纳米流体的热物理性质研究
材料科学中的纳米材料的制备及其特性研究
材料科学中的纳米材料的制备及其特性研究纳米材料，顾名思义，是指在三个维度上均小于100纳米的材料。
这种特别小的材料，不仅具有许多难以想象的特殊性质，还可以广泛应用于生物医学、材料科学、物理学、化学等领域。
如何制备纳米材料，以及纳米材料的特性研究，一直是材料科学的研究热点和难点。
一、制备纳米材料的方法制备纳米材料的方法有很多种。
其中比较常见的有：（一）沉淀法沉淀法是利用物质在溶剂中溶解度的差异，经过适当条件的调节，使其通过过饱和状态，达到晶核的形成，完成晶体生长的过程，制备出纳米材料。
常见的沉淀法有共沉淀法、微乳液法、加热沉淀法等。
（二）气相法这种方法主要利用气相反应来制备纳米材料，具有制备量大，制备速度快的优点。
如化学气相沉积(CVD)方法，低压气相沉积(LPCVD)等。
（三）凝胶法凝胶法是将适当的物质混合在溶液中，使其形成凝胶状物质，再经过干燥和焙烧等处理，即可得到纳米材料。
常见的凝胶法有溶胶凝胶法(sol-gel)、水热法等。
二、纳米材料的特性研究纳米材料在很多方面都具有独特的特性，常见的有以下几个方面：（一）物理学特性运动学尺寸效应：当物体尺寸在纳米级别时，其比表面积相对于体积增大，导致电子、声子、空穴等的量子效应显著增强，物体的物理、化学性质随之发生变化。
自发极化和局域化效应：当物体尺寸在纳米级别时，由于空间限制导致晶格的散裂、原子极化和电子自旋钉扎效应，形成“自发极化”、“局域化”等特殊电子结构现象。
（二）化学学特性与尺寸、表面效应的相关性：纳米材料比表面积的增大导致了化学反应的复杂性和难以预测性增强，生成了各种新型材料，如纳米复合材料、纳米合金等。
（三）生物学特性生物相容性：纳米材料由于体积小、结构特殊，对细胞有较强的渗透能力，可作为靶向制药、诊断的重要手段。
三、纳米材料在材料科学中的应用（一）生物医学领域纳米颗粒与癌症诊断：利用纳米颗粒可通过被注入人体内，追踪肿瘤位置、形态等特征。
纳米流体导热系数的团簇宏观分析模型
践 中也基 本 解决 了纳米 颗 粒悬 浮 稳定 性 的 有效 控 制
方法 与 技术 ． 已有 大 量 文 献 ［ ，３ ７ 报 道 了许 多 １ — ］ 纳 米颗 粒材 料 与去 离 子水 等 不 同液 体相 匹 配 的不 同 粒径 和不 同 浓 度 的 纳 米 流 体 导 热 系 数 的 实 测数 据 ， 也尝试 了对诸如 Ｂ ｏ ｒｗｎ运 动 、表 面吸 附 、颗 粒 团簇
２０ —７２ ０ ６０ —３收稿 ，２ ０ —卜２ ０ ６１ １收修 改 稿 ＊ 国家 自然 科 学 基金 资 助项 目（ 准 号 ：５ ９ ５ ５— ） 批 ９ ９ ５０３
＊＊ Ｅ ｍａｌ ｘ ｎ ＠ｍａ ． ｓ ｇ ｕ ． ｄ ． ｎ － ｉ ：ｂ ｗａ ｇ ｉ ｔ￣ ｈ ａ ｅ ｕ ｃ ｌ ｎ
Ｂｏ ｒ ｗｎ运 动虽然 速度 很 小 ，却 改 变着 颗 粒 之 间 的相 对位 置 ，接 近或者 远 离 ，为 颗粒 的 团聚 成簇 提 供 机
会 ，而颗粒表 面 的吸 附将 避 免 颗粒 团簇 化 时 的 直接
