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鄒小姐：13326633089 -
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在過(guò)去的幾十年中，對(duì)于納米科學(xué)發(fā)展十分迅速，因此研究人員開(kāi)始探索如何將納米材料技術(shù)應(yīng)用于強(qiáng)化傳熱領(lǐng)域。1995年時(shí)，美國(guó)Argonne 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Choi首次提出了“納米流體”概念，從此將納米技術(shù)與熱能工程這一傳統(tǒng)領(lǐng)域創(chuàng)新性地結(jié)合了起來(lái)。
納米流體是通過(guò)在傳統(tǒng)的液體中添加一定量的納米粒子（尺寸在1-100nm），從而制備的均勻、穩(wěn)定的新的傳熱介質(zhì)。它與傳統(tǒng)的傳熱流體相比，可有效提高熱系統(tǒng)的傳熱性能，滿足一些特殊條件（微尺度條件）下的強(qiáng)化傳熱要求，因此被認(rèn)為是一種新型的傳熱流體。
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不過(guò)納米流體的潛力并不止于此，在作為熱源與冷卻設(shè)備之間的橋梁用于熱交換系統(tǒng)后，逐漸又擴(kuò)展到了摩擦學(xué)、太陽(yáng)能集熱器和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。在過(guò)去的十年中，有關(guān)納米流體的研究引起的國(guó)內(nèi)外研究者的興趣并成為了關(guān)注的熱點(diǎn)之一。
納米流體的組成
納米流體一般由固體顆粒及基液組成。所使用的基液一般是導(dǎo)電流體，如乙二醇或水；另外潤(rùn)滑劑、油、生物流體及聚合物溶液也被用于制備納米流體。可選擇的納米顆粒則包含化學(xué)穩(wěn)定的金屬（Cu、Au、Al和 Fe）、金屬氧化物（TiO2、Al2O3、CuO、SiO2、Fe3O4和 ZrO2）、非金屬（氮化硼、單壁和多壁碳納米管、石墨烯和石墨）、金屬氮化物（AIN、BN、Si3N4）、金屬碳化物（SiC）。
由于納米流體的穩(wěn)定性是其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵性瓶頸。隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，納米流體的不穩(wěn)定性將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能嚴(yán)重下降，因此提高納米流體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及其可重復(fù)使用性是在工業(yè)領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的基本要求。
納米顆粒在流體中的聚集狀態(tài)
而二維納米片由于具有較大的比表面積和較高的化學(xué)穩(wěn)定性，在防止納米顆粒聚集方面起到關(guān)鍵作用，因此，由納米片材料支撐的納米顆粒往往比單獨(dú)使用的納米顆粒表現(xiàn)出更加優(yōu)越的性能。于是具有片狀結(jié)構(gòu)的氮化硼突然受到了研究該領(lǐng)域的科學(xué)家的青睞，開(kāi)始對(duì)其展開(kāi)大量研究。
氮化硼的優(yōu)勢(shì)
六方氮化硼（h-BN）是一種類似于石墨的等電性材料，具有與石墨類似的片層結(jié)構(gòu)，被稱為白石墨，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、較高的熱穩(wěn)定性、抗氧化性和化學(xué)惰性，是一種很有應(yīng)用前景的材料。若將h-BN片層結(jié)構(gòu)剝離開(kāi)得到厚度為幾個(gè)納米的片狀h-BN，則能成為氮化硼納米片（BNNS），是另一種二維納米材料。
為了使片狀h-BN在基液中具有更好的分散性能，對(duì)其功能化進(jìn)行了大量研究。Zhi等人通過(guò)超聲離心法，利用N，N-二甲基甲酰胺等有機(jī)溶劑和官能團(tuán)之間的極性相互作用來(lái)剝離h-BN納米片。Lie等人報(bào)道h-BN可以在路易斯酸堿作用下通過(guò)球磨被長(zhǎng)烷基鏈胺功能化使得表面缺陷的數(shù)量增加，也研究了通過(guò)邊緣功能化直接實(shí)現(xiàn)h-BN納米片的水分散。
不過(guò)，氮化硼最為突出的，還是它用于納米流體后表現(xiàn)出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。具體如下：
①改善摩擦學(xué)性能
摩擦幾乎存在于所有運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)中（鉆孔、切削、切割、加工和成型等），過(guò)高的摩擦?xí)斐赡芰繐p失、機(jī)械故障和工作效率低等。為了最大限度地減少摩擦帶來(lái)的不利影響，通常會(huì)使用固體或液體潤(rùn)滑劑，一般以后者作為消除摩擦的首選。
