，將煅燒后的納米粉體分散于超純水中，去除帶電的雜質(zhì)離子后，在納米顆粒表面包覆分散劑，再去除雜質(zhì)離子后獲得低電導(dǎo)率的納米流體。與傳統(tǒng)冷卻液相比，本發(fā)明專利技術(shù)納米流體換熱能力高，技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及，屬于電力電子設(shè)備冷卻領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大功率、高功率密度器件被大量研制和應(yīng)用。電力電子設(shè)備在功率增加的同時(shí)，其熱耗也在增加，有些電力電子器件工作時(shí)的表面熱流密度已達(dá)數(shù)十瓦乃至上百瓦每平方厘米。大量的熱耗如果不能及時(shí)散發(fā)出去，將極大地影響電子設(shè)備的可靠性。因此，如何有效地將電力電子設(shè)備中的余熱排放出來，從而延長(zhǎng)其壽命、增強(qiáng)可靠性，具有十分重要的意義。目前，電力電子設(shè)備常用的冷卻方式主要有自然風(fēng)冷、強(qiáng)迫風(fēng)冷和強(qiáng)迫液冷三大類。其中，自然風(fēng)冷和強(qiáng)迫風(fēng)冷的冷卻能力有限，往往只能用于熱流密度較低的場(chǎng)合；液體冷卻承受的熱流密度大，散熱效率高，熱負(fù)載溫度梯度小，適合熱流密度較高的場(chǎng)合。液體冷卻采用的冷卻液主要有水、乙二醇、油等，但是，這些液體其導(dǎo)熱系數(shù)低、換熱能力差，己經(jīng)不能滿足高負(fù)荷電力電子設(shè)備的散熱要求，有必要開發(fā)新型、高效換熱的冷卻液。納米流體技術(shù)的出現(xiàn)，為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的思路。納米流體是把金屬或非金屬納米顆粒穩(wěn)定懸浮到傳統(tǒng)流體(水，乙二醇等)中形成的一種新型換熱工質(zhì)。已有的研究表明，與傳統(tǒng)流體相比，納米流體具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)和優(yōu)良的換熱性能，因而納米流體有望解決電力電子設(shè)備高負(fù)荷的散熱要求。眾所周知，多數(shù)的電力電子設(shè)備在運(yùn)行中往往存在較高的電場(chǎng)，有的高達(dá)幾千伏、幾萬(wàn)伏甚至幾十萬(wàn)伏。而納米顆粒表面有斷鍵，顆粒表面通常帶有電荷。在電場(chǎng)中，納米流體中的納米顆粒極易與電極產(chǎn)生靜電作用，從而產(chǎn)生吸附和沉積，導(dǎo)致?lián)Q熱效率降低甚至冷卻失效。因此，要把納米流體應(yīng)用于電力電子設(shè)備的冷卻，如何消除納米顆粒的表面電荷、降低納米流體的電導(dǎo)率，制備出能在電場(chǎng)下穩(wěn)定且換熱性能優(yōu)良的納米流體是關(guān)鍵。目前報(bào)道的能夠大批量制備納米流體的方法主要有分散法和濕化學(xué)法。分散法是通過改變體系的PH值、加入陽(yáng)離子或陰離子分散劑等，并輔以超聲或機(jī)械攪拌把納米粉體分散到基礎(chǔ)液體中形成納米流體。如朱冬生等通過改變PH值并加入陰離子分散劑十二烷基苯磺酸鈉制備了 Al2O3/水納米 流體(材料科學(xué)與工程，2008，1，56-61);彭小飛等利用陰離子分散劑十二燒基苯磺酸鈉，并輔以超聲分散，把納米Al2O3、納米CuO、納米SiO2、納米Cu等粉體分散到蒸餾水、乙二醇、丙二醇中獲得了多種納米流體(彭小飛，車用散熱器中納米流體高溫傳熱基礎(chǔ)問題研究，浙江大學(xué)博士學(xué)位論文，2007)。改變pH值、加入陽(yáng)離子或陰離子分散劑的目的是提高納米顆粒表面的zeta電位,從而提高納米流體的常規(guī)穩(wěn)定性。但是，zeta電位的提高，會(huì)導(dǎo)致納米流體電導(dǎo)率的增加，因而這樣制備的納米流體無(wú)法用于有電場(chǎng)存在的電力電子設(shè)備的冷卻。