接 触［ ． 纳米 颗粒 的 团簇 化 使 颗 粒 局部 浓 集 ，从 而 ７ ］ 明显影 响悬浮 液 导热 系 数 的 预示 值 ． 由于 总体 上缺 乏 数据 关联 的可 信性 ，妨 碍 了筛 选 和优 化 纳 米 流体 导 热性 能 的预示 计算． 悬 浮颗 粒 的团 聚成 簇及 其 成 长 是一 个 自律 性 的
１
９ ８ ５
一
一
去 ） （ “ 。
㈩
￣ ‘［ｏ （ ／ ｛ ＂ ４ ２ ｌ２ ） １） ７ 一 Ｊ ｃ 【『 １ √Ｊ ｎ
唧
均 方根偏 差 通 常取 经典 值 １ ５ ． ；ｒ 取 作 ｒ的 统计 可 式 中 Ｍｆ为 液 体 分 子 量 ，Ｐ 为 液 体 密 度 ， Ｎｎ 为 Ａｖ ｇ ｄ ｏ常数 （． ２ Ｘ １ 船／ ｏ） 这个 吸附层 厚 ｏ ａｒ ６ ０ ３ ０ ｔ １． ｏ 度将 只取决 于纳 米 流体 中液 体 的性 质 ，但 吸 附层 的 致密 度还 与颗粒 表 面对液 体 的亲和性 有关 ． 由于 颗粒表 面 总伴 随 有 吸 附层 ，可 以将 颗粒 半 径 ｎ和外 襄吸 附层看 作一 个半 径 ｒ为 （ ＋￡ 的球 形 ｎ ）
纳米粒子的特性(完整版).ppt
优选文档
12
其它磁性材料
• 软磁材料的发展经历了晶态、非晶态、纳米微 晶态的历程。纳米做晶金属软磁材料具有十分 优异的性能，高磁导率，低损耗、高饱和磁化 强度，己应用于开关电源、变压器。传感器等， 可实现器件小型化、轻型化、高频化以及多功 能化，近年来发展十分迅速。
• 磁电子纳米结构器件是20世纪末最具有影响力 的重大成果。除巨磁电阻效应读出磁头、 MRAM、磁传感器外，全金属晶体管等新型器 件的研究正方兴未艾。磁电子学已成为一门颇 受青睐的新学科。
(2).矫顽力 纳米粒子尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力 每个粒子是一个单磁畴.
优选文档
4
(3).居里温度（铁磁体与顺磁体的转变温度） 居里温度Tc与交换积分J成正比，并与原子构形和间距有
关纳米粒子的Tc比固体相应的低。 纳米粒子中原子间距随着颗粒尺寸减少而减小。原子间距
小将会导致J的减小，因而Tc下降。 5nm Ni:点阵参数缩小2.4%
优选文档
3
2．磁学姓质
(1).超顺磁性
居里－外斯定律：＝ C
T Tc
超顺磁性：矫顽力H c
0，对于 H
kBT
1时：
磁化强度：M P
2 H ，为粒子磁距
3k BT
起源：在小尺寸下，当各向异性能减少到与热易磁化方向，易磁化
方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。
8
• 以Cr中电子为中介的铁层间的耦合，随着Cr层厚度 增加而振荡衰减。其平均作用范围为1~3nm，这是 对Cr层厚度的一个限制。在金属中，特别是在磁性 金属中，电子平均自由程(10~20nm)和自旋扩散长 度(30~60nm)很短。这是对多层膜各个亚层厚度的 又一限制。
水力学直径纳米学
水力学直径纳米学水力学直径纳米学是研究液体在纳米尺度下的流动行为和性质的学科。
随着纳米技术的发展，人们开始关注纳米尺度下流体的特性和行为，水力学直径纳米学因此应运而生。
本文将介绍水力学直径纳米学的概念、研究内容、应用领域以及未来发展方向。
一、概念水力学直径纳米学是研究纳米尺度下流体行为的学科。
它关注如何描述和预测纳米尺度下流体的运动、速度、压力和粘度等特性，并探索这些特性与纳米材料的相互作用。