隨著納米科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，一大批二維材料的發(fā)現(xiàn)徹底改變了摩擦學(xué)領(lǐng)域，將這些材料添加到傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑中不僅可以有效降低了磨損和摩擦系數(shù)，同時(shí)又可以提高其承載能力。Han.W等采用四球摩擦實(shí)驗(yàn)評(píng)估了BN納米粒子（~20 nm）對(duì)液體石蠟的摩擦學(xué)行為的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，BN納米粒子不僅降低了液體石蠟的摩擦系數(shù)，而且還可以提高其耐磨性。Lee等人報(bào)道當(dāng)直徑為300 nm和厚度為30 nm的BNNSs加入到水中可以明顯的改善水的摩擦學(xué)性能，30天的靜置沉降之后，發(fā)現(xiàn)納米流體的摩擦學(xué)行為幾平?jīng)]有變化，說(shuō)明所制備的納米流體具有很好的可靠性。
②改善傳熱性能
在電子電氣行業(yè)，如何提高設(shè)備的熱管理能力是一個(gè)很重要的課題。目前許多電子產(chǎn)品和機(jī)械設(shè)備都會(huì)使用空氣冷卻來(lái)消除廢熱。但空氣的熱導(dǎo)率系數(shù)極低，限制了散熱設(shè)備的設(shè)備的散熱效率，而液態(tài)冷卻由于散熱效率高、運(yùn)行過(guò)程安靜等優(yōu)點(diǎn)可以有效解決電氣電子行業(yè)較高熱流密度下的散熱問(wèn)題。
一些相關(guān)報(bào)道表明，高導(dǎo)熱BN納米粒子的引入可以有效的提高傳統(tǒng)流體散熱效率。Ertürk課題組報(bào)道當(dāng)在水中添加BN的量為0.1
vol%、0.5vol%和1vol%時(shí)，水的傳熱效率分別提高了約7%、10%和15%。Das等人報(bào)道在BN的濃度為0.10
vol%時(shí)，水的導(dǎo)熱系數(shù)增加了16.08%。Yu等人采用溶劑剝離法將微米級(jí)BNNNSs均勻的在水中，當(dāng)水中BNNSs的含量為24
vol%時(shí)，所制備的BN/水納米流體的熱導(dǎo)率高達(dá)2.39 W/mK，對(duì)應(yīng)導(dǎo)熱率增強(qiáng)約為298%。
③增強(qiáng)光熱轉(zhuǎn)換效率
利用太陽(yáng)輻射對(duì)水進(jìn)行加熱是利用太陽(yáng)能進(jìn)行的許多有益的工作之一。太陽(yáng)能的有效利用可以降低甚至取代通過(guò)化石燃料燃燒為設(shè)備提供所需的熱水的傳統(tǒng)方式。集熱器是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它可以收集清潔的太陽(yáng)能并轉(zhuǎn)化為熱能用于水的加熱。通過(guò)集熱器增加傳熱的方法可分為兩類：被動(dòng)法和主動(dòng)法。與主動(dòng)法相比，被動(dòng)法不需要外力的作用。利用納米流體作為直接收吸太陽(yáng)能集熱器中的傳熱介質(zhì)是一種提高傳熱的被動(dòng)方法。
太陽(yáng)能集熱器
許多研究報(bào)告已經(jīng)證明，BN納米材料加入到水中不僅可以保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性，而且還表現(xiàn)出了顯著的熱導(dǎo)率增強(qiáng)。這些結(jié)果表明，BN/水納米流非常適合用作太陽(yáng)能集熱器中的傳熱介質(zhì)。Chatur和Nitnaware等人對(duì)純水和BN/水納米流體在太陽(yáng)能熱水器中的性能進(jìn)行了比較，與純水相比，在水中加入3 wt%的BN后，平板太陽(yáng)能集熱器的效率得到了明顯的提高。
④提高載藥能力
碳納米材料在生物傳感、醫(yī)學(xué)成像和癌細(xì)胞靶向治療等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛研究，但是碳納米材料具有一定的細(xì)胞毒性限制了其在臨床中的應(yīng)用，因此開(kāi)發(fā)碳材料的代替物是非常有意義的。而BN作為碳納米材料的結(jié)構(gòu)類似物，其性能與碳材料相匹配，低的細(xì)胞毒性、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和高的熱穩(wěn)定性使其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
Chen等人研究了BNINTs與腎細(xì)胞的相容性。將未經(jīng)任何處理的BNNTs納米流體（濃度為100 mg/mL）加入到腎細(xì)胞進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示BNNTs沒(méi)有任何的細(xì)胞毒性。Zhang和Golberg等人證明具有可控硼釋放的BN納米流體可以使前列腺癌細(xì)胞凋亡。Weng等人開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單的方法直接合成了具有高水溶性的BN材料，該BN材料展示很好的生物相容性并可以負(fù)載比自身重量高三倍的抗癌藥物。與游離藥物相比，藥物負(fù)載到BN載體上可以更好的的降低前列腺淋巴癌細(xì)胞活性。這些結(jié)果表明BN納米流體在藥物的裝載、運(yùn)輸和釋放等領(lǐng)域有巨大的潛力。
結(jié)語(yǔ)
不過(guò)需要注意的是，雖然較低濃度的BN已被證實(shí)可以在水中長(zhǎng)期均勻分散，但高濃度BN材料能否在不同的流體介質(zhì)中有效地分散穩(wěn)定，才是決定氮化硼復(fù)合納米流體能否規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵所在，因此這方面還需要對(duì)新工藝投入更多研究才行。
資料來(lái)源：
基于導(dǎo)熱氮化硼的納米流體和相變的納米流體和相變儲(chǔ)熱材料制備及性質(zhì)研究，韓維坊
氮化硼復(fù)合納米流體制備及其光熱性能研究，于曉涵。
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