光譜分光及納米流體

光譜分頻材料及納米流體材料

提綱分頻薄膜聚光-分光綜合利用系統(tǒng)納米流體功能材料背景——能譜分級(jí)利用新思路光伏發(fā)電熱利用硅禁帶寬度：1.12eV1.聚光系統(tǒng)可以提高光熱品級(jí)，進(jìn)一步用于發(fā)電；更為重要的是以低廉的反射鏡替代了昂貴的半導(dǎo)體材料。2.通過(guò)分光技術(shù)，把適合太陽(yáng)電池工作的太陽(yáng)輻射光譜段投射到電池表面，其余部分的輻射能可以投射到合適的光熱元件上加以利用，不僅可以降低光伏電池廢熱，提高轉(zhuǎn)換效率，還可以提升總的太陽(yáng)能利用效率。背景——分頻系統(tǒng)特點(diǎn)基于太陽(yáng)能利用的分頻技術(shù)發(fā)展情況全息濾光全息濾光太陽(yáng)能利用裝置,是全息記錄材料在太陽(yáng)能方面的應(yīng)用，其依據(jù)是非均勻性布喇格-李譜曼反射全息圖的理論液體濾光利用液體的特殊光學(xué)特性，特別是對(duì)特定光譜段的強(qiáng)吸收性，采用液體介質(zhì)濾光，是一種便捷的濾光方案干涉薄膜濾光全息濾光理想納米流體濾光液與水的透射吸收性能比較干涉薄膜濾光（A）單層薄膜干涉，（B）多層薄膜干涉（A）短波截止長(zhǎng)波通濾光，（B）長(zhǎng)波截止短波通濾光薄膜材料薄膜材料的數(shù)量有上百種，但是針對(duì)具體的設(shè)計(jì)要求，在全面考慮其光學(xué)性能、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性等的情況下，合適的選擇并不多。總體上，可以分為金屬材料和介質(zhì)及半導(dǎo)體材料兩大類；而單獨(dú)使用這兩類材料構(gòu)成的薄膜分別稱之為金屬膜和介質(zhì)膜。薄膜材料薄膜設(shè)計(jì)材料的主要特性薄膜材料氟化鎂（MgF2）作為一種薄膜制備的常用材料，其牢固度是所有低折射率鹵化物中最高的。常與ZnS組合使用。由于MgF2的高張應(yīng)力，制得的MgF2-ZnS存在容易破裂的問(wèn)題。硫化鋅（ZnS）是用于可見(jiàn)光和紅外段的重要膜料。在可見(jiàn)光段，常與低折射率的氟化物聯(lián)用；在紅外段常與高折射率的半導(dǎo)體材料聯(lián)用。沉積在室溫基板上的ZnS膜牢固性差，一般需要通過(guò)離子轟擊、基板烘烤或者老化處理等手段進(jìn)行改善。二氧化鈦（Ti2O）性能優(yōu)異，各項(xiàng)指標(biāo)都非常突出，在可見(jiàn)和近紅外區(qū)均透明。但是制作Ti2O薄膜的過(guò)程中，往往會(huì)伴生高吸收的亞氧化鈦

TinO2n-1（n=1,2,…,10）。Ti2O膜的氧化程度直接決定其膜層吸收特性，一般來(lái)說(shuō)通過(guò)在空氣中的加熱處理，可以減少亞氧化鈦含量，優(yōu)化膜層性能。二氧化硅（Si2O）光吸收極小，膜層牢固且抗磨、耐腐蝕，應(yīng)用廣泛。制作時(shí)，與Ti2O類似，會(huì)伴生低價(jià)氧化物，但是程度遠(yuǎn)不及Ti2O。分頻策略的確定——系統(tǒng)構(gòu)建太陽(yáng)能電PV電池光熱/熱電轉(zhuǎn)換熱/電聚光系統(tǒng)分頻器綜合利用分頻策略的確定

