纳米流体导热系数的团簇宏观分析模型

提出了以颗粒团聚成统计平均尺寸的团簇宏观特征量计算纳米流体(纳米颗粒悬浮液)导热系数的物理数学模型.计算远比作者在2003年建议和报道的分形模型法简便.计算示例与讨论表明:所倡导的数理模型可给出纳米流体导热系数可信的预示值,对筛选和优化纳米流体具有一定的指导意义.     

双组分纳米流体导热系数研究

采用共混法在氨水中制备了稳定的碳纳米管颗粒悬浮液(双组分纳米流体),并利用瞬态热丝法测量了不同条件下的双组分纳米流体的导热系数,系统研究了颗粒质量分数、氨水质量分数、温度等因素对双组分纳米流体导热系数的影响.实验结果表明,碳纳米管的加入极大地提高了基础液体-氨水的导热系数.在此基础上,结合已有文献中关于纳米流体导热系数的计算模型对双组分纳米流体的导热系数进行了模拟计算,并对模拟数据和实验数据进行了对比.结果发现,通过对模型参数的调整,微对流模型可以准确计算双组分纳米流体的导热系数.     

基于颗粒团聚理论的纳米制冷剂导热系数计算

用基于颗粒团聚理论的导热系数算法计算了2种铜-水纳米流体在不同配比下的导热系数并与实验数据对比,证明了算法的可行性.使用该算法计算了5种铜-R22纳米制冷剂在不同配比下的导热系数.计算结果表明,颗粒团聚理论和热阻网络法是进行纳米制冷剂导热系数研究的有力工具.     

颗粒尺寸与表面吸附对低浓度非金属纳米颗粒悬浮液有效导热系数的影响

运用纳米颗粒导热系数模型和颗粒吸附液体时厚度的Langmuir公式,同时考虑由颗粒Brown运动引起的颗粒输运过程等因素,分析了低浓度非金属纳米颗粒悬浮液导热系数增强的机理,建立了有效导热系数模型.分析结果表明,尺寸效应和吸附作用是悬浮液导热系数增加的重要原因,而颗粒输运过程对悬浮液导热系数增加的贡献则很小.文中提出的有效导热系数模型尚未考虑颗粒团聚的因素.     

己硫醇单层保护金纳米团簇的合成及其性质

提出一种合成金的单分子层保护团簇（monolayer-priotected clusters,MPCs）的新方法，在四氢呋喃－饱和NaCl水溶液的两相体系中，用相转移剂四丁基溴化铵将四氯合金酸根离子转移至有机相中，在己硫醇存在下用硼氢化钠进行快速还原，合成出分布均匀、粒径较小的纳米粒子，通过改变金与硫醇的比例，可有效地控制MPCs颗粒的大小，与现有的合成方法相比，成本降低，合成时间显著缩短，易获得纯度较高的MPCs。所得产物通过透射电子显微镜术、紫外可见光谱和红外光谱测量等方法进行了表征，证明所得纳米粒子的性质与文献报道相近。     

纳米团簇淀积过程的分形聚集特征

采用惰性气体凝聚法获得非金属团簇淀积体。透射电子显微分析及动力学模拟结果表明：纳米团簇淀积体的生长、聚集过程对构成团簇的原子的热力学性质、团簇制备中的蒸发率和惰性气体气压及淀积温度等参数极为敏感。在团簇的淀积体中，随生长条件不同，将会出现不同的聚集结构。因此可在一定程度上定量控制团簇淀积体的聚集状态，获得特定的纳米结构图案。     

采用3ω法测量多壁纳米碳管悬浮液的导热系数

为了减小瞬态热线法测量纳米流体导热系数时易受电磁干扰和自然对流等因素的影响,更好地探究新型换热工质的强化传热机理,研制了3ω法实验台,采用锁相放大器测得交流加热铂丝的3倍频电压响应,拟合算出待测液体的导热系数。先通过对常规液体蒸馏水、乙二醇以及酒精溶液的测量,验证了实验台的精度和可靠性。然后采用两步法合成了稳定性较高的多壁纳米碳管悬浮液,测得其各体积分数和各温度下的导热系数。实验结果表明,3ω法具有较好的电磁兼容性,测量时温升不超过0.5K,可以有效地减小对流传热和辐射传热的影响,且可以通过1ω电压来判断纳米流体的稳定性;纳米碳管悬浮液的导热系数比基液和Ham ilton-Crosser预测值明显提高,并且分别随纳米碳管含量的增加和温度升高而加大。     

高压流体气液相导热系数模型的建立

对温度Ｔ、导热系数λ和压力ｐ三者之间的关系进行了分析,建立了一个能够同时预测纯组分气液相导热系数的统一模型,它能够描述高压流体和超临界流体的导热系数随温度和压力的变化。在较宽的温度和压力范围内（Ｔ＝８０～１４００Ｋ,ｐ＝０．１～３５０ＭＰａ）,对油气藏流体中常见组分的气液相导热系数进行了计算,２２个组分３２６３个数据点的拟合结果的平均相对误差为１２．５３％。通过引入常规的状态方程混合规则,将模型拓展应用于混合物导热系数的计算,１３种二元和三元混合物２６０个数据点的平均相对误差为１１．１９％;对３个石油馏分２２个点导热系数的预测结果的平均相对误差为８．８９％     

