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鄒小姐：13326633089 -
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在過去的幾十年中，對于納米科學發展十分迅速，因此研究人員開始探索如何將納米材料技術應用于強化傳熱領域。1995年時，美國Argonne 國家實驗室Choi首次提出了“納米流體”概念，從此將納米技術與熱能工程這一傳統領域創新性地結合了起來。
納米流體是通過在傳統的液體中添加一定量的納米粒子（尺寸在1-100nm），從而制備的均勻、穩定的新的傳熱介質。它與傳統的傳熱流體相比，可有效提高熱系統的傳熱性能，滿足一些特殊條件（微尺度條件）下的強化傳熱要求，因此被認為是一種新型的傳熱流體。
不過納米流體的潛力并不止于此，在作為熱源與冷卻設備之間的橋梁用于熱交換系統后，逐漸又擴展到了摩擦學、太陽能集熱器和生物醫學等領域。在過去的十年中，有關納米流體的研究引起的國內外研究者的興趣并成為了關注的熱點之一。
納米流體的組成
納米流體一般由固體顆粒及基液組成。所使用的基液一般是導電流體，如乙二醇或水；另外潤滑劑、油、生物流體及聚合物溶液也被用于制備納米流體。可選擇的納米顆粒則包含化學穩定的金屬（Cu、Au、Al和 Fe）、金屬氧化物（TiO2、Al2O3、CuO、SiO2、Fe3O4和 ZrO2）、非金屬（氮化硼、單壁和多壁碳納米管、石墨烯和石墨）、金屬氮化物（AIN、BN、Si3N4）、金屬碳化物（SiC）。
由于納米流體的穩定性是其廣泛應用的關鍵性瓶頸。隨著使用時間的增長，納米流體的不穩定性將會導致系統性能嚴重下降，因此提高納米流體的長期穩定性及其可重復使用性是在工業領域大規模應用的基本要求。
納米顆粒在流體中的聚集狀態
而二維納米片由于具有較大的比表面積和較高的化學穩定性，在防止納米顆粒聚集方面起到關鍵作用，因此，由納米片材料支撐的納米顆粒往往比單獨使用的納米顆粒表現出更加優越的性能。于是具有片狀結構的氮化硼突然受到了研究該領域的科學家的青睞，開始對其展開大量研究。
氮化硼的優勢
六方氮化硼（h-BN）是一種類似于石墨的等電性材料，具有與石墨類似的片層結構，被稱為白石墨，具有獨特的結構、優異的機械強度、較高的熱穩定性、抗氧化性和化學惰性，是一種很有應用前景的材料。若將h-BN片層結構剝離開得到厚度為幾個納米的片狀h-BN，則能成為氮化硼納米片（BNNS），是另一種二維納米材料。
為了使片狀h-BN在基液中具有更好的分散性能，對其功能化進行了大量研究。Zhi等人通過超聲離心法，利用N，N-二甲基甲酰胺等有機溶劑和官能團之間的極性相互作用來剝離h-BN納米片。Lie等人報道h-BN可以在路易斯酸堿作用下通過球磨被長烷基鏈胺功能化使得表面缺陷的數量增加，也研究了通過邊緣功能化直接實現h-BN納米片的水分散。
不過，氮化硼最為突出的，還是它用于納米流體后表現出的應用優勢。具體如下：
①改善摩擦學性能
摩擦幾乎存在于所有運動的系統中（鉆孔、切削、切割、加工和成型等），過高的摩擦會造成能量損失、機械故障和工作效率低等。為了最大限度地減少摩擦帶來的不利影響，通常會使用固體或液體潤滑劑，一般以后者作為消除摩擦的首選。
隨著納米科學技術的迅速發展，一大批二維材料的發現徹底改變了摩擦學領域，將這些材料添加到傳統潤滑劑中不僅可以有效降低了磨損和摩擦系數，同時又可以提高其承載能力。Han.W等采用四球摩擦實驗評估了BN納米粒子（~20 nm）對液體石蠟的摩擦學行為的影響。試驗結果表明，BN納米粒子不僅降低了液體石蠟的摩擦系數，而且還可以提高其耐磨性。Lee等人報道當直徑為300 nm和厚度為30 nm的BNNSs加入到水中可以明顯的改善水的摩擦學性能，30天的靜置沉降之后，發現納米流體的摩擦學行為幾平沒有變化，說明所制備的納米流體具有很好的可靠性。