將波長(zhǎng)在600-1050nm范圍內(nèi)的輻射能量反射給光伏電池使用，波長(zhǎng)在600nm以下及1050nm以上的輻射能量透射給太陽(yáng)能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，如碟式斯特林熱發(fā)電系統(tǒng)使用。TEGTG左圖為根據(jù)典型硅電池的外量子效率（EQE）曲線計(jì)算的對(duì)應(yīng)的單位波長(zhǎng)光電轉(zhuǎn)化效率（EFF）。引入常規(guī)的溫差發(fā)電件發(fā)電效率（設(shè)為8%）即圖中TEG（thermoelectricgenerator）線，以及典型太陽(yáng)能熱機(jī)發(fā)電的利用效率（設(shè)為20%）即圖中TG(thermalpowergenerator)線，可以確定分頻方案的波段選取范圍。將波長(zhǎng)在400-1100nm范圍內(nèi)的輻射能量反射給光伏電池使用，其余輻射能量透射給溫差電池利用；2種分頻方案分頻器的設(shè)計(jì)

圖（a）分光干涉薄膜示意圖；b）光路干涉原理圖基本思路：NeedleOptimization

全局優(yōu)化方法；真空鍍膜技術(shù)基本原理：基于每層材料之間的光學(xué)干涉原理，分光器可以反射選定波段的光束，同時(shí)其余光束均透射過(guò)分光薄膜，滿足系統(tǒng)的分頻要求，在特定波段實(shí)現(xiàn)高反射率或透射率。材料：零吸收率，反射率不同的電介質(zhì)薄膜材料；玻璃基片入射光束投射光束反射光束LayernLayern-1Layern+1H……SubstrateLHL襯底(BK7Glass)分光薄膜分光薄膜~mm~μm~μm分頻器的設(shè)計(jì)——器件結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

光學(xué)選擇性透過(guò)或反射，低吸收率；陶瓷材料，可實(shí)現(xiàn)低廉成本分頻器的設(shè)計(jì)分頻器物理結(jié)構(gòu)分頻方案一：PV-TEG系統(tǒng)400~1100nmR→1PV-TEG分光薄膜涂層結(jié)構(gòu)分頻器的設(shè)計(jì)（b）PV-TG分光方案薄膜涂層結(jié)構(gòu)分頻方案二：PV-TG系統(tǒng)600~1050nmR→1設(shè)計(jì)結(jié)果顯示分光薄膜對(duì)太陽(yáng)輻射波段有較好的分頻作用：對(duì)于選定的高反射目標(biāo)波段，有理想的反射效果；而在其它太陽(yáng)光譜段，反射率很低，分頻器物理結(jié)構(gòu)PV-TEG聯(lián)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖菲涅爾透鏡分頻器熱電池晶硅光伏電池太陽(yáng)能聚光-分光綜合發(fā)電系統(tǒng)（一）

——PV-TEG系統(tǒng)分頻工況下電池性能測(cè)試結(jié)果太陽(yáng)能聚光-分光綜合發(fā)電系統(tǒng)（一）

——PV-TEG系統(tǒng)使用分光薄膜（PV-TEG分光器）后，光伏電池的效率有了較為明顯的提升，平均效率增加了3.24%。電池效率提升結(jié)果溫差電池實(shí)驗(yàn)結(jié)果太陽(yáng)能聚光-分光綜合發(fā)電系統(tǒng)（一）

——PV-TEG系統(tǒng)太陽(yáng)能聚光-分光綜合發(fā)電系統(tǒng)（一）

——PV-TEG系統(tǒng)電池?zé)峁芾硌芯慨?dāng)冷卻熱阻足夠小即冷卻措施適當(dāng)時(shí)，電池溫度可以在很大的入射光強(qiáng)范圍內(nèi)保持在較低水平，即電池效率可以穩(wěn)定在較高水平，并且電池輸出功率隨入射光強(qiáng)而增強(qiáng)，滿足用戶的使用要求，進(jìn)行有效的太陽(yáng)電池?zé)峁芾?。ηsystem=15.2%太陽(yáng)能聚光-分光綜合發(fā)電系統(tǒng)（一）