石墨微流体的有效导热系数

采用一步化学法制备了石墨微流体,并采用瞬态热线法测试了石墨微流体的有效导热系数,研究了石墨含量、超声处理时间、微波处理时间及基液种类对石墨微流体有效导热系数的影响。结果表明:不同基液中加入石墨后形成的石墨微流体的有效导热系数均显著增大,且石墨含量越高有效导热系数越大;石墨含量为1.0%时,以去离子水、乙二醇以及二甲基硅油为基液的石墨微流体的有效导热系数提高幅度分别为102.09%、93.17%、225.69%;石墨含量、超声处理时间及微波处理时间相同时,以二甲基硅油为基液的石墨微流体的有效导热系数增幅最大,乙二醇次之,去离子水最小;随着超声处理时间和微波处理时间的延长,石墨微流体有效导热系数的增幅显著降低.     

锗纳米晶体团簇形成的量子点

采用氧化和析出的方法在氧化硅中凝聚生成锗纳米晶体量子点结构。其形成的锗晶体团簇没有突出的棱角和支晶结构,锗晶体团簇的轮廓较圆混,故可以用球形量子点模型来模拟实际的锗晶体团簇。对比了在高温(800℃-1000℃)条件下和在低温(400℃-600℃)用激光照射条件下所生成的锗纳米晶体结构的PL光谱和对应的锗纳米晶体团簇的尺寸分布。高温条件下生成的锗纳米晶体较小(3nm-4nm),低温用激光照射条件下所生成的锗纳米晶体较大(4nm-5nm);其分布结构显示某些尺寸的锗纳米晶体团簇较稳定(3．32nm、3．54nm、3．76nm、3．98nm、4．17nm、4．35nm和4．62nm等),适当的氧化条件可以得到尺寸分布范围较窄的锗纳米晶体团簇。用量子点受限模型计算了锗纳米晶体团簇的能隙结构,用Monte Carlo方法模拟了PL光谱和对应的锗纳米晶体团簇的尺寸分布,分别与实验结果吻合较好。     

金属纳米团簇在电化学领域的应用研究进展

尺寸小于2nm的金属纳米团簇是由几个到几百个原子组成的纳米结构材料.对于金属纳米团簇,由于其大部分甚至所有金属原子可能暴露于表面而具有高的表面原子比例,该独特的原子堆积结构使其具有高的表面活性,因此其在催化反应中具有重要应用价值.同时,其明确的原子排列和堆积结构使其可作为模型催化剂,用于研究纳米结构-性能之间的关系.笔者简要总结了近年来金属纳米团簇的研究进展和现状,重点总结了其在电化学领域的应用,包括电催化和电化学传感,最后对其未来在电催化和电分析领域的应用前景进行了展望.     

金纳米薄膜面向导热系数的实验研究

基于电子束物理气相沉积法制备纳米薄膜的悬浮工艺，采用一维稳态恒热流加热法实验测量了80—300K厚度为23nm金薄膜的面向导热系数．研究表明金纳米薄膜的面向导热系数有非常显著的尺寸效应：金纳米薄膜的面向导热系数大大低于体材料的值，并且导热系数随温度的升高而增大，这一趋势与体材料导热系数的温度依赖性相反；同时，金纳米薄膜的Lorenz数大约为体材料值的3倍，并且随着温度的升高有减小的趋势，表明Wiedemann-Franz定律对于金纳米薄膜不再适用．     

金属纳米团簇在生物医学领域的研究进展

金属纳米团簇具有独特的超小尺寸和光、磁、催化等性能,以及优异的生物相容性等特征,在生物医学研究中备受关注.但其存在发光效率偏低、活体代谢速度较快等问题.为此介绍近几年通过合成优化和发光调控等方法提高金属纳米团簇的检测与成像灵敏度和肿瘤诊疗能力的研究进展.探究金属纳米团簇的肾代谢和生物酶催化性能;开发具有精确原子数、高效生物相容性和肿瘤靶向性的金属纳米团簇;突破其近红外发光量子产率限制,提高光声-磁共振造影等性能,将是未来该领域研究的重要方向.     

