量子热传导介质转让专利
申请号 : CN201780003970.9
文献号 : CN108473856B
文献日 : 2020-03-27
发明人 : 陈奇
申请人 : 量子科技集团有限公司
摘要 :
本发明提供一种具有极佳热导率的热传导介质。该介质由选定的无机材料组成，以提供一种环境友好的水性悬浮液，从而提供一种革命性的热传导流体。
权利要求 :
1.一种热传导材料，其包含不溶性的氧化钴(II,III)，氧化铁(II,III)，氧化锆(IV)，氧化铝，二氧化硅和钼酸锌的微粒；
其中，所述各微粒的重量百分比如下：氧化钴(II,III) 0.3-0.6％氧化铁(II,III) 12.0-18.5％氧化锆(IV) 32.1-49.9％氧化铝 11.7-32.4％钼酸锌 3.3-5.8％二氧化硅 4.1-9.3％。
2.根据权利要求1所述的热传导材料，其进一步包含至少一种组分选自氧化锌，磷酸银，碳化钛，二氧化钛，氮化铝和氮化硼的微粒组成的组。
3.根据权利要求1所述的热传导材料，其进一步包含至少一种组分选自二氧化硅，磷酸银和碳化钛的微粒组成的组。
4.根据权利要求2所述的热传导材料，其包含如下重量百分比的所述微粒：氧化钴(II,III) 0.3-0.6％氧化铁(II,III) 12.0-18.5％氧化锆(IV) 32.1-49.9％氧化铝 11.7-32.4％钼酸锌 3.3-5.8％二氧化硅 4.1-9.3％氧化锌 0.8-1.2％磷酸银 3.2-4.6％碳化钛 3.4-4.7％二氧化钛 4.0-5.7％氮化铝 11.7-15.9％氮化硼 2.5-3.4％。
5.根据权利要求2所述的热传导材料，其包含如下重量百分比的所述微粒：氧化钴(II,III) 0.32-0.58％氧化铁(II,III) 12.01-18.49％氧化锆(IV) 32.16-49.90％氧化铝 11.72-32.36％钼酸锌 3.35-5.78％二氧化硅 4.19-9.25％氧化锌 0.83-1.15％磷酸银 3.21-4.62％碳化钛 3.42-4.62％二氧化钛 4.02-5.67％氮化铝 11.72-15.86％氮化硼 2.52-3.40％。
6.根据权利要求2所述的热传导材料，其包含如下重量百分比的所述微粒：氧化钴(II,III) 0.3-0.6％氧化铁(II,III) 12.0-18.5％氧化锆(IV) 32.1-49.9％氧化铝 11.7-32.4％钼酸锌 3.3-5.8％二氧化硅 4.1-9.3％磷酸银 3.2-4.6％碳化钛 3.4-4.7％氮化铝 11.7-15.9％氮化硼 2.5-3.4％。
7.根据权利要求2所述的热传导材料，其包含如下重量百分比的所述微粒：氧化钴(II,III) 0.32-0.58％氧化铁(II,III) 12.01-18.49％氧化锆(IV) 32.16-49.90％氧化铝 11.72-32.36％钼酸锌 3.35-5.78％二氧化硅 4.19-9.25％磷酸银 3.21-4.62％二氧化钛 4.02-5.67％。
8.根据权利要求2所述的热传导材料，其包含如下重量百分比的所述微粒：氧化钴(II,III) 0.32-0.58％氧化铁(II,III) 12.01-18.49％氧化锆(IV) 32.16-49.90％氧化铝 11.72-32.36％钼酸锌 3.35-5.78％二氧化硅 4.19-9.25％二氧化钛 4.02-5.67％。
9.根据权利要求2所述的热传导材料，其包含如下重量百分比的所述微粒：氧化钴(II,III) 0.32-0.58％氧化铁(II,III) 12.01-18.49％氧化锆(IV) 32.16-49.90％氧化铝 11.72-32.36％钼酸锌 3.35-5.78％二氧化硅 4.19-9.25％氧化锌 0.83-1.15％磷酸银 3.21-4.62％。
10.根据权利要求2所述的热传导材料，其包含如下重量百分比的所述微粒：氧化钴(II,III) 0.32-0.58％氧化铁(II,III) 12.01-18.49％氧化锆(IV) 32.16-49.90％氧化铝 11.72-32.36％钼酸锌 3.35-5.78％二氧化硅 4.19-9.25％氧化锌 0.83-1.15％磷酸银 3.21-4.62％二氧化钛 4.02-5.67％。
11.根据权利要求2所述的热传导材料，其包含如下重量百分比的所述微粒：氧化钴(II,III) 0.32-0.58％氧化铁(II,III) 12.01-18.49％氧化锆(IV) 32.16-49.90％氧化铝 11.72-32.36％钼酸锌 3.35-5.78％二氧化硅 4.19-9.25％碳化钛 3.42-4.62％二氧化钛 4.02-5.67％氮化铝 11.72-15.86％氮化硼 2.52-3.40％。
12.根据权利要求1所述的热传导材料，其进一步包含至少一种组分选自磷酸和硫酸组成的组。
13.根据权利要求1所述的热传导材料，其进一步包含至少一种组分选自磷酸和硫酸组成的组，其量为0.8至1.2wt％。
14.根据权利要求1所述的热传导材料，其进一步包含至少一种组分选自磷酸和硫酸组成的组，其量足够使所述热传导材料的pH调至4.5至5.5。
15.根据权利要求1所述的热传导材料，其中所述微粒的平均粒径小于1微米。
16.根据权利要求15所述的热传导材料，其中，所述氧化铁(II,III)，氧化锆和氧化铝微粒的平均粒径是10至400纳米。
17.一种热传导材料介质，其包含根据权利要求1所述的热传导材料，还进一步包含去离子水。
18.一种热传导系统，其包含：密闭容器；