在纳米尺度下，流体的行为与传统的宏观尺度下有所不同，具有独特的物理特性和动力学行为。
二、研究内容水力学直径纳米学的研究内容包括但不限于以下几个方面：1. 纳米尺度下的流体运动行为：研究纳米尺度下流体的速度分布、流速剖面、湍流现象等。
纳米尺度下的流体运动受到表面张力、毛细力等因素的影响，与传统的宏观尺度下有所不同。
2. 纳米尺度下的流体压力和粘度：研究纳米尺度下流体的压力分布、压力损失和粘度等。
由于纳米尺度下表面效应的存在，流体的压力和粘度也会发生变化。
3. 纳米材料与流体相互作用：研究纳米材料与流体之间的相互作用，包括纳米颗粒的悬浮、纳米管道的流体输运等。
纳米材料的特殊性质对流体的行为有着重要的影响。
4. 纳米流体的传热性能：研究纳米尺度下流体的传热性能，包括热传导、对流传热等。
纳米流体具有较高的热导率和传热效率，对于热管理和热工程领域具有潜在的应用价值。
三、应用领域水力学直径纳米学的研究成果在许多领域具有重要的应用价值，包括但不限于以下几个方面：1. 纳米流体的传感器和探针：利用纳米流体的特性，可以设计并制造出高灵敏度的传感器和探针，用于检测微小流体的性质和变化。
2. 纳米尺度下的流体控制：通过研究纳米流体的行为，可以实现对微流体的精确控制和操纵，有望应用于微流控芯片、纳米药物传输等领域。
3. 纳米材料的润湿性研究：纳米流体在纳米材料表面的润湿性研究对于理解纳米材料的表面性质和应用具有重要意义，有望推动纳米材料的应用进一步发展。
流体介观方法(一)
流体介观方法(一)流体介观概述流体介观是物理学中一个重要的研究领域，涉及到介观级别的流体行为和性质。
介观指的是大小介于微观和宏观之间的尺度范围。
在流体介观中，我们可以观察到很多微观和宏观之间的非线性现象和相互作用。
纳米流体介观•纳米颗粒悬浮系统：研究纳米颗粒在流体中的行为和相互作用。
这有助于了解纳米颗粒在药物传递、涂层技术等领域的应用。
•纳米尺度流体动力学：研究纳米尺度下的流体流动、输运和混合行为。
这对于微流控、纳米流体传感器等领域的发展具有重要意义。
多孔介观•多孔介质渗流：研究在多孔介质中流体的渗透行为和渗流特性。
这对于地下水资源开发、油气开采等具有重要的应用价值。
•非线性传导特性：研究多孔介质中的传热、传质等非线性传导行为。
这对于热传导材料的设计和优化有着重要的指导意义。
介观湍流•介观湍流统计学：研究介观尺度下的湍流统计性质。
这有助于我们更好地理解湍流的形成和演化机制。
•空间尺度关联：研究湍流中介观尺度上的空间相关性。
这对于湍流模拟和预测有着重要的意义。
介观尺度模拟•分子动力学模拟：利用分子动力学方法模拟介观尺度下流体的行为。
这对于研究介观尺度下的相变、流动特性等具有重要意义。
•晶体胶体模拟：通过模拟晶体和胶体颗粒的运动行为，研究介观尺度下的流体机械性质和相互作用。
这对于材料学、生物学等领域有着广泛的应用。
结论流体介观是一个充满挑战和机遇的研究领域。
通过研究和理解介观级别的流体行为，我们可以更好地应对各种实际问题，推动科学技术的发展。
未来的研究将继续聚焦于介观尺度下的非线性现象、相互作用和模拟方法的改进与创新。
纳米流体介观纳米颗粒悬浮系统•行为和相互作用的研究为纳米颗粒在药物传递、涂层技术等领域的应用提供了理论基础。