——PV-TEG系統(tǒng)分光下光伏效率

：25.1%熱電轉(zhuǎn)換效率：20%系統(tǒng)效率：20.2%太陽(yáng)能聚光-分光綜合發(fā)電系統(tǒng)（二）

——PV-TG系統(tǒng)光電—光熱綜合利用系統(tǒng)效率曲線分光組件—納米流體直接吸收太陽(yáng)能技術(shù)（DirectabsorptioncollectionDAC）

:是利用工作流體直接全部或部分吸收太陽(yáng)輻射進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換。DAC技術(shù)的應(yīng)用工質(zhì)：除部分使用融鹽作為吸熱工質(zhì)外，多數(shù)采用了超微（納米）顆粒分散于基液中，利用顆粒的吸收特性對(duì)太陽(yáng)輻射進(jìn)行直接吸收利用。本研究設(shè)計(jì)的（C）PV/T系統(tǒng)：光熱光電單元分離；光熱單元直接吸收紅外；光電單元僅接收可見(jiàn)光光伏發(fā)電；可應(yīng)用于聚光高溫系統(tǒng)分光組件—DAC系統(tǒng)圖分光組件-納米流體納米流體材料新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用納米流體的簡(jiǎn)介概念優(yōu)勢(shì)制備穩(wěn)定性及評(píng)價(jià)應(yīng)用1:強(qiáng)化傳熱應(yīng)用2：改性壓裂液應(yīng)用3：納米微膠囊技術(shù)26什么是納米流體？1993,美國(guó)Argonne實(shí)驗(yàn)室,StephenU.S.Choi提出納米流體的概念,作為新一代傳熱介質(zhì)。納米流體：將納米級(jí)的材料穩(wěn)定懸浮在基液中形成的多相系統(tǒng)物質(zhì)導(dǎo)熱率（W/(m.K)）物質(zhì)導(dǎo)熱率（W/(m.K)）水0.61銀429乙二醇0.253銅401機(jī)油0.145氧化鋁40導(dǎo)熱油0.128多壁碳納米管6000空氣0.03硅148新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用2710m1m0.1m1cm1mm100μm10μm1μm100nm10nm1nm0.1nm細(xì)菌小分子

筆記本電腦微型通道病毒傳感元件新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用納米材料28納米材料的優(yōu)勢(shì)納米材料，巨大的比表面積，有效導(dǎo)熱系數(shù)增加；結(jié)合新型材料，如碳納米管等，在提高基液換熱能力方面更有優(yōu)勢(shì)；與純液體相比，存在粒子與粒子、粒子與液體、粒子與壁面間的碰撞，破壞邊界層，減少熱阻，增加湍流強(qiáng)度，強(qiáng)化傳熱；納米材料的分散體系比微米級(jí)材料更穩(wěn)定，可其自身更強(qiáng)烈的布朗運(yùn)動(dòng)保持懸??；新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用29納米流體的組成新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用納米顆粒金屬：Cu,Fe,Ag…金屬氧化物：Al2O3,CuO,TiO2