密闭容器内部的空腔，所述空腔处于负压下；和位于所述空腔内的根据权利要求11所述的热传导介质。
19.一种热传导方法，其包括将容器内的根据权利要求17所述的热传导介质暴露于能量中，从而将热能传递到所述容器的外部。
说明书 :
量子热传导介质
背景技术
[0001] 本申请要求2016年8月29日提交的美国临时专利申请62/380,764，以及2017 年8月23日提交的美国非临时专利申请15/684,536的优先权，通过引用的方式将其整体纳入本文。
[0002] 为了减少能源损失和降低二氧化碳的排放，一直以来，世界能源投资对清洁能源和更高效能源系统的发展有着极大的需求。由于热传导是能量转换的关键，几十年来，许多研究人员一直致力于强化热传导、更高效热传导以及质量传递的研究和开发。1960年发明的热管是热工业领域的重大突破之一。这种热管技术通过热传导模式和热传导材料(尤其是纳米技术)给当前的热技术和热能工程带来了新的机遇和挑战。
[0003] 1995年，阿贡国家实验室的Choi等人提出了一种新的概念—纳米流体，它是由基液和纳米尺寸的含金属的/金属氧化物粒子组成的粒子悬浮液，并且由于其纳米尺度效应而具有很大的热传导增强潜力。当纳米粒子的半径小于或类似于主介质的导热体平均自由程时，热传导可以是非局部的和非线性的。因此，粒子温度的上升远大于由傅里叶传导理论预测出的结果。此外，由纳米粒子的布朗运动，纳米粒子的聚集以及纳米粒子表面和基液之间的界面处的液体分子的有序排列引起的微对流，有助于纳米流体的热传导。因此，人们付出了很多努力来改进纳米流体以实现期望的热传导性能。然而，纳米流体作为热传导介质，很难应用于高温和高压设备，实现等温热传导。以前的报道显示了一些常见的问题，如： (1)大量不符合国际环境标准的有害物质；(2)低熔点，导致工作温度范围很窄；(3)动态腐蚀抑制(dynamic corrosion inhibition)问题，导致热传导装置老化，降低热传导效率；(4)为解决粒子聚集问题，有人甚至试图考虑放射性的有害物质；(5)热传导流动的稳定性：
热流体中的金属粒子容易氧化；(6)径向热传导能力有限；(7)难以适用于高温和高压设备。
热流体中的金属粒子容易氧化；(6)径向热传导能力有限；(7)难以适用于高温和高压设备。
[0004] 之前的热传导介质还包括含有提供组合组分的层的产品，例如在授予Qu的美国专利6,132,823中所描述的。美国专利公开2005/0179001中描述了含有一种或多种盐(包含金属离子)的水溶液的热传导介质。授予Mohaptra等人的美国专利7,919,184中描述了由包含包封在金属层中的相变材料(PCM)(例如蜡)的杂化纳米粒子组成的热传导材料。
[0005]
[0006]
[0007]
[0008] 以前的热传导介质通常还含有对环境有害的材料，例如铬或含铬化合物。
[0009] 在从消费性电子产品到电力发电厂的许多应用中，热管被广泛用于提供热传导以实现冷却。这种热管通常包含热传导流体或介质。这种热传导流体/介质的例子包括水，醇类，制冷剂(如氟利昂)，氨，及其混合物。但是这些材料通常不能在较宽的工作温度范围内提供热传导效力。另外，一些热传导介质对热管是有腐蚀性的。
[0010] 本发明提供了能提供优越热传导特性同时又能避免现有介质的缺点的热传导介质。
发明内容
[0011] 本发明涉及一种新型的热传导材料，其具有各种热传导模式。本发明还涉及热传导介质以及包含所述介质的热传导装置的应用，以及制备该热传导介质和包含该介质的装置的方法。
[0012] 本发明基于包括动态腐蚀抑制，宽工作温度范围，无害的以及用于介质合成等的固-液分离技术等若干技术突破，从而提供一种新的热传导介质。这种新型介质适用于具有任何类型的材料和任何形状腔体的装置，并提供轴向和径向的等温热传导以及负温度梯度的冷却。
附图说明
[0013] 图1是本发明量子管的示意图，显示了用于测试热传导介质的管。
[0014] 图1A是图1的测试系统的最左端的放大图。
[0015] 图1B是图1的测试系统的最右端的放大图。
[0016] 图2是用于测试量子管热传导特性的系统的示意图。
[0017] 图3显示了量子管中QTG介质的热传导性能，其证实了等温热传导。
[0018] 图4是证明负温度梯度冷却的图。
[0019] 图5A-5D显示了填充QTG介质和去离子水的高温管的热传导性能的比较。
[0020] 图6是本发明量子锅(QuantumPot)的示意图。
[0021] 图7是QTG介质的电位测试的示意图。
[0022] 图8显示了QTG介质和去离子(DI)水/NaCl溶液之间的温度比较。
[0023] 图9A-9D显示了QTG介质和去离子水/NaCl溶液之间的电势比较。
具体实施方式
[0024] 总的来说，本发明提供一种具有改进的和优异的热传导性能的热传导材料和介质(QTG介质)，其可以使具有各种形状的热传导装置的即使在相当长的长度上的任意两点也能紧密热耦合，而不需要主动泵送该热传导介质。
[0025] 独特的技术：
[0026] 1、无害的，符合国际环境标准。
[0027] 2、适用于从-25℃到超过800℃的宽工作温度范围。
[0028] 3、动态腐蚀抑制和等温热传导。
[0029] 4、高介质稳定性，因为介质是通过固-液分离技术合成的。
[0030] 5、静态热导率为1.12至1.14W/m·K，或具体为1.13W/m·K。
[0031] 因此，与已知介质相比，本发明至少提供以下优点：
[0032] 1、最大限度地降低热传导装置的生产成本。
[0033] 2、提高热传导设备的热效率。
