納米流體作為一種新型高效的換熱介質(zhì)，不僅可以強(qiáng)化傳熱，還可以提升能源利用率，因而納米流體已經(jīng)在光熱太陽能、電子冷卻、航空航天、核能、散熱、冶金工業(yè)等眾多領(lǐng)域均得到了不同程度的應(yīng)用。表面張力與粘度均為納米流體的一種物化性質(zhì)，是其重要的物性參數(shù)之一。表面張力的大小影響著氣體與液體分子之間的質(zhì)交換，粘度的大小直接影響著液體的換熱和流動(dòng)過程。納米流體的穩(wěn)定性是其應(yīng)用的必要條件，對納米顆粒進(jìn)行表面改性和在納米流體中添加表面活性劑是增強(qiáng)流體穩(wěn)定性的兩種重要手段。

本文以親水型和親水親油型納米TiO2與去離子水(DIW)通過兩步法形成的納米流體為主要研究對象，以降低納米流體的表面張力和粘度為目的，探討表面性質(zhì)不同的納米顆粒對納米流體表面張力和粘度的不同影響，以及表面活性劑對表面性質(zhì)不同的納米顆粒形成的納米流體粘度的影響。研究發(fā)現(xiàn):無論親水型TiO2-DIW納米流體還是親水親油型TiO2-DIW納米流體，其表面張力均隨溫度的升高而減小。加入親水型納米TiO2，納米流體的表面張力高于去離子水，且隨TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大。而加入親水親油型納米TiO2，納米流體的表面張力低于去離子水，且隨TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減小。

不同表面性質(zhì)的納米TiO2對納米流體表面張力的影響正好相反，此結(jié)論可以通過Gibbs吸附等溫式計(jì)算出的不同表面性質(zhì)TiO2的吸附過剩量解釋。親水型納米顆粒更容易分散在溶液內(nèi)部，使自由表面的水分子被更強(qiáng)的向內(nèi)拉，從而增大表面張力。相反地，親水親油型納米顆粒更容易聚集在自由表面上，使流體內(nèi)和自由表面區(qū)域水分子之間的吸引力減小，從而降低了表面張力。親水型與親水親油型TiO2-DIW納米流體的粘度隨溫度的上升而減小，隨TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，且二者均高于去離子水的粘度。當(dāng)納米TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，親水型TiO2-DIW納米流體的粘度大于親水親油型TiO2-DIW納米流體的粘度。納米顆粒表面親水/疏水性對納米流體粘度的影響可以用斯托克斯-愛因斯坦擴(kuò)散方程解釋。

在極性溶劑中，親水型納米顆粒的等效半徑比疏水型納米顆粒的等效半徑大，擴(kuò)散系數(shù)小，因而使納米流體的粘度升高更大。表面活性劑不僅可以提高納米流體的穩(wěn)定性，同時(shí)也將影響流體的粘度。十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)對去離子水和TiO2-去離子水納米流體粘度的影響一致。流體粘度均隨表面活性劑濃度的增加，而呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。對于去離子水，表面活性劑既可以弱化水分子之間的氫鍵作用，又會增加流體中分子或離子之間的相互作用;對于納米流體，表面活性劑不僅降低了聚集效應(yīng)，減小了聚集體的有效直徑，同時(shí)隨著表面活性劑的增加，聚集體的有效體積分?jǐn)?shù)增大。

因此，隨表面活性劑濃度的增加，去離子水與納米流體的粘度均先減小后增大，且親水型TiO2-水納米流體的粘度高于親水親油型TiO2-水納米流體的粘度。研究發(fā)現(xiàn)，對于某一合適的分形維數(shù)(Df)，模型擬合數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)趨勢一致，但親水型與親水親油型Ti02-DIW納米流體的最佳分形維數(shù)不同，分別為2.4和2.7。以修正后的Smoluchowski粘度模型對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到的納米流體中納米顆粒的有效體積分?jǐn)?shù)是可靠的。而且，無論所加入的納米TiO2是親水型還是親水親油型，在考慮了電粘滯效應(yīng)并采用分形理論處理納米顆粒的團(tuán)聚效應(yīng)后，納米流體的粘度與納米顆粒有效體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系符合愛因斯坦方程。

因此，可以推測認(rèn)為納米顆粒在納米流體中的分形團(tuán)聚是造成納米流體粘度與納米顆粒體積分?jǐn)?shù)之間復(fù)雜關(guān)系的原因。除此之外，還發(fā)現(xiàn)隨表面活性劑(SDBS)濃度的增加，納米流體的零電荷電位降低，二者符合一定的指數(shù)規(guī)律。當(dāng)納米流體處于零電荷電位時(shí)，其粘度較低。