氧化石墨烯/水脉动热管的启动及传热特性

氧化石墨烯(graphene oxide,GO)是一种新型二维平面结构碳纳米材料,具有高导热性和强亲水性。通过实验研究GO纳米流体对脉动热管(PHP)启动及传热的影响。PHP是由3个弯头构成的闭式回路,采用垂直底部加热,功率范围10~105 W;冷凝段强制风冷。去离子水为基液,GO浓度范围0.02%~0.11%(质量分数);固定充液率约50%。结果表明：适当添加GO纳米颗粒可有效改善启动性能。当浓度为0.05%、0.08%时,启动温度可分别降低28.6℃(33.9%)、26.2℃(31.1%),启动时间分别缩短320 s(19.5%)、304 s(18.5%),启动过程更加平稳。GO纳米流体对PHP的传热强化作用与浓度及功率有关。当浓度在0.02%~0.08%范围、加热功率在20~105 W范围时,传热强化率在18.6%~57.1%之间,强化作用明显。在上述浓度范围(0.02%~0.08%)内,随着加热功率增加,热性能改善程度先增加,而后逐渐减少;加热功率为30 W时,热性能改善程度可达到46.1%~57.1%。最后,在实验基础上,综合应用Ku、Bo、Mo、Pr、Ja^* 等无量纲数组合,拟合得到实验关联式预测GO/水PHP传热性能。     

氧化石墨烯/水脉动热管传热强化及性能预测

实验研究了氧化石墨烯（GO）纳米流体对脉动热管（PHP）传热性能的影响。结果表明：充液率、浓度及加热功率显著影响脉动热管的传热性能。在小充液率（FR=30%）时,PHP更多是在重力辅助热虹吸管以及脉动热管的共同作用下工作,热阻较低,但容易烧干;添加GO纳米颗粒可改善流体传热性能,降低PHP热阻,延缓烧干;尤其在质量分数0.05%~0.08%、加热功率10~50W时热阻可比纯水降低38.1%~74.1%;在质量分数0.08%~0.1%时,烧干极限Q_max可比纯水提高33%。在大充液率（FR=80%）时,气相空间受限,流体运动阻力较大,PHP整体运行性能较差。添加GO纳米不能明显改善PHP传热性能,在高浓度（质量分数0.1%）时还会恶化传热性能。综合考虑热阻及烧干极限,PHP在中等充液率（FR=50%）时整体运行性能最佳;且存在一个合适的工作范围（质量分数0.03%~0.08%,加热功率20~105W）,使PHP热阻比纯水下降18.9%~54.4%之间,强化作用明显。最后,在实验基础上,综合应用Ku、Pr、Ja、Bo、Mo等量纲为1数组合,拟合得到实验关联式预测GO/水PHP传热性能,适用于30%~80%充液率下,质量分数0~0.1%的GO/水纳米流体脉动热管。     

小倾角自湿润纳米流体重力热管传热特性

以质量分数为0.01%的氧化石墨烯分散液和质量分数为0.5%的正丁醇水溶液按3∶4的体积比混合后的混合溶液为工质，对小倾角下不同加热功率的重力热管传热特性进行分析，并与正丁醇溶液和去离子水的传热特性做对照。结果表明：在小倾角下氧化石墨烯的加入能够减小自湿润流体热管的传热热阻，但其强化作用与加热功率相关；低加热功率下氧化石墨烯的强化作用并不明显，当加热功率为20—120 W时氧化石墨烯的强化作用较为明显，当加热功率超过120 W后，氧化石墨烯的强化作用逐渐减弱。在正丁醇质量分数不变的情况下，当加热功率小于120 W、氧化石墨烯质量分数小于0.06%时，氧化石墨烯质量分数越大热管热阻越小，氧化石墨烯质量分数大于0.06%时热阻反而增大。当加热功率大于120 W后，质量分数越高热管热阻就越大。     