[0034] 3、减少能量损失并降低二氧化碳排放量。
[0035] 本发明的介质是具有极佳热导率的新型热传导材料。它由许多具有各种结构和性质且环境友好的无机化学物质/化合物(如五至十种无机化学物质)组成。这种多尺度能源(multiscale power)专门设计用于确保动态腐蚀抑制，以及在如质量，动量，能量，电和磁传输的传输过程之间引发强耦合。其以体积分数约为1％悬浮在去离子水中形成了革命性的热传导流体介质，且与其他流体介质明显不同。在热传导装置的封闭腔体中填充体积分数约为 的该介质，可以实现轴向和径向的等温热传导以及负温度梯度的冷却。
[0036] 该介质包含专门设计的多尺度的具有各种电和磁特性的无机粒子。它可在金属的和非金属的热装置中提供动态腐蚀抑制，等温热传导和负温度梯度冷却。
[0037] 本发明提供了一种热传导装置，其包括热传导介质(QTG介质)，该热传导介质可以使具有各种形状的热传导装置的即使在相当长的长度上的任意两点也能紧密热耦合，而不需要主动泵送该热传导介质。热传导装置可以是具有空腔的细长构件，其可以由诸如不锈钢，铜，铝，或合金，或其混合物的导电材料制成。本发明的热传导介质被填充到细长构件的空腔中。热传导装置内部的空腔处于部分真空状态，QTG介质被密封在空腔中。
[0038] QTG介质包括各种微米/纳米粒子粉末和伴生气体/液体(例如水蒸汽等)的大体均匀的混合物。QTG介质由含金属的(纳米)粒子，金属氧化物(纳米) 粒子，过渡金属(纳米)粒子和非金属(纳米)粒子组成。大多数材料如(非) 金属材料和过渡金属氧化物表现出各种物理性质，例如铁电性，铁磁性，超导性，半导体，热电效应，光电效应，压电效应，磁致伸缩效应，磁致弹性效应，电感耦合效应，超流体等。并且可以通过调节温度或压力来获得金属-绝缘体转变。 QTG利用这些属性，并根据以下规则发明QTG介质：
[0039] 1、无害的：QTG介质不含有害物质，符合国际环境标准。
[0040] 2、多尺度：具有不同大小的各种粒子可以相互作用。
[0041] 3、电场，磁场，粒子电荷，pH电位和传导性对热和动态腐蚀抑制的影响。
[0042] 4、动能，势能，热能，化学能等的影响：高导热率，高熔点和高沸点，以及低介电常数。
[0043] 5、多相传输过程之间的交叉耦合。
[0044] 6、低生产成本和低物流成本。
[0045] 热传递装置热效率的主要因素
[0046] 影响热传递装置的热效率的原因有很多。这可以归因于热传导介质和装置 (包括热管)的不兼容性。以下从三个方面进行描述：不凝性气体(non-condensable gas)，热流体特性的劣化和装置(包括热管)的腐蚀。
[0047] (1)不凝性气体：热传导介质和装置(包括热管)之间的化学或电化学反应会产生不凝性气体。当装置工作时，这种不凝性气体会不断被气流推动并被截留在冷凝区域形成气隙。这可以降低有效冷凝面积，并增加热阻，导致热性能变差或者甚至无法传递热量。
[0048] (2)热流体特性的劣化：许多热流体是有机的，特别是在高温下，其性质是不稳定的。它们可能会逐渐分解，或者与热传导装置(包括热管)发生化学反应，从而导致流体特性的劣化。这种例子如，甲苯，烷烃，碳氢化合物等。
[0049] (3)装置(包括热管)的腐蚀：当装置工作时，热流体不断流入热传导装置 (例如管道)内部。温度梯度和杂质等因素会造成装置腐蚀。因此，流体流动阻力增加，装置热性能下降，甚至由于腐蚀穿孔而出现装置故障。这种情况经常发生在碱金属高温热管中。
[0050] QTG介质是一种新型热传导材料，其具有以下优异的特性，例如：非挥发性，高熔点和高沸点，宽温度范围，强静电场，低电导率，高稳定性，无害的，环境友好等。当利用QTG介质加热(冷却)一个元件时，即使是很小的温度变化也可以驱动轴向和径向的等温热传导，并产生均匀的温度分布。
[0051] 本发明的热传导材料
[0052] 本发明的热传导材料和介质包含无机化合物的混合物，其是由微粒(fine particles)物理混合成的大体上均匀的混合物。本发明的无机化合物可以选自以下化合物：
[0053]
[0054]
[0055] 本发明的热传导材料含有多种上述化学物质，其量可以根据具体应用的不同而变化。混合物可以含有5-10种或至少5，6，7，8，9或10或更多种上述化学物质。
[0056] 在这些化合物中，本发明的热传导材料至少包含氧化钴(II,III)，氧化铁(II, III)，氧化锆(IV)，氧化铝和钼酸锌的不溶性微粒(insoluble fine particles)，以及至少包含磷酸和硫酸中的一种。
[0057] 本发明的热传导材料可以进一步包含至少一种组分选自氧化锰(II,III)，二氧化硅，氧化锌，磷酸银，钼酸银，碳化钛，碳酸钙，碳酸锶，二氧化钛，硅，钛，氮化铝，氮化硼和氧化铬(III)微粒。特别地，本发明的这些热传导材料可以进一步包含至少一种组分选自二氧化硅，磷酸银和碳化钛微粒组成的组，或者至少一种组分选自氧化锰(II,III)，氧化锌，钼酸银，碳酸钙，碳酸锶，硅，钛和氧化铬(III)微粒组成的组。
[0058] 本发明的热传导材料可以含有一定量的这些粒子，所述量包括以下重量百分比(基于与磷酸和/或硫酸混合之前的微粒的总量计算)；
[0059]
[0060] 本发明的热传导材料可以包含以下重量百分比的微粒：
[0061]
[0062]
[0063] 本发明的热传导材料还可以包含以下重量百分比的微粒：
[0064]
[0065] 本发明的热传导材料可以包含以下重量百分比的微粒：
[0066]
