中国粉体网讯 随着全球能源短缺局势的日益严峻和国际社会对节能减排的迫切需求，包括冶金、化工、制冷、供暖、太阳能热发电以及核工业等在内的能源产业均对仪器设备的换热效率提出了更高的要求。纳米流体作为新兴的导热材料，引起了新世纪科研工作者的重视。1995年，CHOI等人首次研制出纳米流体，其导热系数较传统流体得到了很大的提高。纳米流体能有效地提高流体的热导率，降低传热过程中的能量损耗。
纳米流体是纳米粒子悬浮在基液中形成的稳定悬浮液，纳米粒子材料有陶瓷、金属、和不同形式的碳等，基液有水、醇、二醇、油及其混合物等。
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1 纳米流体制备方法
从定义上来讲纳米流体主要是由纳米粒子和基液组成，一切制备方法都是为了使纳米粒子均匀地分散在基液中，并且长时间稳定存在。所以依据分散纳米粒子的时机可以将纳米流体的制备分为两种方法，即一步法和两步法。
1.1 一步法
一步法是指制备纳米粒子和制成纳米流体是一起完成的。许多代表性纳米流体是一步法制成的。早期制备纳米流体的科研工作者，采用了一步到位的物理气相沉积的方法，合成了纳米尺寸的铜粒子。在充有惰性气体的超真空环境内，用激光照射铜金属靶，使铜金属受热升华，并通过低温液氮环境而冷凝成固体粒子，将铜固体颗粒与基础流体均匀混合形成均一稳定的分散液，得到铜纳米流体。也有学者采用液相法，先加入Na3C6H5O7作分散剂，再将KBH4与CuSO4·5H2O反应生成铜单质，然后调节pH值制备出铜纳米流体。
1.2 两步法
两步法又可以细分为两种，一种方法是先获得纳米粒子，加入表面活性剂或分散剂，用超声振动，磁力搅拌器，高剪切力混合器，均化器和砂磨机等装置将基液中的纳米颗粒打散以致其在基液中分布均匀。
另一种是制备纳米粒子的时候就加入表面活性剂或分散剂，再高速离心得到纳米粒子浓缩液，将浓缩液加入基液配制成纳米流体。这种方法比一步法制备简单，方便，不必再使用物理方法进一步加工。
2 纳米流体的性能
科研工作者已对纳米流体的热导率、粘度和稳定性等一系列流体性能做了相关研究。热导率也称为导热系数，是物质导热能力的量度。此外，热交换领域在要求设备具有较高传热效率的同时，也要求具有较低的粘度和悬浮稳定性，以防止压力损失和颗粒沉积所导致设备故障。
2.1 纳米流体的热导率
从近年来的研究可以看出，纳米流体导热系数变化存在很多规律，这激发了研究者对其内在机制进行研究的兴趣。尽管在该领域已经有很多研究成果，但因其影响因素繁多，一些研究结果仍备受争议。这其中包括纳米颗粒的布朗运动、固／液界面形成的分子层、以及杂化纳米流体颗粒的协同作用等。纳米颗粒对流体热导率的提升，国内外已有众多研究人员做了相关实验研究，并得到了大量实验数据，如表1。
2.2 纳米流体的稳定性
影响稳定性的因子有粒径、流变特征、温度、pH值、超声处理程度和是否掺入分散剂等。在纳米流体中，粒子相互吸引或排斥。这种作用的影响(包括分子间作用力和静电斥力)取决于粒子间距与总界面能量。较高的电势差使得颗粒间距增大，集聚现象不易发生，胶体更加稳定，从而使得流体的热导率较高。
2.3 纳米流体的粘度
粘度是一个重要的物理化学参数。粒子会增加流体流动摩擦阻力，从而改变粘度，带来流变性问题，影响流体的脉动功率和对流换热协同效率，对其制备与设备运行产生重要影响。而且纳米流体的粘度与流体的传热机理密切相关，对粘度的研究有助于对导热率变化规律的掌握。
3 纳米银流体材料的优点
（1）银是已知和常见可贩售的金属中热导率最高，纳米银有很好的抗菌效果。
（2）银纳米材料制备方法较多，形貌多种多样，高长径比的纳米银线对热导率具有良好的促进作用。
（3）用多元醇还原的银纳米材料分散性良好，可大批量生产。
（4）通过对银纳米线和颗粒状的材料混合导热的研究，探索其不同形貌材料混合导热的规律。
4 纳米流体研究展望
纳米流体作为一种全新的导热介质，在世界能源局势日益紧张的环境下，应用前景非常广阔。但由于建立成熟的生产体系仍然存在很多技术难题，目前依然鲜见纳米流体在实际工业生产中的大规模应用。
由于纳米尺寸材料具有的独特效应，粒子在基液内的分布状态需要创新的纳米流体力学规律去阐释。此外，对纳米流体稳定性的研究有利于实现大批量纳米流体的稳定生产工艺，有利于热交换领域中节能材料的相关研究，希望纳米流体能够在人们的生产生活中获得广泛应用。纳米流体粘度理论的研究也有所不足，对粘度影响因素的探寻还未有具有普遍适用性的结论。
纳米流体作为一种新型高效换热工质展现出良好的换热性能引起了许多研究者的关注。2021年6月19日上午10点，中国粉体网旗下粉体公开课平台邀请到深圳大学副教授向雄志作《混合银纳米流体的制备及性能研究》报告。此研究采用混合纳米银材料制备了热导率达到0.9264W/（m·K）的高热导率纳米流体，运用仿真模型获得了这样的高效率通道的棒和颗粒的最优比例。该研究还研究了纳米流体的粘度、润湿性和腐蚀性。实验证明：少量的纳米银的添加对流体的粘度影响不大，该纳米流体对于铜，不锈钢等换热器材料的腐蚀性与普通自来水也没有差别。
5 专家介绍
向雄志，男，深圳大学副教授。主要从事贵金属材料及材料腐蚀与防护相关研究，参与发表研究论文60余篇，其中SCI收录30篇，获得专利授权16项。主持和参与国家重点研发计划项目，国家，省，市自然科学金项目多项。发表学术论文60多篇，注重应用型研究，获授权发明专利16项，与美的、万家乐等知名企业都有合作。
参考来源：
【1】付小雨，向雄志.纳米流体的热导率及其模型的研究进展.金属功能材料.2021年，28（1）.
【2】魏楚雄，向雄志等.纳米流体的研究进展.广东化工.2018年，45（22）.
（中国粉体网编辑整理/星耀）
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