•纳米颗粒的聚集行为和表面改性对其在流体中的分散和稳定性有重要影响。
•通过控制纳米颗粒的形貌和大小分布等参数，可以实现对流体流变性质的调控。
纳米尺度流体动力学•研究纳米尺度下的流体流动、输运和混合行为有助于微流控、纳米流体传感器等领域的发展。
流体动力学中的微尺度流动问题研究
流体动力学中的微尺度流动问题研究引言流体动力学是研究流体力学规律的科学，其应用范围广泛，包括大尺度和微尺度的流动问题。
本文将重点研究流体动力学中的微尺度流动问题，探讨其研究现状、挑战与前景。
1. 微尺度流动问题的研究背景微尺度流动指的是流体在微米尺度下的运动行为，主要包括纳米尺度的流动和微米尺度的流动。
随着纳米技术的发展和应用，微尺度流动问题受到了越来越多的关注。
微尺度流动具有许多特殊的物理现象和力学行为，与传统的宏观流体动力学存在很大差异，因此需要深入研究微尺度流动问题。
2. 微尺度流动问题的研究现状目前，微尺度流动问题的研究主要集中在以下几个方面：2.1 界面效应在纳米尺度下，由于表面张力和壁面效应的存在，流体的流动行为受到界面效应的显著影响。
研究人员通过理论模拟和实验测试，探究了界面效应对微尺度流动行为的影响，并提出了相应的理论模型和数值计算方法。
2.2 湍流效应与宏观流体动力学不同，纳米尺度下的流体流动通常是属于稳态流动，很少出现湍流现象。
然而，在特定条件下，纳米尺度流动中的湍流效应仍然存在，并且具有一些特殊的现象和行为。
研究人员通过实验观测和数值模拟，探索了纳米尺度流动中湍流效应的机制和规律。
2.3 分子扩散效应由于纳米尺度流动中分子的热运动，分子扩散效应在微尺度流动问题中起着重要作用。
研究人员通过理论推导和数值计算，研究了纳米尺度下的分子扩散行为，并提出了相应的模型和方法。
2.4 液体晶体流动液体晶体是一种介于晶体和液体之间的形态，具有特殊的流动行为和力学性质。
研究人员通过实验和理论模拟，研究了液体晶体在微尺度下的流动行为，并提出了相应的理论描述和数值计算方法。
2.5 生物流体力学微尺度流动问题在生物学和医学领域中具有重要的应用价值。
研究人员通过实验和理论研究，探究了微尺度流动在生物体内的行为和作用机制，以及其在疾病诊断和治疗中的应用前景。
3. 微尺度流动问题研究的挑战尽管微尺度流动问题受到了广泛的关注，但在研究过程中仍然存在许多挑战：3.1 实验条件的限制由于微尺度流动问题是在纳米或微米尺度下进行研究，需要使用高精度的实验设备和技术。
纳米材料的结构和性质
纳米材料的结构和性质纳米材料是一种具有独特结构和性质的材料，其粒径在1-100纳米之间。
由于其小尺寸和表面效应的存在，纳米材料具有许多优异的物理、化学、生物学等性质，因此在材料科学、物理学、化学、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
本文将从纳米材料的结构和性质两个方面进行探讨。
一、纳米材料的结构纳米材料的结构是其独特性质的重要基础。
纳米材料的结构可以分为三类，即一维、二维和三维结构。
1. 一维结构一维纳米材料是指纳米尺寸下的线性结构，如纳米线、纳米管等。
这些结构的直径通常小于100纳米，长度则可能达到数微米至数十微米不等。
由于其结构形态呈现出高度的一致性，因此可用于生物传感、催化剂制备、分子分离、光电器件等领域的应用。