…非金屬：

SiO2,TiO2,碳納米管,SiC…分散劑++基液水，乙醇，乙二醇，甲苯，己烷，導(dǎo)熱油，機(jī)油，礦物油無(wú)機(jī)電解質(zhì)有機(jī)聚合物表面活性劑，陽(yáng)離子、陰離子、親水親油性不同如：十六烷基三甲基溴化銨CTAB、油酸…30納米流體的制備新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用一步法在制備納米顆粒的過(guò)程同時(shí)將其分散在基液中，省去干燥、存儲(chǔ)等過(guò)程?！醴椒ㄝ^為多樣：化學(xué)蒸發(fā)法、化學(xué)合成法；□通過(guò)控制反應(yīng)的工藝，可制備出濃度、粒徑、形狀可控的納米流體；□制備方法復(fù)雜、單次制備量小。兩步法將已經(jīng)制備得到的納米粉體通過(guò)物理法將納米顆粒分散到基液中?！醅F(xiàn)已工業(yè)化生產(chǎn)納米粉體，可大量制備納米流體；□納米流體中顆粒的分散較為困難，團(tuán)聚問(wèn)題難以解決，穩(wěn)定性較差。31真空?qǐng)A柱體內(nèi)裝有低蒸汽壓的液體，旋轉(zhuǎn)液體使其在壁面形成很薄的液膜，以收集附著在壁面的納米粒子，冷卻系統(tǒng)是用來(lái)放置液體升溫而使圓柱體內(nèi)壓力上升。新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室低壓氣體蒸發(fā)法制備納米流體示意圖Reference:郭順?biāo)傻?SiO2納米流體粘度研究.硅酸鹽通報(bào),2006(5):第52-55頁(yè).利用水解法制備的納米二氧化硅顆粒單步法制備的Cu-乙二醇納米流體的TEM照片一步法制備32新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用兩步法制備機(jī)械攪拌活性劑超聲震蕩顆粒+基液兩步法制備：物理法和化學(xué)法加入分散劑納米流體33納米流體的懸浮穩(wěn)定性納米流體是一種膠體分散體系，懸浮穩(wěn)定性包括：熱力學(xué)穩(wěn)定性：不穩(wěn)定。由于納米顆粒具有高比表面積和表面能，因此具有互相團(tuán)聚來(lái)降低其表面能的趨勢(shì)。動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：相對(duì)穩(wěn)定。在周圍基液分子的轟擊作用下，納米顆粒處于劇烈的布朗運(yùn)動(dòng)，粒子自身的這種無(wú)規(guī)則隨機(jī)運(yùn)動(dòng)可以減緩因中立作用而引起的沉淀過(guò)程。聚集穩(wěn)定性：不穩(wěn)定。納米顆粒粒子一團(tuán)聚難以自行分散，造成納米粒子進(jìn)一步聚集，團(tuán)聚體逐漸增大，形成納米粒子簇團(tuán)。新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用34納米流體體系的基本作用力連續(xù)作用力粒子與粒子之間的范德瓦爾斯引力靜電排斥力（對(duì)于表面帶有電荷的粒子）浮升力：重力與液體浮力的合力相間阻力：懸浮的納米顆粒與周圍液體存在相對(duì)速度，由Stokes定律可得，流動(dòng)速度產(chǎn)生相間阻力瞬間作用力納米粒子受到的由于基液分子的碰撞產(chǎn)生的布朗力外場(chǎng)作用力新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用35納米流體的分散方法物理分散方法：機(jī)械攪拌、超聲分散、高壓微射流分散超聲分散：將納米流體置于超聲場(chǎng)中，用適當(dāng)?shù)念l率和功率的超聲波加以振動(dòng)，克服粒子之間的相互吸引力。高壓微射流分散：高壓與微通道形成高速剪切流，對(duì)團(tuán)聚體有拉伸的作用。新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用3,000-23,000psi(204-1564bar)Microchannels高壓微射流分散儀示意圖36納米流體的分散方法化學(xué)分散方法：使用合適的分散劑，常用的分散劑主要有：（1）表面活性劑，利用顆粒表面的電荷來(lái)吸附帶有相反電荷表面活性劑分子，形成空間位阻與靜電位阻。（2）無(wú)機(jī)電解質(zhì)或無(wú)機(jī)聚合物，通過(guò)吸附原理使粒子帶上正電荷或負(fù)電荷，增大粒子表面的靜電斥力。但會(huì)引入雜質(zhì)，影響導(dǎo)電率、耐蝕性等。（3）有機(jī)高聚物，具有較大分子量，吸附在顆粒表面，高分子鏈在介質(zhì)中充分伸展，形成空間位阻。對(duì)于離子型聚合物，還可形成靜電位阻。新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用37新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用納米流體的基本特性納米流體在換熱系統(tǒng)中具有極大的應(yīng)用潛力。小質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米顆粒添加量，可大大增加工質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)；導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化；導(dǎo)熱系數(shù)與納米顆粒添加百分比的關(guān)系，非線性；可強(qiáng)化沸騰傳熱可作為潤(rùn)滑介質(zhì)，減少流動(dòng)阻力納米流體將成為下一代的傳熱工質(zhì)。38應(yīng)用1強(qiáng)化傳熱新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用39Exp.油基多壁碳納米管(MWNTs)納米流體使用化學(xué)蒸發(fā)法可配制多壁碳納米管如圖示，多壁碳納米管平均直徑為25nm，平均長(zhǎng)度為50μm,并帶有約30層環(huán)形層。使用二步法配制的MWNTs-Oil納米流體穩(wěn)定的MWNTs-Oil納米流體分散體系能大大提高有效導(dǎo)熱系數(shù)。對(duì)比：(a)不含分散劑的MWNTs-Oil納米流體(b)含有丁二酰亞胺作為分散劑的MWNTs-Oil納米流體(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)5%).39新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用油基碳納米管納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試研究因素