[0067] 本发明的热传导材料可以包含以下重量百分比的微粒：
[0068]
[0069] 本发明的热传导材料可以包含以下重量百分比的微粒：
[0070]
[0071] 本发明的热传导材料可以包含以下重量百分比的微粒：
[0072]
[0073] 本发明的热传导材料可以包含以下重量百分比的微粒：
[0074]
[0075]
[0076] 本发明的热传导材料可以包含以下重量百分比的微粒：
[0077] 化学名称 分子式 1 2 3 4 5 6 7氧化钴(II,III) Co3O4 0.40 0.38 0.39 0.40 0.38 0.50 0.49
氧化铁(II,III) Fe3O4 15.0 14.1 15.7 15.94 15.14 16.0 15.76
氧化锆(IV) ZrO2 40.2 41.7 43.3 39.84 37.84 40.2 39.41
氧化铝 Al2O3 25.1 26.5 22.6 27.89 26.49 28.1 13.79
二氧化硅 SiO2 6.04 7.59 7.89 5.98 5.68 8.04 4.93
氧化锌 ZnO 1.00 0.95
磷酸银 Ag3PO4 4.02 3.80 3.98 3.78
碳化钛 TiC 4.02
二氧化钛 TiO2 4.93 4.73 4.93
氮化铝 AIN 13.79
氮化硼 BN 2.96
钼酸锌 ZnMoO4 5.03 4.74 4.93 4.98 4.73 4.02 3.94
氧化铁(II,III) Fe3O4 15.0 14.1 15.7 15.94 15.14 16.0 15.76
氧化锆(IV) ZrO2 40.2 41.7 43.3 39.84 37.84 40.2 39.41
氧化铝 Al2O3 25.1 26.5 22.6 27.89 26.49 28.1 13.79
二氧化硅 SiO2 6.04 7.59 7.89 5.98 5.68 8.04 4.93
氧化锌 ZnO 1.00 0.95
磷酸银 Ag3PO4 4.02 3.80 3.98 3.78
碳化钛 TiC 4.02
二氧化钛 TiO2 4.93 4.73 4.93
氮化铝 AIN 13.79
氮化硼 BN 2.96
钼酸锌 ZnMoO4 5.03 4.74 4.93 4.98 4.73 4.02 3.94
[0078] 如上所述，除了微粒之外，本发明的热传导材料还包含磷酸或硫酸，其含量可以为0.8至1.2wt％，具体为1.0wt％，其加入量足以使混合物调至期望的pH 4.5-5.5，或4.8-
5.2，或尤其是约5.0。
5.2，或尤其是约5.0。
[0079] 组成本发明热传导材料的粒子的平均尺寸可以小于1微米，例如0.1至1微米，或0.5至1微米。其中，铁(II,III)，氧化锆和氮化铝粒子的平均尺寸可以是 20至400纳米，例如10至400纳米，或者0.1至1.5微米。
[0080] 本发明的热传导材料与去离子水混合形成热传导介质，通常是约1份热传导材料与110份去离子水混合，或通常的混合比例为0.5至1.5:100。
[0081] 制备QTG介质及填充热传导装置的步骤
[0082] 填充QTG介质的过程是制备热传导装置的重要步骤。包括以下步骤：
[0083] 1、QTG介质的粉末悬浮在去离子水中，体积分数为1％，形成热传导流体。
[0084] 2、该热传导流体以10％的填充率填充到热传导装置的内腔中。
[0085] 3、填充QTG介质后，将装置升温至115℃以开始脱气过程。重复该脱气过程几次，然后等温地升温至125℃。一旦达到125℃，执行最后一次脱气过程，并对装置进行密封。
[0086] 4、加热的同时脱气是一项成熟的技术，工业标准是已知的，并用于制造热传导装置。消费者可根据装置的特定形状和结构来改变QTG介质的填充过程。
[0087] 5、加热的同时脱气的主要目的是确保QTG介质保持固体，液体和气体的多相形式。
[0088] 本发明的热传导系统通常包括密闭容器和在容器内的空腔，所述空腔处于负压状态(subatmospheric pressure)，并且空腔内装有本发明的热传导材料。
[0089] 本发明的热传导方法包括将容器内本发明的热传导材料暴露于能量中，从而将热能传递到所述容器的外部。
[0090] QTG介质的热传递方法学
[0091] 热管测试是检测热性能的最有效方法。当热管处于稳定状态时，可计算出热传导和热阻。以水冷却系统为例详细计算如下：
[0092] 1、热传导的计算
[0093] 热管的热传导可以用冷却水吸收的热能来表示：
[0094] Q＝Q1-Q2
[0095] Q＝G×cp(Tout-Tin)
[0096] 其中，
[0097] Q1是热量输入，单位W
[0098] Q2是热量损失，单位W，隔热好时可忽略
[0099] G是冷却水的质量流动速率，单位kg/s
[0100] cp是冷却水的热容量，单位KJ/kg
[0101] Tout是冷却水的出口温度，单位℃
[0102] Tin是冷却水的入口温度，单位℃
[0103] 2、热阻的计算
[0104] 热管总热阻可以计算为：
[0105]
[0106] 其中，
[0107] Rt是总热阻，单位℃/W
[0108] Twe是蒸发区的温度平均值，单位℃
[0109] Twc是冷凝区的温度平均值，单位℃
[0110] 实施例
[0111] 实施例1
[0112]化学名称 化学式 CAS号 质量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.05
