磷酸锆/二氧化钛双核纳米悬浮液分散稳定性及液固相变特性研究

摘要

目前研究表明，将金属或非金属纳米颗粒均匀分散于基液中形成的纳米悬浮液可被用于换热工质和相变蓄冷材料。然而，由于纳米颗粒在基液中容易团聚，受到重力后发生沉降，导致纳米悬浮液的换热以及蓄冷性能下降。因此，提高纳米颗粒在基液中的分散稳定性对纳米悬浮液的应用具有重要的意义。
　　本研究通过二氧化钛（TiO2）纳米颗粒混合磷酸锆（ZrP）纳米碟片以及TiO2纳米颗粒负载ZrP纳米碟片的方法提高TiO2纳米悬浮液的分散稳定性，并且研究了其凝固相变特性，具体工作如下：
　　（1）ZrP纳米碟片和 ZrP负载二氧化钛（TiO2-ZrP）的制备。通过水热法合成不同粒径的ZrP纳米碟片，使用硅烷偶联剂—异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷（IPTS）将TiO2纳米颗粒负载于 ZrP表面，形成新的化合物 TiO2-ZrP；然后，使用四丁基氢氧化铵（TBAOH）对TiO2-ZrP进行剥离，形成分散的TiO2-ZrP。使用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、纳米粒度分析仪（DLS）和傅里叶红外光谱仪对制备的样品分别进行分析，结果表明：水热合成的不同粒径 ZrP晶体纯度高，粒径分布均匀且平均粒径分别为729.6nm、1004.5 nm和1168.5 nm；傅里叶红外光谱仪证实新型复合物TiO2-ZrP是通过化学反应的方式将TiO2链接于ZrP表面的，且TiO2纳米颗粒集中于ZrP表面。
　　（2）磷酸锆/二氧化钛双核纳米悬浮液分散稳定性研究。研究内容包括不同粒径ZrP混合TiO2纳米悬浮液的分散稳定性和不同粒径ZrP负载TiO2纳米悬浮的分散稳定性。采用沉降法、吸光度法和稳定性分析法综合分析了纳米悬浮液的分散稳定性，并测量了纳米悬浮液的粘度。结果表明：加入ZrP后TiO2纳米悬浮液的粘度提高，稳定性提高；而三种不同粒径ZrP混合 TiO2纳米悬浮液的粘度相近，ZrP粒径越小，混合纳米悬浮液的稳定性越好。不同粒径ZrP负载TiO2纳米悬浮液中，TiO2-ZrP纳米悬浮液的分散稳定性好于TiO2纳米悬浮液的分散稳定性，并且ZrP粒径越小，对TiO2-ZrP纳米悬浮液的分散稳定性的提高作用越明显。
　　（3）ZrP碟片和TiO2-ZrP纳米悬浮液液固相变及导热特性研究。采用步冷曲线法研究不同浓度下 TiO2-ZrP、ZrP和 TiO2纳米悬浮液的过冷度及其相变时间；采用 Hot Disk测试TiO2-ZrP、ZrP和TiO2纳米悬浮液的导热系数用来分析纳米悬浮液的相变时间。结果表明：在水中分别加入1.0wt.％~5.0wt.%的TiO2、ZrP和TiO2-ZrP可以有效地减小水的过冷度。浓度高于2.0wt.%时，TiO2纳米悬浮液的过冷度随浓度增大无明显变化；而Zr P和TiO2-ZrP纳米悬浮液的过冷度随着浓度的增大而继续减小；TiO2-ZrP和ZrP的过冷度均小于 TiO2的过冷度且TiO2-ZrP的过冷度最小。TiO2-ZrP、ZrP和 TiO2纳米悬浮液的导热系数随着浓度的增加而增大，TiO2和TiO2-ZrP纳米悬浮液的相变时间少于去离子水的相变时间，TiO2-ZrP纳米悬浮液的相变时间少于TiO2纳米悬浮液的相变时间。

目录

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3课题来源及本论文的研究内容

第二章 磷酸锆/TiO2双核纳米悬浮液的制备

2.1实验材料与仪器

2.2磷酸锆碟片的合成

2.3磷酸锆纳米悬浮液的制备

2.4磷酸锆混合二氧化钛纳米悬浮液的制备

2.5磷酸锆负载二氧化钛纳米悬浮液的制备

2.6本章小结

第三章 不同粒径磷酸锆碟片混合二氧化钛纳米悬浮液的分散稳定性

3.1实验内容

3.2 结果与讨论

3.3本章小结

第四章 不同粒径磷酸锆碟片负载二氧化钛纳米悬浮液的分散稳定性

4.1实验内容

4.2 结果与讨论

4.3本章小结

第五章 磷酸锆碟片负载二氧化钛纳米悬浮液的液固相变特性

5.1实验内容

5.2结果与讨论

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

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致谢