顆粒種類顆粒粒徑

體積分?jǐn)?shù)流體溫度油基碳納米管納米流體導(dǎo)熱率的理論值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比Appl.Phys.Lett.79,2252,2001.體積百分比1%的添加量→150%導(dǎo)熱系數(shù)的增量使用先進(jìn)模型無(wú)法預(yù)測(cè)（大圓點(diǎn)代表MWNTs-Oilnanofluid）預(yù)測(cè)模型為線性增長(zhǎng)，而實(shí)驗(yàn)值隨體積百分比增加呈呈40碳納米管材料與普通納米材料的對(duì)比新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用41[Reference]胡倩.導(dǎo)熱油納米流體基礎(chǔ)熱物性及對(duì)流換熱特?fù)Q熱特性實(shí)驗(yàn)研究[D].浙江大學(xué),2013.溫度對(duì)于納米流體導(dǎo)熱率的影響隨溫度上升，導(dǎo)熱率下降與基液的變化趨勢(shì)相似添加百分比對(duì)導(dǎo)熱率的影響新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用42油基-長(zhǎng)碳納米管納米流體的添加百分比對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響添加百分?jǐn)?shù)越多，導(dǎo)熱率越高導(dǎo)熱率隨溫度變化而變化新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用溫度、添加百分比對(duì)導(dǎo)熱率的影響添加百分比的變化對(duì)于導(dǎo)熱率的影響水基——隨溫度升高，導(dǎo)熱率增加隨溫度變化，增長(zhǎng)斜率不同。水基氧化鋁納米流體的導(dǎo)熱率隨溫度變化曲線

(*)J.HeatTransfer,125,567,2003.43添加量是否可以一直增加？還需要權(quán)衡添加百分比增大對(duì)于粘度、成本與導(dǎo)熱率增加量的關(guān)系納米流體的流變特性新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用4420nm氧化鋁導(dǎo)熱油納米流體粘度隨溫度變化曲線濃度大，增大而減??；濃度小，先增大后減小。單顆粒引起的阻力大??；顆粒量。新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用粒徑的影響——納米流體的微觀結(jié)構(gòu)納米尺度的固液相間的分散劑層也會(huì)影響固液分散體系的熱物性。對(duì)這方面的研究還比較缺乏。ANL研究小組

