纳流体

纳米流体是一种含有纳米尺寸粒子的流体，称为纳米粒子。这些流体是纳米粒子在基液中的工程胶体悬浮液。纳米流体中使用的纳米颗粒通常由金属、氧化物、碳化物或碳纳米管制成。常见的基础流体包括水、乙二醇和油。

纳流体具有新颖的特性，使其在传热的许多应用中具有潜在用途，包括微电子、燃料电池、制药过程和混合动力发动机、发动机冷却/车辆热管理、家用冰箱、冷却器、热交换器、研磨 、机械加工和锅炉烟气降温。与基液相比，它们表现出增强的导热性和对流传热系数。

纳米流体的流变行为的知识被发现对于决定它们是否适用于对流传热应用至关重要。纳流体还具有特殊的声学特性，并且在超声波场中显示出入射压缩波的额外剪切波再转换；随着浓度的增加，效果变得更加明显。

在计算流体动力学 (CFD) 等分析中，纳米流体可以假设为单相流体；然而，几乎所有新的学术论文都使用两阶段假设。可以应用单相流体的经典理论，其中纳米流体的物理性质被视为两种成分的性质及其浓度的函数。另一种方法使用双组分模型模拟纳米流体。

通过扩散在接触线附近组装的纳米颗粒的固体状有序结构增强了纳米流体液滴的扩散，这在接触线附近产生了结构分离压力。然而，对于直径为纳米级的小液滴，没有观察到这种增强，因为润湿时间尺度远小于扩散时间尺度。

纳流体由多种技术生产：

• 直接蒸发（1 步）
• 气体冷凝/分散（2 步）
• 化学蒸汽冷凝（1 步）
• 化学沉淀（1 步）
• 生物基（2 步）

包括水、乙二醇和油在内的几种液体已被用作基液。虽然稳定性可能是一个挑战，但正在进行的研究表明这是可能的。目前用于纳米流体合成的纳米材料包括金属颗粒、氧化物颗粒、碳纳米管、石墨烯纳米薄片和陶瓷颗粒。

开发了一种基于生物的环保方法，用于使用丁香花蕾对多壁碳纳米管 (MWCNT) 进行共价功能化。在该合成中，不存在任何通常用于普通碳纳米材料功能化程序的有毒有害酸。

多层碳纳米管 (MWCNT) 使用自由基接枝反应在一锅中进行功能化。然后将丁香功能化的 MWCNT 分散在蒸馏水（去离子水）中，产生高度稳定的 MWCNT 水悬浮液（MWCNTs 纳流体）。

Kalpakkam Indira Gandhi 原子研究中心的一组研究人员意识到传统纳米流体的适度导热性增强，开发了一种新型的可磁极化纳米流体，其导热性增强了基液的 300%。为此，合成了不同尺寸（3-10 nm）的脂肪酸封端磁铁矿纳米颗粒。

已经表明，通过改变磁场强度和相对于热流方向的方向，可以调节这种磁性纳米流体的热学和流变学特性。这种响应刺激流体是可逆切换的，并且在微型设备中有应用，例如微型和纳米机电系统。

在层流状态下通过实验考虑了外部磁场对水基磁铁矿纳米流体对流传热系数的影响。在 Re=745 和 32.5 mT/mm 的磁场梯度下获得高达 300% 的增强。磁场对压降的影响并不那么显着。

研究人员发明了一种基于纳米流体的超灵敏光学传感器，该传感器在暴露于极低浓度的有毒阳离子时会改变其颜色。

该传感器可用于检测工业和环境样品中的微量阳离子。用于监测工业和环境样品中的阳离子水平，现有技术昂贵、复杂且耗时。该传感器采用磁性纳米流体设计，该流体由纳米液滴和悬浮在水中的磁性颗粒组成。