濕化學(xué)法是利用液相中的化學(xué)反應(yīng)直接在液相介質(zhì)中制備納米顆粒，從而獲得納米流體，該方法把納米顆粒的制備與納米流體的制備結(jié)合在一起。例如，Zhu等在硫酸銅的乙二醇溶液中加入還原劑，采用微波加熱直接獲得Cu/乙二醇納米流體(J. Colloid Interf. Sc1. 2004, 277，100) ；Zhu等把氫氧化銅納米顆粒分散到水中，采用檸檬酸銨為分散劑，通過超聲和微波加熱使氫氧化銅分解為氧化銅，從而獲得CuO/水納米流體(J. Phys. Chem. C2007, 111，1646-1650)。采用濕化學(xué)法制備的納米流體中，由于存在原料引入的雜質(zhì)離子，其電導(dǎo)率較高，在電場(chǎng)下無(wú)法穩(wěn)定，也就無(wú)法滿足電力電子設(shè)備冷卻的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供，能夠滿足有電場(chǎng)存在的電力電子設(shè)備冷卻的要求。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)措施本專利技術(shù)低電導(dǎo)率納米流體，其電導(dǎo)率小于I μ s/cm，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，納米流體包含如下組分超純水40. O 99. 0%，二元醇O. O 60. 0%，納米粉體O.1 10. 0%，分散劑O. 01 3. 0%。其中，所述的超純水的電阻率大于15ΜΩ/cm。所述的納米粉體為納米氧化硅、納米碳化娃、納米氧化招、納米氧化鋅、納米氧化銅、納米二氧化鈦中的任意一種或任意組合；納米粉體的粒徑為10 lOOnm。所述的分散劑為聚氧乙烯型非離子分散劑、多元醇型非離子分散劑、烷基醇酰胺型非離子分散劑中的任意一種或其任意組合；按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，分散劑的加入量為納米顆粒的I 30%。所述的二元醇為乙二醇、丙二醇、二乙二醇中的任意一種或任意組合。本專利技術(shù)低電導(dǎo)率納米流體的制備方法，包含如下連續(xù)步驟( I)將納米粉體進(jìn)行煅燒處理；(2)按質(zhì)量計(jì)，將I份煅燒處理后的納米粉體與5 30份超純水混合，超聲或強(qiáng)力機(jī)械攪拌O. 5 12小時(shí)，得到分散均勻的懸浮液； (3)把所得的懸浮液通過離子交換樹脂，去除帶電的雜質(zhì)離子，使懸浮液的電導(dǎo)率小于 5 μ s/cm ；(4)向低電導(dǎo)率的懸浮液中加入分散劑，攪拌I 24小時(shí)，使分散劑均勻包覆在納米顆粒表面；(5)包覆后的納米顆粒懸浮液再次通過離子交換樹脂，去除帶電的雜質(zhì)離子，使懸浮液的電導(dǎo)率小于I μ s/cm ；( 6 )向步驟(5 )的懸浮液中加入超純水或二元醇，混合均勻獲得低電導(dǎo)率的納米流體，其電導(dǎo)率小于lys/cm。其中，所述的納米粉體的煅燒處理溫度為300 600°C。所述的離子交換樹脂為氫型陽(yáng)離子交換樹脂與氫氧根型陰離子交換樹脂混合組成的混床離子交換樹脂；氫型陽(yáng)離子交換樹脂與氫氧根型陰離子交換樹脂的質(zhì)量比為1:0. 5 3。在本專利技術(shù)的制備過程中，通過對(duì)納米粉體在一定的溫度和氣氛中煅燒，以消除納米顆粒表面缺陷和吸附雜質(zhì)，從而降低納米顆粒表面電荷；利用離子交換樹脂對(duì)帶電雜質(zhì)離子的吸附作用，去除雜質(zhì)離子，從而進(jìn)一步降低納米流體的電導(dǎo)率；利用特定分散劑的分散作用，可提高納米顆粒在納米流體中的分散穩(wěn)定性，同時(shí)進(jìn)一步降低納米流體的電導(dǎo)率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下積極效果1、本專利技術(shù)納米流體的電導(dǎo)率小于I μ s/cm，在電場(chǎng)中能夠穩(wěn)定存在，不吸附、不沉積，能夠用于電力電子設(shè)備的冷卻；2、與傳統(tǒng)冷卻液相比，其換熱能力提高5 30%，從而具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本專利技術(shù)。