(Choiet.al.)認(rèn)為納米尺度的分散劑層可作為固液兩相間的熱量傳遞通道，這也是導(dǎo)熱率大大增加的原因之一。

該理論認(rèn)為，對(duì)于小顆粒（r

<5nm），必須要考慮分散劑層的影響，而對(duì)于大顆粒來(lái)說(shuō)，分散劑層的對(duì)導(dǎo)熱率的影響較小。因此，加入更小的顆粒要比加入更多的大顆粒有效。微觀模型包括納米顆粒、固液相間的分散劑層、大量基液45新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用納米顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)在納米流體的導(dǎo)熱模型構(gòu)建中必須考慮納米顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)的影響。實(shí)線為考慮布朗運(yùn)動(dòng)的理論模型，虛線為未考慮布朗運(yùn)動(dòng)的理論模型。在預(yù)測(cè)模型中考慮了兩種納米顆粒，6nmCu與38nmAl2O3在1%體積百分?jǐn)?shù)下，納米流體的導(dǎo)熱率增加比46應(yīng)用2：頁(yè)巖氣開(kāi)采

將納米顆粒加入以表面活性劑為主的清潔壓裂液中，制成以壓裂液為基液的納米流體，來(lái)改善壓裂液的特性。十二五目標(biāo)65億立方米/年新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用47Idea常用的壓裂液稠化劑天然植物膠纖維素合成聚合物如胍膠，價(jià)格較為昂貴，普遍用于常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)熱穩(wěn)定性好，但摩阻偏高，不能滿足大型壓裂施工需要如以聚丙烯酰胺PAM為主的滑溜水，具有添加量少，價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，在頁(yè)巖氣開(kāi)采中效果好。溶解性差，配比成分復(fù)雜抗溫抗剪切性能差，有殘留新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用48什么是粘彈性清潔壓裂液？表面活性劑無(wú)機(jī)鹽有機(jī)反離子鹽粘彈性清潔壓裂液主要是由長(zhǎng)鏈脂肪酸鹽衍生物所形成的季銨鹽作為表面活性劑加入到氯化鉀、氯化鎂、氯化銨、氯甲基四銨或水楊酸鈉溶液中配制而成。特點(diǎn)：為小分子結(jié)構(gòu)，可生物降解配比成分相對(duì)簡(jiǎn)單，溶解速度快具有一定的粘彈性和抗剪切性較小的表觀粘度就能滿足壓裂攜帶支撐劑的要求；在高溫下，分子溶解度大幅度增加，粘度下降快，造成粘溫性能的不穩(wěn)定。配比高，成本約為普通壓裂液的2-5倍；新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用49加入高比表面積的納米顆粒，通過(guò)納米顆粒締合膠束的特性來(lái)建立類似交聯(lián)聚合物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以提高在高溫（60-100℃）時(shí)表觀粘度的穩(wěn)定性，并降低在巖縫中濾失特性在高溫下，溶液中表面活性劑分子的溶解度會(huì)大幅度增加，粘度下降快，不能夠滿足高溫下的壓裂需要。針對(duì)解決的問(wèn)題應(yīng)用2：頁(yè)巖氣開(kāi)采表面活性劑新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用50粘彈性液體的特性固體的彈性理想流體的粘性牛頓流體☆假塑性流體脹流性流體塑性流體剪切應(yīng)力剪切速率剪切速率粘度理想的壓裂液：工作時(shí)具有較高的粘度在輸入時(shí)具有較低的摩阻在壓裂后能迅速降粘ⅡⅠ流動(dòng)曲線粘度曲線新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用51微膠囊的概念：指一種具有聚合物壁殼的微型容器或包物。其大小一般為5-200μm不等。