氧化铜和氧化亚铜纳米流体的制备、表征及性能研究

摘要

大部分的可再生资源都来自于太阳,在当前全球气候变暖和节能减排的大背景下,太阳能的利用显得尤为重要。高稳定性纳米流体的制备及其导热性能、流变性能和光热性能研究,对于纳米流体太阳能利用的研究具有重要意义。
　　 本文用湿化学法制备了CuO水基纳米流体,用液相法制备了Cu2O纳米颗粒,通过冷冻干燥-超声分散制备了Cu2O乙二醇基纳米流体。通过XRD、TEM、SEM、粒度分析、Zeta电位、沉降分析等多种测试和表征方法,研究了合成条件对产物粒径、形貌、微观结构、稳定性等的影响。并所制备纳米流体的光学性能、流变性能、导热性能和光热性能进行了研究。研究结果表明:
　　 1)利用湿化学法可以制备高稳定性的CuO水基纳米流体。CuO一次粒子为10nm左右,取向连接成短链状结构;通过改变铜源种类和浓度,可以制备不同形貌和不同稳定性的纳米流体;NaOH加入方式对样品影响不大,但当。NaOH过量时,会导致样品稳定性急剧下降;延长反应时间,样品的取向连接增强;洗涤可以提高样品的Zeta电位,从而增强样品的稳定性。
　　 2)利用液相法可以制备分散均匀、粒径均一的Cu2O颗粒,通过冷冻干燥-超声分散可以避免颗粒的团聚,制备稳定性好的Cu2O乙二醇基纳米流体。Cu2O颗粒的尺寸随着反应时间的延长而增大,随着NaOH加入量的增加而增大;Cu2O颗粒的形状随着硫酸铜浓度的增大,由立方块逐渐变为类球形。
　　 3)CuO粉末在可见和近红外波段有较好的光吸收性能,Cu2O粉末在紫外、可见和近红外波段有较好的光吸收性能;CuO和Cu2O纳米流体的透射率均低于其基液水和乙二醇的透射率,具有较好的光吸收效果;CuO纳米流体的常规透射率低于其半球透射率,其常规透射率和半球透射率均随样品浓度的升高而降低,随样品厚度的增加而降低,常规透射率随颗粒的取向连接增强而降低,而半球透射率与颗粒取向连接关系不大。
　　 4)CuO水基纳米流体和Cu2O乙二醇基纳米流体均为牛顿型流体,二者的粘度均随固含量的升高而增大,随温度的升高而减小;CuO水基纳米流体的粘度与颗粒的取向连接关系不大。
　　 5)CuO水基纳米流体和Cu2O乙二醇基纳米流体的导热系数均高于其基液的导热系数,二者的有效热导率均随固含量升高而增大;随着温度的升高,CuO水基纳米流体的导热系数增大,但其有效热导率基本不变;CuO水基纳米流体的有效热导率随粒子取向连接的增强而增大。
　　 6)CuO水基纳米流体和Cu2O乙二醇基纳米流体的光热性能均优于其基液的光热性能,均随固含量的升高而增强;CuO水基纳米流体的光热性能随着粒子取向连接的增强而增强;Cu2O乙二醇基纳米流体的光热性能与其颗粒的形状关系不大。