氧化石墨烯/自湿润流体脉动热管的传热特性

以氧化石墨烯分散液(浓度为0.5mg/mL)和正丁醇水溶液(质量分数为0.5%)的混合溶液(体积比2:5)为工质,充液率为50%,对不同加热功率条件下环路脉动热管稳定运行的传热特性进行实验研究,并与正丁醇水溶液和去离子水的传热性能进行对比,分析了混合溶液在脉动热管稳定运行时冷热端温差和传热热阻的变化特点,探究了氧化石墨烯对自湿润流体传热性能的影响。研究结果表明:在自湿润流体中加入氧化石墨烯能够强化脉动热管的传热特性,但是和脉动热管的加热功率密切相关;在低加热功率下,氧化石墨烯对自湿润流体脉动热管的传热特性没有强化作用;随着加热功率的增加,强化作用明显增强,而当加热功率过大时,强化作用又会逐渐减弱。     

石墨烯/去离子水纳米流体振荡热管传热性能

通过实验研究石墨烯(GNP)纳米流体振荡热管的传热性能,质量分数分别为0.01%、0.05%、0.08%和0.10%,充液率为45%~90%,加热功率为10~100 W。结果表明,充液率为45%时,GNP纳米流体可以缓解烧干;充液率为55%~70%,质量分数为0.01%具有较为明显的传热优势,其热阻最高可降低83.33%。GNP纳米流体改善PHP传热性能的原因主要是其热导率较高,表面润湿性能较好。     

两亲性纳米流体太阳能重力热管传热性能研究

针对石墨烯/水纳米流体的分散不稳定问题,采用化学方法制备了不含表面活性剂的改性石墨烯/水两亲性纳米流体,研究了以改性石墨烯/水两亲性纳米流体为工质的太阳重力热管在不同加热功率、安装角度和浓度下的热性能。结果表明,与去离子水相比,两亲性纳米流体可以降低热管的启动温度。在实验加热功率范围内,当加热功率相对较小时,两亲性纳米流体热管的热阻明显低于去离子水;随着加热功率的增加,热阻差异可以忽略。当安装角度相对较小时,其对蒸发段传热能力影响较大。当加热功率为20 W,纳米流体质量分数从0.1%增加到0.6%时,蒸发段传热系数下降了54.7%;当加热功率为40 W,纳米流体质量分数从0.1%增加到0.6%时,蒸发段传热系数下降了48.9%。     

石墨烯/去离子水纳米流体振荡热管传热性能

通过实验研究石墨烯（GNP）纳米流体振荡热管的传热性能,质量分数分别为0.01%、0.05%、0.08%和0.10%,充液率为45%~90%,加热功率为10~100 W。结果表明,充液率为45%时,GNP纳米流体可以缓解烧干;充液率为55%~70%,质量分数为0.01%具有较为明显的传热优势,其热阻最高可降低83.33%。GNP纳米流体改善PHP传热性能的原因主要是其热导率较高,表面润湿性能较好。     

石墨烯/热塑性聚氨酯薄膜的制备及性能

采用热还原的方法由氧化石墨烯(GO)制备得到还原石墨烯(RGO),并将两种石墨烯与热塑性聚氨酯(TPU)复合制得纳米复合材料薄膜。进而考察了两种纳米复合材料薄膜的导电、导热及力学性能。结果表明:在TPU中加入GO能够得到高导热、低导电的纳米复合材料,而加入RGO则得到高导热、高导电的纳米复合材料;同时,GO和RGO的加入,均能显著提高TPU的拉伸强度和模量。     

用一步法原位制备氢化丁腈橡胶/还原氧化石墨烯纳米复合材料

将氢化丁腈橡胶(HNBR)与石墨烯二维纳米材料(GO)共混以提高其导电和导热性能,采用乳液一步法还原制备了HNBR/还原氧化石墨烯(RGO)纳米复合材料。结果表明,丁腈橡胶(NBR)乳液中分子链的碳碳双键和GO经水合肼/过氧化氢/硫酸铜催化体系产生的活性中心二酰亚胺被同时进行加氢和还原,这在改善HNBR性能的同时简化了RGO纳米复合材料的制备工艺,制备过程没有毒性大的有机溶剂。HNBR/RGO纳米复合材料的氢化度为61%,I_D/I_G为1. 36,说明NBR/GO中分子链双键和GO经一步法得到还原。采用一步法可将RGO在HNBR基质中均匀分散。HNBR/RGO纳米复合材料的力学性能和热性能因RGO的存在得以大幅度改善。     