微膠囊化：制備微膠囊的過(guò)程稱為微膠囊化。微膠囊化技術(shù)：指將固體、液體或氣體包埋在微小而密封的膠囊中，使其只有在特定條件下才會(huì)以控制速率釋放的技術(shù)。其中，被包埋的物質(zhì)稱為心材，包括香精香料、酸化劑、甜味劑、色素、脂類、維生素、礦物質(zhì)、酶、微生物、氣體等。包埋心材實(shí)現(xiàn)微囊膠化的物質(zhì)稱為壁材。新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用應(yīng)用3：微膠囊與納米微膠囊技術(shù)52微膠囊技術(shù)的應(yīng)用歷史微膠囊化始于本世紀(jì)30年代，但發(fā)展非常迅速。應(yīng)用范圍擴(kuò)大到醫(yī)藥，農(nóng)用化學(xué)品，黏膠劑和夜晶等各個(gè)領(lǐng)域。1936年11月：大西洋海岸漁業(yè)公司(AtlanticCoastFishers)提出了適用于在液體石蠟中，制備含魚(yú)肝油明膠微膠囊的專利申請(qǐng)。1950年4月：東方柯達(dá)(EastmanKodak)公司提出了將彩色照片用的乳液和三種基色顏料包敷(即微膠囊化)制備混合顆粒的專利申請(qǐng)。1953一1954年：NCR公司提出了利用凝聚法制備含油明膠微膠囊之基本方法的二個(gè)專利，以及利用上述基本方法制備微膠囊型壓敏復(fù)寫(xiě)紙的四個(gè)專利。除日本外，全世界都應(yīng)用了這個(gè)專利。1956年3月：NCR公司提出了有關(guān)光電材料微膠囊化的專利申請(qǐng)。1957年11月：通用安尼萊因(Anlline)膠片公司提出用乙基纖維素將照相乳液微膠囊化后成混合的細(xì)粒狀的專利申請(qǐng)?！履茉床牧希杭{米流體及其材料與應(yīng)用53芯材：可為油溶性、水溶性化合物或混合物。其狀態(tài)可為粉末、固體、液體或氣體。可包囊物的品種極其繁多,如交聯(lián)劑、催化劑、化學(xué)反應(yīng)劑、顯色劑、給濕劑、藥物、殺蟲(chóng)劑、礦物油、水溶液、染料、顏料、洗滌劑、食品、液晶、溶劑、氣體、疏水化合物及無(wú)機(jī)膠體等。壁材：可用作微膠囊包囊材料的有天然高分子、半合成高分子和合成高分子材料。視所包囊物質(zhì)(囊心物)的性質(zhì),進(jìn)行選擇。油溶性囊心物需選水溶性包囊材料,水溶性囊心物則選油溶性包囊材料,即包囊材料應(yīng)不與囊心物反應(yīng),不與囊心物混溶。常見(jiàn)的微膠囊原材料新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用54微膠囊技術(shù)中常用壁材種類碳水化合物變性淀粉、麥芽糊精、玉米糖漿、環(huán)糊精、蔗糖、乳糖、纖維素、膠體、葡聚糖蛋白質(zhì)明膠、大豆蛋白、乳清蛋白、谷蛋白、血紅蛋白、雞蛋清蛋白脂類石蠟、蜂蠟、硬脂酸甘油三酯、單甘脂、甘油二酯、油、脂肪、氫化物、卵磷脂新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用55微膠囊的作用粉末化降低揮發(fā)性提高物質(zhì)的穩(wěn)定性(易氧化，易見(jiàn)光分解，易受溫度或水分影響的物質(zhì))掩味隔離活性成分控制釋放新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用56微膠囊釋放的方式溶解擴(kuò)散利用高分子材料溶解性隨人體各部位PH值不同而改變的特點(diǎn)，使囊材在指定部位溶解，釋放包裹的藥物，使藥效提高并減少副作用。膜層破裂制備特定囊膜，使其在加熱條件下熔化或分解，釋放出芯料。降解微生物的分解作用使包膜受損，這對(duì)微囊肥料尤其重要。新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用57基于凝固相的分離制備微膠囊：通過(guò)在一個(gè)不能混合的連續(xù)相中乳化或分散核心物質(zhì)(如緩蝕劑)來(lái)制備微膠囊.

基于界面反應(yīng)制備微膠囊：通過(guò)在一個(gè)不能混合的連續(xù)相中乳化或分散核心物質(zhì)(如緩蝕劑)來(lái)制備微膠囊.