②改善傳熱性能
在電子電氣行業，如何提高設備的熱管理能力是一個很重要的課題。目前許多電子產品和機械設備都會使用空氣冷卻來消除廢熱。但空氣的熱導率系數極低，限制了散熱設備的設備的散熱效率，而液態冷卻由于散熱效率高、運行過程安靜等優點可以有效解決電氣電子行業較高熱流密度下的散熱問題。
一些相關報道表明，高導熱BN納米粒子的引入可以有效的提高傳統流體散熱效率。Ertürk課題組報道當在水中添加BN的量為0.1
vol%、0.5vol%和1vol%時，水的傳熱效率分別提高了約7%、10%和15%。Das等人報道在BN的濃度為0.10
vol%時，水的導熱系數增加了16.08%。Yu等人采用溶劑剝離法將微米級BNNNSs均勻的在水中，當水中BNNSs的含量為24
vol%時，所制備的BN/水納米流體的熱導率高達2.39 W/mK，對應導熱率增強約為298%。
③增強光熱轉換效率
利用太陽輻射對水進行加熱是利用太陽能進行的許多有益的工作之一。太陽能的有效利用可以降低甚至取代通過化石燃料燃燒為設備提供所需的熱水的傳統方式。集熱器是太陽能熱水系統的關鍵部件，它可以收集清潔的太陽能并轉化為熱能用于水的加熱。通過集熱器增加傳熱的方法可分為兩類：被動法和主動法。與主動法相比，被動法不需要外力的作用。利用納米流體作為直接收吸太陽能集熱器中的傳熱介質是一種提高傳熱的被動方法。
太陽能集熱器
許多研究報告已經證明，BN納米材料加入到水中不僅可以保持長期穩定性，而且還表現出了顯著的熱導率增強。這些結果表明，BN/水納米流非常適合用作太陽能集熱器中的傳熱介質。Chatur和Nitnaware等人對純水和BN/水納米流體在太陽能熱水器中的性能進行了比較，與純水相比，在水中加入3 wt%的BN后，平板太陽能集熱器的效率得到了明顯的提高。
④提高載藥能力
碳納米材料在生物傳感、醫學成像和癌細胞靶向治療等醫學領域中已經得到了廣泛研究，但是碳納米材料具有一定的細胞毒性限制了其在臨床中的應用，因此開發碳材料的代替物是非常有意義的。而BN作為碳納米材料的結構類似物，其性能與碳材料相匹配，低的細胞毒性、優異的化學穩定性和高的熱穩定性使其在醫學領域具有強競爭優勢。
Chen等人研究了BNINTs與腎細胞的相容性。將未經任何處理的BNNTs納米流體（濃度為100 mg/mL）加入到腎細胞進行了測試，結果顯示BNNTs沒有任何的細胞毒性。Zhang和Golberg等人證明具有可控硼釋放的BN納米流體可以使前列腺癌細胞凋亡。Weng等人開發了一種簡單的方法直接合成了具有高水溶性的BN材料，該BN材料展示很好的生物相容性并可以負載比自身重量高三倍的抗癌藥物。與游離藥物相比，藥物負載到BN載體上可以更好的的降低前列腺淋巴癌細胞活性。這些結果表明BN納米流體在藥物的裝載、運輸和釋放等領域有巨大的潛力。
結語
不過需要注意的是，雖然較低濃度的BN已被證實可以在水中長期均勻分散，但高濃度BN材料能否在不同的流體介質中有效地分散穩定，才是決定氮化硼復合納米流體能否規模化應用的關鍵所在，因此這方面還需要對新工藝投入更多研究才行。
資料來源：
基于導熱氮化硼的納米流體和相變的納米流體和相變儲熱材料制備及性質研究，韓維坊
氮化硼復合納米流體制備及其光熱性能研究，于曉涵。
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