2. 二维结构二维纳米材料是指極薄厚度且沿两个方向同时集成了垂直层板状结构的纳米材料，如纳米片、纳米层等。
由于其大的表面积对材料的响应更为敏感，具有优异的光电、光学、催化等性质，在颜料、光电器件、电化学电容器等方面有着广泛应用。
3. 三维结构三维纳米材料是指纳米级别下三维有机会多孔织构，一般应用于电催化剂、储氢剂、传感器、催化剂等领域。
其特点在于孔隙性、比表面积大、微型孔或中心孔等结构可能使气体、液体或离子流体在内部获得较高效率的交换。
二、纳米材料的性质纳米材料表现出了与传统非纳米材料明显不同的性质，主要为其尺寸效应、表面效应和晶粒大小效应。
1. 尺寸效应纳米材料的尺寸在几纳米到数十纳米之间，因此导致其具有优异的电学、光学、热学性质。
例如，纳米材料的电和热导率可能随着其粒径的减小而增加，并增加化学反应区电离势的振动能、电子离散化能等因素，从而影响其特性。
2. 表面效应由于纳米材料表面积与体积的比值更大，因此其表面在结构、电学、磁学等方面由于体积表现出了显著的效应。
例如，金属纳米粒子的表面等离激元会导致其在光学、电化学等方面表现出了独特的效应。
3. 晶粒大小效应晶粒大小效应主要影响材料的机械、塑料、磁学性质，因为晶粒大小的减小增加了晶体中分子运动的抵触力。
基于碳纳米管的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热特性
相 比于金属或者金属氧化物纳米颗 粒 ，碳纳
米 管 的导 热 系数 高 卜 ２ 数 量级 。因此 ，碳 纳 米 管 个 比金属或 者 金属氧 化物 纳米颗 粒更 具有 提 高制冷 剂 池 沸腾 换 热 和 对 流 换 热 的潜 力 】 。为 了将 碳纳 米
收 稿 日期 ：２ １年６ １ ０１ 月 口
ｆ ｅ ｉ ｄ ＣＮＴｓｐ ｙ ｉａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｔ ｅ ｅ ｈ ｎ ｅ ｎ ａ ｇ ｈ ｎ ｅ ｏ ２ ％￣ ９ ｔ ３ ｘ ｈ ｓｃ ｌｄ ｍｅ ｓｏ ， ｈ ｎ ａ ｃ ｍｅ ｔ ｎ ｅ ｃ ａ ｇ ｓ ｆ ｍ ７ ｒ ｒ ５ ％ ｏ ２ ％￣ ５ ｗｈ ｎ Ｃ ５％ ｅ ＮＴｓｎ ｎ ｌ ｂ ｉ ａ ｔｍａ ｓ ａ ｏ ｕ ｒｃ ｎ ｓ
ｔ ｅｎ ｃｅ ｔ ｏ ｌ ｏ ｌ ｇ ｈ ａ ａ ｓｅ ｏ ｆ ｃ ｅ ｔｏ ３ ｏ ｌ ｘ ｕ ｅｂ ｘ ｍｕ ｏ ％ ｕ ｄ ｒｔ ｅｐ ｅ ｅ ｔ ｅ ｔ ｏ ｄ ｔ ｎ ． ｒ ｈ ｕ ｌａ ｅｐ ｏ ｉ ｎ ｅ ｔ ｒ ｎ ｆ ｒｃ ｅ ｉｎ ｆＲ１ 一 ｉ ｍｉ ｔ ｒ ｙ ａ ｍａ ｉ ｍ ｆ６ ｂ ｉ ｔ ｉ １ １ ｎ ｅ ｒ ｓ ｎ ｓ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ Ｆｏ ｈ ｔ ｉ
基于碳纳米管的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热特性
庄大伟 彭 浩 胡海涛 丁 国 良 朱 禹
（ 上海交通大 学 制冷与低 温工 程研 究所 上海 ２ ０ ４ ； １ ０ ２ ０
２中国科学院 力学研究所微重力重点实验室 （ 国家微重力实验室 ）北京 １０９ ） ０ １０