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.25
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.4
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.15
磷酸银 Ag3PO4 7784-09-0 0.04
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.06
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
碳化钛 TiC 12070-08-5 0.04
磷酸 H3PO4 7664-38-2 0.01
化合物种类 总重量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.05
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.25
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.4
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.15
磷酸银 Ag3PO4 7784-09-0 0.04
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.06
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
碳化钛 TiC 12070-08-5 0.04
磷酸 H3PO4 7664-38-2 0.01
化合物种类 总重量(g)
[0113] 实施例2
[0114]
[0115]
[0116] 实施例3
[0117] 化学名称 化学式 CAS号 质量(g)钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.05
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.23
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.44
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.08
二氧化钛 TiO2 13463-67-7 0.05
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
磷酸 H3PO4 7664-38-2 0.01
化合物种类 总重量(g)
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.23
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.44
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.08
二氧化钛 TiO2 13463-67-7 0.05
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
磷酸 H3PO4 7664-38-2 0.01
化合物种类 总重量(g)
[0118] 实施例4
[0119]化学名称 化学式 CAS号 质量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.05
氧化锌 ZnO 1314-13-2 0.01
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.28
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.4
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
磷酸银 Ag3PO4 7784-09-0 0.04
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.06
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
硫酸 H2SO4 7664-93-9 0.01
化合物种类 总重量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.05
氧化锌 ZnO 1314-13-2 0.01
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.28
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.4
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
磷酸银 Ag3PO4 7784-09-0 0.04
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.06
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
硫酸 H2SO4 7664-93-9 0.01
化合物种类 总重量(g)
[0120] 实施例5
