熔盐基二氧化硅纳米流体的热学强化及其机理研究
发布时间：2020-07-22 15:15
【摘要】：本文利用Stober法制备二氧化硅粉体,并讨论了陈化时间对产物的影响。利用化学法在二氧化硅表面负载了铜粒子,便于观察其表面双生羟基的分布。采用两步法制备了纳米粒子含量为1wt%的熔盐基纳米流体,并用扫描电镜和DSC-TG同步热分析仪对样品进行表征。对比研究了制备过程中蒸发温度和热处理温度对产物显微组织结构和热学性能参数的影响。实验结果表明,利用Stober法制备二氧化硅粉体的过程中,陈化时间延长不仅会使产物平均粒径增大,也会导致产物数量增多,二氧化硅粒子在液相中的形核和长大过程是同时进行的。随后本文以自制的二氧化硅为原料,采用化学法在其表面负载了铜纳米粒子,观察其分布情况,自制的二氧化硅粒子表面有均匀分布的双生羟基。实验结果表明,相同组分的纳米流体,蒸发温度不同时,产物显微组织形貌和比热值均不同。蒸发温度为200℃时,所得纳米流体中的纳米粒子均匀分散在纯盐基体上,纯盐基体晶粒为不规则块状,此时纳米流体相比于纯盐基体比热强化达25%,效果最佳。随后本文讨论了不同热处理温度对产物微观形貌和热学性能的影响。结果表明,在纯盐基体熔点以下保温会使纳米粒子团聚;在纯盐基体熔点以上保温对纳米粒子分散性影响不大,但纯盐基体晶粒由不规则块状变为片状。热处理后的样品比热值均低于未经过热处理的纳米流体。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.2;TB383.1
【图文】：
扰的自由羟基；二是连生羟基，是彼此形成氢键的缔合羟基；三是双生羟基，硅逡逑原子上有两个羟基与其相连，其中，孤立的和双生的羟基都没有形成氢键。纳米逡逑二氧化硅的表面结构如下图１－１所示，这决定了纳米二氧化硅的亲水性［１］。另外，逡逑纳米Ｓｉ0２容易彼此吸引形成二次结构，主要包括软团聚和硬团聚，前者在剪切力逡逑作用下，可以重新分散，但后者则是不可逆的过程，因此在制备和分散的过程中逡逑要避免发生硬团聚现象。逡逑Ｈ逦９逦Ｈ逦0逦Ｈ逦0逦Ｏ逦Ｈ逡逑Ｉ逦．逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦／逡逑逦０逦Ｓｉ逦0逦Ｓｉ逦0逦Ｓｉ逦０逦Ｓｉ逦Ｏ逦Ｓｉ逦Ｏ逡逑—卜小－ｆ邋４—卜—＋４－Ｈ—Ｉ逦逡逑逦Ｓｉ逦Ｏ邋—Ｓｉ逦0逦Ｓｉ逦Ｏ逦Ｓｉ逦0逦0逡逑图１－１二氧化硅表面羟基种类⑴逡逑Ｉ逡逑
界面热阻也是材料比热增加的可能因素：模型ＩＩＩ认为比热的提高与熔盐液纳米粒子间形成的特殊结构有关，熔盐液体会在纳米粒子表面附着，形成一殊的半固－半液层，其分子间距比普通液态熔盐更小，这种致密结构也是比热的可能原因｜２５１。此外，Ｓｈｉｎ等［２６］向Ｌｉ２Ｃ０３和Ｋ２Ｃ０２的共熔组分中添加ｌ％ｗ米氧化铝，获得了比热提升３０％的纳米流体，认为这种现象与其形成的纳有关，并提出了新的纳米流体混合物的比热计算公式：逡逑ｑ邋＿＿邋Ｐｎｐｘ（Ｉ＞ｎｐｘＣｐｔｎｐ＋ＰｓＸＣＩ）￥ｘＣｐ．ｓ＇ｆＰｎｓＸ（＾ｎｓｘＣｐ．ｎｓ逦＾邋ｊ邋ｊ邋＾逡逑Ｐ．ｔ逦Ｐｎｐｘｃｔ＞ｎｐ＋Ｐｓｘｃｊ）ｓ＋Ｐｎｓｘ邋中邋ｎｓ逡逑其中，Ｃｐ是比热，0是体积，ｐ是密度，Ｆ标ｔ，ｎｐ，ｓ和ｎｓ分别代表纳，纳米粒子，纯盐基体和纳米结构。因此，纳米结构的形成原因就成了解流体比热强化机制的关键。Ｓｈｉｎ等进一步推断可能是纳米粒子的存在影水中氢氧根的浓度，导致盐类从水中析出时在纳米粒子周围形成了这种特殊８逡逑