水相分離：包括復(fù)雜的凝聚作用。包括復(fù)雜的凝聚作用，界面的凝聚作用和內(nèi)環(huán)境中界面聚合凝聚作用都廣泛地用于親油物質(zhì)的微膠囊的合成過(guò)程,這個(gè)過(guò)程的最終產(chǎn)物為緩蝕劑微膠囊的水分散物.微囊化的原理新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用58微囊化的方法和步驟化學(xué)法：主要利用單體小分子發(fā)生聚合反應(yīng)生成高分子或膜材料并將芯材包覆,常使用的是界面聚合法和原位聚合法。物理法：物理法是利用物理和機(jī)械原理的方法制備微膠囊,主要有空氣懸浮法、噴霧干燥法、真空蒸發(fā)沉積法和包結(jié)絡(luò)合法等。物理化學(xué)法：通過(guò)改變條件(溫度、ｐＨ值加入電解質(zhì)等)使溶解狀態(tài)的成膜材料從溶液中聚沉出來(lái)并將芯材包覆形成微膠囊,具體有凝聚法、油相分離法、干燥浴法、熔化分散冷凝法等。分為囊心物的分散、囊材的加入、囊材的沉積和囊材的固化4步。新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用59一般步驟：芯材分散——壁材包覆新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用60微膠囊的性能測(cè)試微膠囊的性能一般指微膠囊的大小、包囊層厚度、囊心物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)、包囊膜的滲透性、表面電荷密度、微膠囊的形態(tài)等。影響微膠囊性能的因素有:pH、離子強(qiáng)度、攪拌速度、溫度、表面活性劑的種類及用量、包囊材料的性能、囊心物與包囊材料的比率、包囊材料與溶劑的比率等。除此以外,對(duì)于釋放型微膠囊,包囊膜的孔洞大小及幾率、介質(zhì)性能等均影響其釋放性能。新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用61相變材料微膠囊在傳熱流體方面的應(yīng)用新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用62強(qiáng)化傳熱的機(jī)理主要為以下兩點(diǎn)：（1）相變材料在融化時(shí)增加了整體的比熱容（2）兩相間的微對(duì)流增加了管壁與工質(zhì)間的傳熱基于這些普通傳熱工質(zhì)沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，兩相流體能明顯降低流體的體積流量，減少管路的尺寸、降低泵的耗功。功能熱流體中的納米微膠囊，可極大地強(qiáng)化流體的傳熱性能，但也存在容易破裂、堵塞管道等缺點(diǎn)。相變材料微膠囊在傳熱流體方面的應(yīng)用相變材料微膠囊功能熱流體屬于多相流，流動(dòng)和傳熱特性復(fù)雜，涉及到多種因素，需要進(jìn)行大量的研究。早期文獻(xiàn)指出，相變材料微膠囊功能熱流體能夠提供10～40倍于一般流體的等效熱容，使流體的努謝爾數(shù)Nu提高2～3倍。當(dāng)微膠囊的體積分?jǐn)?shù)小于25％時(shí)，相變材料微膠囊功能熱流體可以當(dāng)成牛頓流體；理想條件下，流體的努謝爾數(shù)Nu高出一般的單相流1.5～4倍。新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用63納米膠囊與普通微膠囊的對(duì)比項(xiàng)目普通微膠囊納米膠囊殼材料取材廣泛，包括多種無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料，其中高分子材料最為常用主要為可生物降解的高分子物質(zhì)，如聚乳酸、明膠、巨氰基丙烯酸酯等分散性粒徑5~400μm,分散于水中為懸濁液粒徑1~1000nm,易分散于水中形成透明的膠體溶液制備方法包括機(jī)械、物理、化學(xué)和物理化學(xué)等多種方法多采用單凝聚法、聚合法、相分離法、多重乳液法等新能源材料：納米流體及其材料與應(yīng)用64微膠囊的應(yīng)用——膠囊墨液墨液是少數(shù)紫外光固化型膠囊墨液的代表性產(chǎn)品.該產(chǎn)品系將染料前體封入粒徑2μm的微膠囊中，再將它均勻分散在紫外光固化型齊聚物中，加以墨液化而形成的。當(dāng)它用