水基ZnO纳米流体电导和热导性能研究-物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 12 (2013) 124401 水基ZnO 纳米流体电导和热导性能研究　 † 李屹同 沈谅平 王浩 汪汉斌 ( 湖北大学物理学与电子技术学院, 武汉 430062 ) ( 2013年1月18 日收到; 2013年3月1 日收到修改稿) 利用水热法生成了形状规则、粒径均匀的球形ZnO 纳米颗粒, 并超声分散于水中, 制备得到稳定的水基ZnO 纳米流体. 实验测量水基ZnO 纳米流体在体积分数和温度变化时的电导率, 并测试室温下水基ZnO 纳米流体在不 同体积分数下的热导率. 实验结果表明, ZnO 纳米颗粒的添加较大地提高了基液(纯水) 的热导率和电导率, 水基 ZnO 纳米流体的电导率随纳米颗粒体积分数增加呈非线性增加关系, 而电导率随温度变化呈现出拟线性关系; 纳米 流体的热导率与纳米颗粒体积分数增加呈近似线性增加关系. 本文在经典Maxwell 热导模型和布朗动力学理论的 基础上, 同时考虑了吸附层、团聚体和布朗运动等因素对热导率的影响, 提出了热导率修正模型. 将修正模型预测 值与实验值对比, 结果表明修正模型可以较为准确地计算出纳米流体的热导率. 关键词: 水热法, 电导率, 热导率, 热导模型 PACS: 44.10.+i, 65.20.−w DOI: 10.7498/aps.62.124401 导率、黏度等输运参数及流动与传热关系, 进行了 1 引言 较为系统的研究 7−9 . 研究结果表明, 纳米流体热 导率随体积分数及温度的增加而增大, 黏度随体积 随着工程应用中对热交换设备效率要求的不 分数的提高而增强, 随温度的增大而减弱. 对于水 断提高, 传热技术正处在关键的转折点. 如何提高 基ZnO 纳米流体, Suganthi 和Rajan 10 测量了不同 传热工质热导率成为了新的研究热点 1−3 . 1995 温度下纳米流体zeta 电位及黏度值, 得出的结论与 4 11 年美国Argonne 实验室的Choi 提出了纳米流体 乙二醇体纳米流体系结论一致. Hong 等 研究了 的概念, 指出在基液中分散纳米量级颗粒形成的 不同粒径对热导率的影响, 结果显示粒径越小, 热 新型冷却工质, 相较于传统冷却工质, 热导率有显 导率越大, 并指出使用激光照射的方法可以将流体 著提升, 此研究结果引起了各国研究人员的广泛关 中的颗粒击碎成粒径更小的颗粒, 显著增强纳米流 12 注. 有学者指出, 纳米流体将会在电子器件、高压 体的热导率. Zhang 等 研究发现ZnO 纳米流体 输电、热核发电、震荡热管、航天航空等领域有 在抗菌领域具有良好的应用前景. 水基ZnO 纳米 5 流体以其优越的生物适应性, 在抗菌剂领域极具发 着广阔的发展前景 . 由于ZnO 纳米颗粒的制备方法比较成熟, 水 展潜力. 热生成方法具有易于实现、成本低廉、易于控制、 电导率和热导率测量方面, 水基ZnO 纳米流体 重复性好、适合大规模生产等优点. 学者们研究了 电导率的