原位聚合法制备PANI/RGO导电复合材料的性能

采用原位聚合法制备聚苯胺(PANI)、PANI/氧化石墨烯(GO)复合材料和PANI/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料。利用四探针测试仪、X射线衍射(XRD)仪、傅立叶变换红外光谱(FTIR)仪、热重(TG)分析仪和扫描电子显微镜(SEM)等对PANI及PANI/GO复合材料和PANI/RGO复合材料进行表征。电导率测试结果表明,当加入GO质量分数为50%时,先还原后聚合法制得PANI/RGO复合材料的导电率可达9.916 S/cm,RGO能有效提高复合材料的导电性;XRD和FTIR分析结果表明,GO和RGO都能较好分散在PANI中;TG分析结果表明,将GO还原为RGO后在小于250℃时能有效提高复合材料的热稳定性。通过原位聚合法能将GO和RGO较好分散在PANI中,形成较好的插层型复合材料,尤其是先还原后聚合法制得的PANI/RGO复合材料具有较好的导电性和热稳定性。     

氧化石墨烯重力热管传热性能研究

实验研究了在氧化石墨烯纳米流体质量分数为0,0.01％,0.05％,0.1％,0.2％时,50,60,70,80,90℃加热温度和50％,60％,70％,80％充液率对重力热管启动性能和传热特性的影响.实验结果表明:氧化石墨烯纳米流体质量分数越大,重力热管热阻越小;在加热温度为90℃、充液率为60％时,质量分数为0.2...     

石墨烯携载无机纳米粒子的制备及拉曼性能研究

通过原位复合的方法,在石墨烯片层间掺杂纳米银颗粒,制备出石墨烯/银纳米杂化材料(RGO/Ag)。利用紫外吸收光谱、傅里叶红外光谱、透射电子显微镜(TEM)、XRD、拉曼光谱等对氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(RGO)和石墨烯/银纳米杂化材料(RGO/Ag)进行表征。发现复合材料中的银对石墨烯/银材料有拉曼增强作用,结合TEM对这种增强作用进行研究,发现银颗粒的团聚对这种增强作用有减弱作用。     

石墨烯携载无机纳米粒子的制备及拉曼性能研究

通过原位复合的方法,在石墨烯片层间掺杂纳米银颗粒,制备出石墨烯/银纳米杂化材料(RGO/Ag)。利用紫外吸收光谱、傅里叶红外光谱、透射电子显微镜(TEM)、XRD、拉曼光谱等对氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(RGO)和石墨烯/银纳米杂化材料(RGO/Ag)进行表征。发现复合材料中的银对石墨烯/银材料有拉曼增强作用,结合TEM对这种增强作用进行研究,发现银颗粒的团聚对这种增强作用有减弱作用。     

氧化石墨烯还原方法研究进展

综述了当前比较热门和新颖的氧化石墨烯(GO)的还原方法,特别是直接还原剂还原法、微波辅助还原法、紫外辐照还原法等,并对这些还原方法可能存在的问题进行了分析;评述了当前还原氧化石墨烯(RGO)的常用表征方法,如原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(RS)、X射线光电能谱(XPS)、红外(IR)光谱、X射线衍射(XRD)等测试技术。针对当前GO、RGO及石墨烯(GNS)界定不明导致使用较为混乱的状况,通过前期的研究成果及综合分析文献中相关材料的含氧量,提出可通过三者氧含量来大致区分GO、RGO及GNS,即氧含量在20%以上为GO,5%～20%为RGO,5%以下为GNS;此外,还可通过含氧量将GO还原方法划分为温和还原法、强还原法及超强还原法3种类型。文中最后对还原GO的方法进行了展望。     

氧化石墨烯还原方法研究进展

综述了当前比较热门和新颖的氧化石墨烯(GO)的还原方法,特别是直接还原剂还原法、微波辅助还原法、紫外辐照还原法等,并对这些还原方法可能存在的问题进行了分析;评述了当前还原氧化石墨烯(RGO)的常用表征方法,如原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(RS)、X射线光电能谱(XPS)、红外(IR)光谱、X射线衍射(XRD)等测试技术。针对当前GO、RGO及石墨烯(GNS)界定不明导致使用较为混乱的状况,通过前期的研究成果及综合分析文献中相关材料的含氧量,提出可通过三者氧含量来大致区分GO、RGO及GNS,即氧含量在20%以上为GO,5%～20%为RGO,5%以下为GNS;此外,还可通过含氧量将GO还原方法划分为温和还原法、强还原法及超强还原法3种类型。文中最后对还原GO的方法进行了展望。     

