高壓燃燒法製備微/奈米碳系材料與工作流體及其應用研究

本計畫提出「MNCBMs的製備與基本性質分析研究」、「水性微/奈米碳系流體(AMNCWBFs)在管式交換器的應用研究」以及「油性的微/奈米碳系流體（OMNCBFs）的基本性質分析與磨潤性能研究」3大研究方向分3年進行整體性的研究，重要的研究成果分述如後。本計畫第一年期是以高壓燃燒法（HCPM）將石墨粉在不同氧氣壓力（0.5~3.0 MPa）之下以燃燒熱卡計製備微/奈米碳系材料（MNCBMs），並針對MNCBMs與MNCBMs製作成的水性微/奈米碳系流體（AMNCBFs）進行基本性質的研究。研究結果顯示氧氣壓力與MNCBMs的產製率與粒徑成反比。當氧氣壓力高於1.5 MPa以上，MNCBMs的成分會出現明顯的鑽石結晶相以及非晶碳。第二年承接第一年的研究結果決定使用HCPM以1.5 MPa的氧氣壓力製作MNCBMs。並利用球磨機以濕式球磨的方式將MNCBMs的粒徑進一步的微小化，然後再以二階合成法製作成1.0 wt.%的AMNCBFs）接著將1.0 wt% AMNCBFs添加0.1～2.0 wt.%的GA(Gum arabic做為分散劑，經由72小時的沈降實驗決定1.0 wt% AMNCBFs最佳的GA添加濃度為1.6 wt% (MNCBMs: GA=5:8, w/w)。最後依照此一比例（MNCBMs: GA）進一步製作出0.05 wt%與0.2 wt.% 的AMNCBFs做為管式交換器熱傳性能實驗的工作流體。此外並針對0.05 wt.%與0.2 wt.% AMNCBFs 的密度與黏度進行量測。管式熱交換器熱傳性能實驗是在不同加熱功率、樣本濃度以及流量的條件之下進行輸送損失、壓降、泵浦消耗功率以及對流熱傳係數（HTC）的量測。結果顯示0.05 wt% AMNCBFs具有較佳的系統效能。第三年計畫是將MNCBMs添加至冷凍油(RL)中以製備奈米碳冷凍油(NCRL)，並且採用球磨法來增進分散效果。以油酸作為分散劑添加到NCRL中，以保持NC在RL中的長期穩定性。NC與油酸使用最佳比例(1:1 w/w)來配置三個不同重量濃度的NCRL(MNCBMs含量分別為0.1、0.5和1.0 wt%)。最後經由比較不同樣本的磨耗損失和磨疤形貌可以得知NC的最佳添加濃度為0.5 wt%。