摘 要 通过实验研究 了基于碳纳米管 （ ＮＴ ）的含油纳米制冷剂 （ 由制冷ＮＲ１３ Ｃ ｓ 即 、润滑油Ｖ ８ １ Ｇ６ 和碳纳米 管组成 的纳 米流体 ）的核态池沸腾换热特 性，分析 了碳纳米管对含 油制冷剂核态池沸腾换 热的影响 。实验 中采用 了外径 为１￣ ０ ｍ、 ５８ｎ 长度为 １ ￣ ０ｔ ． １ｋ ５ ｍ的四种碳纳米管。实验的饱和压力为１ １ Ｐ ；热流密度为 １￣ ０ｋ ｍ ０ ．ｋ ａ ３ ０ ８ Ｗ／ ；纳米 油ｆ 纳米 管和润滑 油的混 碳 合物１ 的质量分数 为０ ５ — ％：在 纳米油中碳纳米 管的质量分数 为０ ３ ％。实验 结果表明：碳纳米管增 强了含 油制冷剂 的池沸 ￣０ 腾换热 ，在测试工况下换热系数最大可增加６ ％。当纳米油 中碳纳米管浓度为２ ％不变 ，纳米 油浓度 由１ １ ０ ％提 高到５ ％时，不 同尺寸 的碳 纳米管对换热系数 的增 加幅度 由２ ％￣ ９ ７ ５ ％降低至２ ％￣ ５ ３ ５ ％；当纳米油 的浓度 为１ ％不 变，纳米油中碳纳米管浓 度 由２ ％提高到３ ％时 ， ０ ０ 同尺寸 的碳纳米管对换 热系数的增加幅度 ￣２ ％￣ ９ ｔ７ ５ ％升高到３ ％～ １ ３ ６ ％。通过 实验获得 了基于碳 纳米管 的含油纳米制冷剂池沸腾换热关联式 ，关联式的预测值 与９ ％的实验数据偏差在 ±１ ％以内。 ６ ０ 关键词 工程热物理 ；碳纳米管 ；关联式；核态池沸腾 ；润滑油；制冷剂
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
纳米流体的热物理性质研究
纳米流体是一种在纳米尺度下发展起来的流体，其独特的热物理性质引起了广泛的研究兴趣。
纳米流体的热物理性质的研究涉及到传热、流体性质和相变等方面。
以下是一些常见的纳米流体的热物理性质研究内容：首先，纳米流体的传热性质是研究的重点之一、纳米颗粒的添加可以增加流体的热导率，这主要是由于纳米颗粒的比表面积大和表面处热阻的降低所引起的。
研究表明，纳米流体的热导率可以显著超过传统流体，这对于一些高效热传导的应用非常有潜力，如冷却材料和热界面材料。
其次，纳米流体的粘性和流变性质也是研究的热点。
纳米颗粒的添加可以改变流体的流变性质，使其表现出非牛顿流体的行为。
研究发现，纳米颗粒的浓度和粒径对纳米流体的流变性质有很大影响。
此外，纳米颗粒的形状和表面修饰也可以对流体的流变性质产生显著的影响。
此外，纳米流体的相变性质也受到了广泛的关注。
纳米颗粒可以作为催化剂和核化剂，影响流体的相变温度和相变行为。
研究表明，纳米颗粒的添加可以显著改变流体的沸点和凝固点，进而影响流体的相变速率和热传导性能。
这在一些应用中具有重要意义，如制备新型相变材料和热储存材料。
另外，纳米流体的热辐射性质也是研究的热点之一、纳米颗粒的添加可以调节流体对热辐射的吸收和散射特性，从而改变其在红外光和可见光范围内的辐射特性。
这对于太阳能和光热转换等应用具有重要意义。
总的来说，纳米流体的热物理性质研究涉及到传热、流体性质和相变等多个方面。
纳米颗粒的添加可以显著改变流体的热导率、流变性质和相变性质，这对于一些高效热传导、流变控制和相变调控的应用具有重要意
义。
纳米流体的研究对于制备新型热传导材料、流体传热增强和相变调控具有重要意义。