氧化石墨烯的制备及还原研究

通过控制高锰酸钾的用量,采用改性悍马氧化法与氢碘酸还原法制备了一系列氧化石墨烯(GO)及还原石墨烯(RGO),研究了高锰酸钾用量对GO及RGO的形态、稳定性、成膜性能及导电性能的影响。研究结果表明:当石墨与高锰酸钾的质量比为2.5~3时,所得GO在具有较好分散性,且经还原后的膜电阻率较低,约为1.2×10-3Ω/cm。     

氧化石墨烯的酸性还原及其超级电容性能

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),在酸性条件(pH=5)下以180°C进行水热还原,通过调节水热反应时间来制备不同还原程度的还原氧化石墨烯(RGO)。研究了不同的水热反应时间对RGO结构及超级电容性能的影响。结果表明：控制水热反应时间可以制备出还原程度不同的RGO,在电化学测试中,随着水热反应时间的延长,RGO电极的比电容呈先上升后下降的趋势。当水热反应时间为6 h时,RGO电极表现出最佳的超级电容性能,其在1 A/g电流密度下比电容达到251 F/g,相对于GO电极提高了225%。经过500次充放电循环后,RGO-6电极比电容保持率达到92%,具有优异的循环稳定性。     

氧化石墨烯的酸性还原及其超级电容性能

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),在酸性条件(pH=5)下以180°C进行水热还原,通过调节水热反应时间来制备不同还原程度的还原氧化石墨烯(RGO)。研究了不同的水热反应时间对RGO结构及超级电容性能的影响。结果表明:控制水热反应时间可以制备出还原程度不同的RGO,在电化学测试中,随着水热反应时间的延长,RGO电极的比电容呈先上升后下降的趋势。当水热反应时间为6 h时,RGO电极表现出最佳的超级电容性能,其在1 A/g电流密度下比电容达到251 F/g,相对于GO电极提高了225%。经过500次充放电循环后,RGO-6电极比电容保持率达到92%,具有优异的循环稳定性。     

还原氧化石墨烯增强水泥基复合材料微观结构及力学性能

采用水热还原法制备了不同还原程度的还原氧化石墨烯(RGO),并将其添加到水泥浆体中,制得石墨烯增强水泥基复合材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、力学性能测试仪、扫描电子显微镜(SEM)对氧化石墨烯(GO)还原程度及水泥基复合材料的力学性能和微观结构进行测试。结果表明,在120℃水热条件下,控制不同还原时间可以得到不同还原程度的RGO;随着GO还原程度的提高,复合材料力学强度不断增加;RGO可使水泥更加密实,降低了水泥浆体的孔隙率,对水泥基复合材料起到增强增韧的作用。     

水基石墨烯纳米流体在矩形小槽道内的流动换热特性

测试了水基石墨烯纳米流体的部分热物性,研究了不同浓度、雷诺数(Re)和加热功率条件下水基石墨烯纳米流体作为换热工质在设计的矩形结构小槽道内的对流换热性能。结果表明,层流状态(Re=500~2000)下,矩形槽道壁面温度随Re增大逐渐降低,随加热功率增大逐渐升高,与常规流体换热特性一致;在相同Re和换热功率条件下,随纳米流体浓度增大,壁温逐渐减小;水基石墨烯纳米流体的换热强度比基液去离子水提升较大,Re=2000、加热功率为210 W时,浓度为0.03wt%的水基石墨烯纳米流体的平均努塞尔数(Nu)为9.3,比基液水提升48.8%;受入口效应影响,沿槽道长度局部对流换热系数逐渐减小,最高可达25674.5 [W/(m2?℃)],较基液水最大可提高39.1%;Re=500~1400时,石墨烯纳米流体的流动换热强度随Re增大明显增强;由实验数据结合理论模型拟合了适用于石墨烯纳米流体对流换热强度的计算式,计算结果与实验结果最大相对误差不超过25%,平均相对误差仅为4.8%。