[0121]化学名称 化学式 CAS号 质量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.05
氧化锌 ZnO 1314-13-2 0.01
二氧化钛 TiO2 13463-67-7 0.05
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.28
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.4
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
磷酸银 Ag3PO4 7784-09-0 0.04
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.06
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
磷酸 H3PO4 7664-38-2 0.01
化合物种类 总重量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.05
氧化锌 ZnO 1314-13-2 0.01
二氧化钛 TiO2 13463-67-7 0.05
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.28
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.4
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
磷酸银 Ag3PO4 7784-09-0 0.04
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.06
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
磷酸 H3PO4 7664-38-2 0.01
化合物种类 总重量(g)
[0122] 实施例6
[0123]化学名称 化学式 CAS号 质量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.04
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.28
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.4
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.08
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.005
硫酸 H2SO4 7664-93-9 0.01
化合物种类 总重量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.04
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.28
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.4
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.08
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.005
硫酸 H2SO4 7664-93-9 0.01
化合物种类 总重量(g)
[0124] 实施例7
[0125]
[0126]
[0127] 实施例8
[0128] 化学名称 化学式 CAS号 质量(g)钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.04
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.2
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.4
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
磷酸银 Ag3PO4 7784-09-0 0.35
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.5
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
碳化钛 TiC 12070-08-5 0.035
磷酸 H3PO4 7664-38-2 0.01
化合物种类 总重量(g)
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.2
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.4
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
磷酸银 Ag3PO4 7784-09-0 0.35
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.5
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