含Ag-乙二醇纳米流体的制备及其导热性能研究

本文在室温下采用直接还原法制备了含PVP表面修饰、高负载量的纳米银-乙二醇纳米流体。实验详细比较了各种反应条件对Ag纳米粒子结构、大小、形貌以及乙二醇纳米流体的稳定性、负载量的影响。结果表明：由于PVP对银粒子有良好的表面修饰作用和纳米粒子自身的布朗运动,使得银粒子能够稳定地分散于乙二醇流体中。当PVP含量为12.5 g.L-1时,Ag粒子最大负载量可以达到20.96 g.L-1。同时采用仿制的纳米流体导热系数测试装置测定了上述不同负载量流体的导热系数,结果表明纳米流体比纯乙二醇的导热系数明显提高,当银粒子的体积分数为0.06%时,纳米流体的导热系数提高了36%。     

Al2O3-H2O纳米流体的导热性能

采用Hotdisk热物性分析仪测量了Al2O3-H2O纳米流体的导热系数,探讨了pH值、分散剂加入量和纳米粒子含量对导热性能的影响．结果表明：最适宜的pH值和分散剂加入量能显著提高水溶液中Al2O3表面Zeta电位的绝对值,增大颗粒间的静电排斥力,悬浮液分散稳定性较好,导热系数较高;从分散稳定和导热系数提高两个方面来考虑,最佳pH值为8．0左右;在0．10％Al2O3-H2O纳米流体中,十二烷基苯磺酸钠的最佳加入量为0．10％．Al2O3-H2O纳米流体的导热系数随纳米粒子含量的增大而非线性增大,且大于现有理论（Hamihon-Crosser模型）预测值．     

纳米流体热量传递的研究进展

低传热性能的换热工质已成为目前开发新一代高效换热器的主要障碍.纳米粒子制备技术的迅速发展,使得传统的纯液体传热工质中添加高导热系数的纳米粒子,制成稳定的纳米流体成为可能.纳米流体作为一种新型的高效传热工质日益受到热科学技术领域研究人员的高度关注,在过去20年里做了大量的研究工作,目前已经在下述几个方面取得了突破性的研究进展:1)建立了纳米流体导热系数的理论模型,纳米流体表观导热系数的计算公式逐渐得到认可.2)通过大量的实验研究,归纳总结了很多种类纳米流体导热系数的基本实验数据.3)建立了基于微对流和微扩散效应的纳米流体对流换热准则关联式.4)纳米流体在矩形空间的自然对流传热的数值模拟和池内沸腾换热的实验研究取得了较大进展.本文主要对以上几个方面的最新研究成果做了综述,最后对纳米流体强化传热技术的研究进展和存在问题进行了总结和展望.     

一种基于透射比的纳米流体颗粒团聚定量分析方法

为了得到简单易行的定量反映纳米流体颗粒团聚的方法,在分析纳米颗粒团聚与纳米流体透射比之间关系的基础上,提出团聚体平均颗粒数这一可以定量反映纳米流体内颗粒团聚状况的参数,并推导出基于纳米透射比的团聚体平均颗粒数的计算式.所提出公式的计算结果与利用反映实验数据的三维DLCA模型得到的团聚体平均颗粒数吻合较好,反映了该计算式的有效性.     

Al2O3-水纳米流体的导热性能研究

采用Hotdisk热物性分析仪测量了Al2O3-H2O纳米流体的导热系数,探讨了不同pH值、分散剂浓度和纳米粒子质量分数对Al2O3-H2O纳米流体导热性能的影响。结果表明：最优化的pH值和分散剂加入量能显著提高水溶液中Al2O3表面Zeta电位绝对值,增大了颗粒间静电排斥力,悬浮液分散稳定性较好,导热系数较高。从分散稳定和导热系数提高两个方面来考虑,pH=8.0左右被选为最优化值,在0.1%Al2O3-H2O纳米流体中,0.10%SDBS被选为最优化浓度。另外,Al2O3-H2O纳米流体的导热系数随纳米粒子质量分数的增大而增大,呈非线性关系,且比现有理论（Hamilton–Crosser模型）预测值大。     

纳米流体中纳米颗粒分散性能的分子动力学模拟

建立以水分子为基础液、中空SiO2纳米颗粒为悬浮粒子的纳米流体模型,采用分子动力学模拟方法研究中空SiO2纳米颗粒在水中的运动特性.结果表明,纳米颗粒在水中首先进行无规则运动,随后相互靠近、黏结,最后达到相对平衡.水分子的加入可以延缓纳米颗粒的团聚,但不足以形成稳定的纳米流体.纳米流体中纳米颗粒间相互作用能为-632 ...     

基于金纳米棒增强的银纳米团簇光电化学传感器在多巴胺检测方面的研究

为了实现对多巴胺(dopamine,DA)的高精度检测,使用了具有5-巯基-2-硝基苯甲酸(5-mercapto-2-nitrobenzoic acid,MNBA)配体的Ag₄₄(SR)₃₀银纳米团簇(silver nanoclusters,Ag NCs)来制备光电化学(photoelectrochemical,PEC)传感器.实验结果表明,基于Ag NCs的PEC传感器表现出了良好的光电性能和对DA的传感性能,可以实现对DA的传感检测.为了进一步提高对DA的传感性能,将金纳米棒(gold nanorods,Au NRs)引入到Ag NCs中组成异质纳米材料,构建了基于Ag NCs/Au NRs的PEC传感器.实验结果表明,Au NRs的引入显著提高了Ag NCs的光电性能和传感性能,在0.84-6μmol/L DA浓度的线性范围内实现了2.94 n A/μmol·L^-1的灵敏度和0.28μmol/L的检测限(limit of detection,LOD),从而实现对DA的高精度检测.