有盐类再结晶的过程，但得到的混合物却有同样的比热强化结果〖２３１。２０１４年，Ｓｈｉｎ逡逑等又提出了新的纳米结构生成机制，认为与纯盐基体和纳米粒子之间的静电作用逡逑有关，如图１－４所示，不同种类的盐与纳米粒子的静电作用不同，会在纳米粒子逡逑附近形成小的浓度梯度，结晶形成针状结构，但这种构想尚未得到实验证实［２８］。逡逑，、０逦＾—邋Ｉｏｎｉｃ邋ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ逦Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ逡逑。：？。：。。？邋？／逦？？邋Ｖ逦？逡逑。l挷亍ⅲ毫儒义希垮巍！＃危海
本文编号：2765996
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.2;TB383.1
【图文】：
扰的自由羟基；二是连生羟基，是彼此形成氢键的缔合羟基；三是双生羟基，硅逡逑原子上有两个羟基与其相连，其中，孤立的和双生的羟基都没有形成氢键。纳米逡逑二氧化硅的表面结构如下图１－１所示，这决定了纳米二氧化硅的亲水性［１］。另外，逡逑纳米Ｓｉ0２容易彼此吸引形成二次结构，主要包括软团聚和硬团聚，前者在剪切力逡逑作用下，可以重新分散，但后者则是不可逆的过程，因此在制备和分散的过程中逡逑要避免发生硬团聚现象。逡逑Ｈ逦９逦Ｈ逦0逦Ｈ逦0逦Ｏ逦Ｈ逡逑Ｉ逦．逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦／逡逑逦０逦Ｓｉ逦0逦Ｓｉ逦0逦Ｓｉ逦０逦Ｓｉ逦Ｏ逦Ｓｉ逦Ｏ逡逑—卜小－ｆ邋４—卜—＋４－Ｈ—Ｉ逦逡逑逦Ｓｉ逦Ｏ邋—Ｓｉ逦0逦Ｓｉ逦Ｏ逦Ｓｉ逦0逦0逡逑图１－１二氧化硅表面羟基种类⑴逡逑Ｉ逡逑
界面热阻也是材料比热增加的可能因素：模型ＩＩＩ认为比热的提高与熔盐液纳米粒子间形成的特殊结构有关，熔盐液体会在纳米粒子表面附着，形成一殊的半固－半液层，其分子间距比普通液态熔盐更小，这种致密结构也是比热的可能原因｜２５１。此外，Ｓｈｉｎ等［２６］向Ｌｉ２Ｃ０３和Ｋ２Ｃ０２的共熔组分中添加ｌ％ｗ米氧化铝，获得了比热提升３０％的纳米流体，认为这种现象与其形成的纳有关，并提出了新的纳米流体混合物的比热计算公式：逡逑ｑ邋＿＿邋Ｐｎｐｘ（Ｉ＞ｎｐｘＣｐｔｎｐ＋ＰｓＸＣＩ）￥ｘＣｐ．ｓ＇ｆＰｎｓＸ（＾ｎｓｘＣｐ．ｎｓ逦＾邋ｊ邋ｊ邋＾逡逑Ｐ．ｔ逦Ｐｎｐｘｃｔ＞ｎｐ＋Ｐｓｘｃｊ）ｓ＋Ｐｎｓｘ邋中邋ｎｓ逡逑其中，Ｃｐ是比热，0是体积，ｐ是密度，Ｆ标ｔ，ｎｐ，ｓ和ｎｓ分别代表纳，纳米粒子，纯盐基体和纳米结构。因此，纳米结构的形成原因就成了解流体比热强化机制的关键。Ｓｈｉｎ等进一步推断可能是纳米粒子的存在影水中氢氧根的浓度，导致盐类从水中析出时在纳米粒子周围形成了这种特殊８逡逑
有盐类再结晶的过程，但得到的混合物却有同样的比热强化结果〖２３１。２０１４年，Ｓｈｉｎ逡逑等又提出了新的纳米结构生成机制，认为与纯盐基体和纳米粒子之间的静电作用逡逑有关，如图１－４所示，不同种类的盐与纳米粒子的静电作用不同，会在纳米粒子逡逑附近形成小的浓度梯度，结晶形成针状结构，但这种构想尚未得到实验证实［２８］。逡逑，、０逦＾—邋Ｉｏｎｉｃ邋ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ逦Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ逡逑。：？。：。。？邋？／逦？？邋Ｖ逦？逡逑。l挷亍ⅲ毫儒义希垮巍！＃危海
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