碳化钛 TiC 12070-08-5 0.035
磷酸 H3PO4 7664-38-2 0.01
化合物种类 总重量(g)
[0129] 实施例9
[0130]
[0131]
[0132] 实施例10
[0133]化学名称 化学式 CAS号 质量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.05
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.23
氧化铪(IV) HfO2 12055-23-1 0.44
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.08
二氧化钛 TiO2 13463-67-7 0.05
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
硫酸 H2SO4 7664-93-9 0.01
化合物种类 总重量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.05
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.23
氧化铪(IV) HfO2 12055-23-1 0.44
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.08
二氧化钛 TiO2 13463-67-7 0.05
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
硫酸 H2SO4 7664-93-9 0.01
化合物种类 总重量(g)
[0134] 实施例11
[0135]
[0136]
[0137] 实施例12
[0138]化学名称 化学式 CAS号 质量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.05
氧化铍 BeO 1304-56-9 0.01
二氧化钛 TiO2 13463-67-7 0.05
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.28
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.4
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
磷酸银 Ag3PO4 7784-09-0 0.04
硅 Si 7440-21-3 0.06
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
硫酸 H2SO4 7664-93-9 0.01
化合物种类 总重量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.05
氧化铍 BeO 1304-56-9 0.01
二氧化钛 TiO2 13463-67-7 0.05
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.28
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.4
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.16
磷酸银 Ag3PO4 7784-09-0 0.04
硅 Si 7440-21-3 0.06
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
硫酸 H2SO4 7664-93-9 0.01
化合物种类 总重量(g)
[0139] 实施例13
[0140]化学名称 化学式 CAS号 质量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.05
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.14
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.44
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.15
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.06
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
硫酸 H2SO4 7664-93-9 0.01
化合物种类 总重量(g)
钼酸锌 ZnMoO4 13767-32-3 0.05
氧化铝 Al2O3 1344-28-1 0.14
氧化锆(IV) ZrO2 1314-23-4 0.44
氧化铁(II,III) Fe3O4 1317-61-9 0.15
二氧化硅 SiO2 7631-86-9 0.06
氧化钴(II,III) Co3O4 1308-06-1 0.004
硫酸 H2SO4 7664-93-9 0.01
化合物种类 总重量(g)
[0141] 实施例14
[0142]
[0143]
[0144] 本发明热传导介质的评估
[0145] 热管的热传导性能测试是证明本发明的介质具有独特热传导特性的最直接和有效的方法。
[0146] 材料和方法：
