广东省科学院工业分析检测中心

  1.简介

  纳米流体是指将一定比例的纳米颗粒以一定方式加入到液体中而形成的流体，是一种由纳米颗粒和基础液构成的悬浊液。

  2.分类

  金属纳米流体；

  非金属纳米流体；

  碳纳米流体。

  3.应用

  与传统液体相比，纳米流体具有更好的传热性能，因此纳米流体在强化传热方面有很好的应用前景。纳米流体的潜在应用领域是热交换系统，可以应用于提高冷却介质的导热系数从而强化传热。某些纳米流体也可用作相变蓄冷材料，从而起到节能降耗的作用。同时纳米流体还可以应用于余热回收、交通运输、储能、改善土壤、石油开采、润滑等多个领域。

  4.纳米颗粒对金属腐蚀机理的影响

  纳米流体中金属腐蚀行为的变化，与流体中纳米颗粒的特性直接相关。纳米颗粒进入到溶液中，可以在一定程度上改变溶液的性质和金属表面状态，从而对金属的腐蚀过程产生影响。

  4.1纳米颗粒对金属腐蚀的抑制作用

  在一些研究中发现，溶液中纳米颗粒的存在可以抑制金属的腐蚀，主要原因在于以下几个方面。

  （1）纳米颗粒在金属表面形成保护膜

  纳米颗粒在金属表面的吸附成膜可以对金属起到一定的保护作用。铜在含有碳纳米管的SDS溶液中，腐蚀速率减小的原因是由于铜表面形成了碳纳米管膜。碳纳米管膜的存在使传质阻力显著增大，从而在一定程度上抑制腐蚀。当以一定转速搅拌纳米流体时，发现铜的腐蚀电流密度不变，表明铜表面的碳纳米管膜有较大的传质阻力，有效地控制着纳米流体中铜的腐蚀过程。

  （2）纳米颗粒阻碍氧气分子的扩散

  多数腐蚀体系中，氧气分子是腐蚀的去极化剂。纳米颗粒可以对氧的传质过程产生影响，纳米颗粒因具有小尺寸和高的比表面积，可以在流体中悬浮，一些纳米颗粒可进入扩散层，也可沉积在金属表面。

  扩散层中氧气分子与纳米颗粒互相碰撞，增加了氧的扩散途径，提高了氧的扩散阻力，纳米颗粒成为了氧扩散途径中的障碍物，使氧的扩散速度降低。因此纳米颗粒的存在使金属的耗氧腐蚀速率降低。再者，纳米颗粒由于具有非常大的接触表面积，这增加了其在金属表面的吸附趋势，纳米颗粒在金属表面的吸附减少了氧气分子与碳钢基体的接触表面积。

  （3）纳米颗粒降低盐的溶解度

  纳米颗粒可以改变溶液中盐的溶解度，从而影响金属的腐蚀过程。

  4.2纳米颗粒对金属腐蚀的促进作用

  在一些研究中发现，溶液中纳米颗粒的存在促进了金属的腐蚀，其主要观点是：

  （1）纳米颗粒促进金属腐蚀的传质过程

  溶液中纳米颗粒的布朗运动、Marangoni对流作用等可以强化传质过程。从这个角度来说，纳米颗粒对金属的腐蚀也有一定的促进作用。

  （2）纳米颗粒磨蚀-腐蚀的协同效应

  纳米流体作为一种液固悬浊液，对金属的磨损腐蚀不可避免。研究发现纳米流体中磨蚀-腐蚀协同效应较为明显，碳钢在纳米流体中的纯腐蚀速率小于在不含固体颗粒的基液中的，纯磨损速率略高于在基液中的；而碳钢在纳米流体中的磨损腐蚀速率比在不含固体颗粒的基液中高得多。碳钢在纳米流体中24小时后的磨损腐蚀速率比纯磨损大约大14倍，比静态纯腐蚀速率与纯磨损速率之和大9.5倍，这表明碳钢在纳米流体中的磨蚀-腐蚀协同效应显著。