實(shí)施例1將粒徑50納米的納米氧化鋁在600°C、H2氣氛下煅燒處理3h ；冷卻到室溫后，取I公斤納米氧化鋁與10公斤電阻率為16MQ/cm的超純水混合，超聲分散12小時(shí)，得到分散均勻的懸浮液；把所得的懸浮液通過氫型陽(yáng)離子交換樹脂與氫氧根型陰離子交換樹脂混合組成的混床離子交換樹脂(二者的質(zhì)量比為1:2)，去除帶電的雜質(zhì)離子，使懸浮液的電導(dǎo)率小于 5 μ s/cm ;向低電導(dǎo)率的懸浮液中加入100克聚氧乙烯型非離子分散劑，攪拌4小時(shí)，使分散劑均勻包覆在納米顆粒表面；包覆后的納米顆粒懸浮液再次通過氫型陽(yáng)離子交換樹脂與氫氧根型陰離子交換樹脂混合組成的混床離子交換樹脂(二者的質(zhì)量比為1:1)，去除帶電的雜質(zhì)離子，使懸浮液的電導(dǎo)率小于I μ s/cm ；向上述懸浮液中加入10公斤電阻率為17MQ/cm的超純水，混合均勻獲得低電導(dǎo)率的納米流體，其電 導(dǎo)率為O.1 O. 5 μ s/cm ；與純水相比，其換熱能力提高25%。實(shí)施例2將粒徑40納米的納米碳化硅在450°C、氧氣氣氛下煅燒處理Ih ；冷卻到室溫后，取I公斤納米碳化硅與20公斤電阻率為16MQ/cm的超純水混合，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種低電導(dǎo)率納米流體，其特征在于，納米流體的電導(dǎo)率小于1μs/cm，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，納米流體包含如下組分：超純水40.0～99.0%，二元醇0.0～60.0%，納米粉體0.1～10.0%，分散劑0.01～3.0%。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種低電導(dǎo)率納米流體，其特征在于，納米流體的電導(dǎo)率小于I μ s/cm，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，納米流體包含如下組分超純水40. O 99. 0%，二元醇O. O 60. 0%，納米粉體O.1 10. 0%,分散劑 O. 01 3. 0%。2.如權(quán)利要求1所述的低電導(dǎo)率納米流體，其特征在于所述的超純水的電阻率大于 15MΩ/cm。3.如權(quán)利要求1所述的低電導(dǎo)率納米流體，其特征在于所述的納米粉體為納米氧化娃、納米碳化娃、納米氧化招、納米氧< 化鋅、納米氧化銅、納米二氧化鈦中的任意一種或任意組合；納米粉體的粒徑為10 lOOnm。4.如權(quán)利要求1所述的低電導(dǎo)率納米流體，其特征在于所述的分散劑為聚氧乙烯型非離子分散劑、多兀醇型非離子分散劑、燒基醇酰胺型非離子分散劑中的任意一種或其任意組合；按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，分散劑的加入量為納米顆粒的I 30%。5.如權(quán)利要求1所述的低電導(dǎo)率納米流體，其特征在于所述的二元醇為乙二醇、丙二醇、二乙二醇中的任意一種或任意組合。6.如權(quán)利要求1所述的低電導(dǎo)率納米流體的制備方法，其特征在...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱海濤，雷清泉，吳大雄，蘇靜文，王連剛，張燦英，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：青島科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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