[0147] 为了测试本发明的热介质，向一个热管(量子管)中填充5-10％本发明的热传导介质(占热管内腔的体积分数)。图1是本发明量子管1的示意图；其中热管1填充有约占10％管腔体积的QTG介质，其被加热至125℃以脱气，并随后进行密封。在填充、加热和脱气的过程中，QTG介质的一些粒子包被或吸附到内壁上，而其他粒子悬浮在管的空腔中或分散在流体中，形成多相状态。
[0148] 五个热电偶T1-T5沿着量子管进行安装。将热电偶T5安装在筒式加热器3 的中央以测量其温度。
[0149] 当室温为22℃时，打开量子管中的筒式加热器3开始加热。温度探头10连接每个热电偶上的温度计4以测量温度的上升，并且显示瞬时或同时上升以表现等温热传导。T1-T4处的温度计4的温度同时且几乎瞬间上升，并且都在均匀的温度条件下继续上升。
[0150] 通过测量热传导特性的测试来评估本发明的热传导介质。
[0151] 实施例1-轴向和径向等温热传导
[0152] 如上所述，图1描绘了用于测试的填充有QTG介质的量子管1。图2是测试系统的示意图，示出了电源11，热电偶加热系统12，计算机数据系统13和循环水系统14。
[0153] 填充有占管腔体积10％的QTG介质的热管能够表现出同时等温热传导。这是填充去离子水的热管所不能实现的，即使其填充体积高达管腔体积的85％。
[0154] 图3显示了量子管中QTG介质的热传导性能的结果，其证实了轴向和径向的等温热传导。
[0155] 实施例2-以负温度梯度冷却
[0156] 如上实施例1所示，安装测试管和热电偶。将测试管加热至140℃以上。将浸在冰水中的冷毛巾缠绕在靠近T6的管的端部，冰水沿着毛巾流下，以保持毛巾的低温。管的所有部分的温度(在T1-T6处测量)开始下降，并且T1处的温度很快显示出低于T2-T6的温度，其更接近冷毛巾的温度。另外，当冷的湿毛巾缠绕在TI和T2之间，或T2和T3之间，或T3和T4之间，或T4和T5之间，或 T5和T6之间时，所有的温度都下降，并且T6的温度高于T5-T1以及加热筒的温度。
[0157] 图4显示了负温度梯度冷却的测量结果。
[0158] 高温管中QTG介质的热传导
[0159] 图5显示填充QTG介质与填充去离子水的高温管之间的热传导性能的比较。图5(a)显示了填充有QTG介质的高温管在加热过程中的典型温度升高，其中T_h 是筒式加热器的温度，T1-T9是沿着高温管的表面温度。随着1500W的功率输入，管的表面温度立即上升，并且很快管的表面是等温的。随着功率输入的增加，管的表面温度等温地上升并最终达到约300℃，而筒式加热器的温度与管的表面温度之间的温差为283℃。作为比较，图5(b)显示了用去离子水填充的高温管的典型热传导性能。图5(c)和(d)显示了稳定性的测定结果。如图
5(c)所示，填充去离子水的管的等温温度随着运行天数而恶化，而填充QTG介质的管的等温温度保持稳定。如图5(d)所示，填充QTG介质的管在高温区间的温差约为283℃，而填充去离子水的管的温差约为317℃。
5(c)所示，填充去离子水的管的等温温度随着运行天数而恶化，而填充QTG介质的管的等温温度保持稳定。如图5(d)所示，填充QTG介质的管在高温区间的温差约为283℃，而填充去离子水的管的温差约为317℃。
[0160] QTG介质在各种形状热传导元件中的热传导
[0161] 图6是根据本发明的量子锅的示意图。它是一种填充有QTG介质的奇特形状(odd-shaped)的热传导元件，其被加热至125℃以脱气，并随后进行密封。在填充，加热和脱气的过程中，QTG介质的一些粒子包被或吸附到内壁上，而其他粒子悬浮在锅的空腔中或分散在流体中，形成多相状态。当室温为22℃时，在接通电加热板时，T1-T6瞬间或同时上升显示出等温热传导。这即是QTG介质在各种形状的热传导元件中的热传导。
[0162] QTG介质热传导过程中的电位测试
[0163] 图7是QTG介质的电位测试的示意图。
[0164] 图8显示了QTG介质和去离子水/NaCl溶液之间的温度比较。对于QTG介质，T2温度高于T1；而对于去离子水和0.001M NaCl溶液来说，T2温度低于 T1。
[0165] 图9显示了QTG介质和去离子水/NaCl溶液之间的电势比较。QTG介质显示出在沿着玻璃管的多个位置的电流差异，其中顶部显示出高电流值。电压的升高会导致电流差异更明显的变化。0.001M NaCl气体蒸汽不显示这种电流差异。
[0166] 静态热导率和热电阻的评估
[0167] 本发明的介质的热导率特性可以通过根据ASTM E1530-11方法来测定， ASTM E1530-11是通过采用防护热流量计技术来评估材料耐传热性能的标准测试方法。当通过该测试方法评估时，本发明的产品将显示出(a)静态导热率为1.12 至1.14W/m·K，或者具体地为1.13W/m·K，其大约是去离子水(0.598W/m·K) 的两倍，以及(b)热阻为7.46至7.56，或约7.53E-3m2K/W。
[0168] 表面张力的评估
[0169] 本发明介质的表面张力特性可以采用FTA 188视频接触角分析仪(Video ContactAngleAnalyzer)通过将液体样品分散到基础表面(based surface)上，即悬滴法(Pendant Drop method)来测量。
[0170] 当根据该方法进行评估时，使用表面张力为72.80mN/M(72.80dyn/cm)的去离子水来校准仪器，本发明产品的表面张力显示约为72.88至73.27，或典型地约为73.08dyn/cm(mNm)。