3試驗(yàn)結(jié)果及其機(jī)理分析

為了便于觀察3種表面活性劑對(duì)納米LiBr——H2O表面張力和沸騰溫度的影響，實(shí)驗(yàn)測量了不含此3種表面活性劑的納米LiBr——H2O的表面張力和沸騰溫度，見表1。

表1納米LiBr-H 2O表面張力和沸騰溫度

3.1含有不同表面活性劑的納米溴化鋰溶液表面張力

氣泡成核理論提出表面張力改變能直接影響形成汽核所需的最大活化能，因此在研究納米流體的沸騰溫度之前應(yīng)當(dāng)對(duì)流體的表面張力進(jìn)行測量分析。

3.1.1添加有C8H18O的納米LiBr——H2O表面張力

圖3是分別以納米LiBr——H2O為基液和以CuO:E414:C6H5O7（NH4）3:LiBr——H2O按1:5:1:993的比例混合的溶液為基液并添加不同濃度表面活性劑C8H18O的LiBr溶液的表面張力，為敘述方便簡稱納米LiBr——H2O基液為A基液，CuO:E414:C6H5O7（NH4）3:LiBr——H2O溶液按1:5:1:993的比例混合的基液為B基液。

圖3添加C8 H 18 O納米LiBr-H 2 O的表面張力

圖3中曲線a是在A基液中添加C8H18O時(shí)，混合溶液表面張力隨C8H18O的濃度變化，曲線b是在B基液中添加C8H18O時(shí)，混合溶液表面張力隨C8H18O的濃度變化。

從圖3中可看出，添加了表面活性劑C8H18O的納米LiBr——H2O表面張力大致可分兩個(gè)階段，當(dāng)濃度小于2%時(shí)，表面張力保持在37ˉ40 mN/m之間，當(dāng)濃度大于2.5%時(shí)，表面張力接近此濃度下C8H18O水溶液的表面張力。之所以有分段現(xiàn)象是因?yàn)?，前半部分C8H18O未覆蓋整個(gè)溶液表面，隨著濃度增加，C8H18O的表面吸附效應(yīng)導(dǎo)致它覆蓋整個(gè)溶液表面，因此后者的測量值相當(dāng)于C8H18O的表面張力值。在2%ˉ2.5%之間，溶液的表面張力取決于外部條件，包括測量環(huán)境，溫度等。

添加了表面活性劑C8H18O、表面活性劑E414和分散劑C6H5O7（NH4）3的納米LiBr——H2O表面張力與單獨(dú)添加表面活性劑C8H18O的納米LiBr——H2O表面張力相似，也可分兩個(gè)階段，但不同之處在于前者分界點(diǎn)在2%ˉ2.5%之間，后者分界點(diǎn)前提至0.5%ˉ1.0%之間。即當(dāng)濃度小于0.5%時(shí)，表面張力保持在30 mN/m附近波動(dòng)。當(dāng)濃度大于1.0%時(shí)，表面張力接近前者，也即此濃度下C8H18O水溶液的表面張力。存在分段現(xiàn)象的原因同前所述，由此也可證明當(dāng)C8H18O的濃度增大到一定程度時(shí)，其表面張力將接近此濃度下C8H18O水溶液的表面張力。在0.5%ˉ1.0%之間，溶液的表面張力取決于外部條件，包括測量環(huán)境，溫度等。

3.1.2添加有C9H20O的納米流體的表面張力

圖4中曲線a是在A基液中添加C9H20O時(shí)，混合溶液表面張力隨C9H20O的濃度變化，曲線b是在B基液中添加C9H20O時(shí)，混合溶液表面張力隨C9H20O的濃度變化。

圖4添加C9H 20O納米LiBr-H 2O的表面張力

從圖4中可發(fā)現(xiàn)，與添加C8H18O相同，添加C9H20O時(shí)納米LiBr——H2O的表面張力也有較大程度的減小。并且當(dāng)C9H20O的濃度超過1%以后，含有E414和C6H5O7（NH4）3的溶液表面張力大于不含E414和C6H5O7（NH4）3的表面張力，這是因?yàn)楫?dāng)C9H20O的濃度大于臨界膠束濃度后，E414和C6H5O7（NH4）3的加入阻礙了C9H20O分子在水面的富集，因此混合溶液的表面張力較當(dāng)獨(dú)添加C9H20O時(shí)的大。

3.1.3添加有C10H22O的納米流體的表面張力

圖5中曲線a是在A基液中添加C10H22O時(shí)，混合溶液表面張力隨C10H22O的濃度變化，曲線b是在B基液中添加C10H22O時(shí)，混合溶液表面張力隨C10H22O的濃度變化。

從圖5中可看出與添加C9H20O相似，當(dāng)C9H20O的濃度超過0.5%以后，含有E414和C6H5O7（NH4）3的溶液表面張力大于不含E414和C6H5O7（NH4）3的表面張力，其機(jī)理與添加C9H20O相同。并且與添加C8H18O相比添加C9H20O和C10H22O時(shí)溶液達(dá)到平衡時(shí)表面活性劑的濃度更小。這是因?yàn)殡S著烷醇中烷基數(shù)增加，羥基在整個(gè)分子中的影響因素逐漸減弱，體系的疏水作用增加，因此臨界膠束濃度值降低。并且發(fā)現(xiàn)添加C9H20O和C10H22O時(shí)納米Li——Br——H2O的表面張力平衡值更低，同樣是因?yàn)槠涫杷饔脧?qiáng)，分子更容易在表面吸附與鋪展。

圖5添加C10 H 22 O納米LiBr-H 2 O的表面張力

3.2添加添加劑后納米流體沸騰溫度

由上述試驗(yàn)可知，3種表面活性劑都能降低納米流體的表面張力，且根據(jù)氣泡動(dòng)力學(xué)可知其必會(huì)對(duì)流體的發(fā)生溫度產(chǎn)生影響，為了驗(yàn)證上述觀點(diǎn)和進(jìn)一步探索影響納米流體沸騰溫度的因素，對(duì)納米流體的沸騰溫度進(jìn)行了測量。

3.2.1添加有C8H18O的納米LiBr——H2O沸騰溫度

圖3是含表面活性劑C8H18O的納米溴化鋰溶液沸騰溫度，觀察圖3發(fā)現(xiàn)，相比未添加液相添加劑C8H18O，添加后的溶液沸騰溫度有明顯降低，這主要取決于添加有C8H18O時(shí)，溶液表面張力大幅度降低。但在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，沸騰溫度無明顯變化，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)范圍內(nèi)溶液表面張力的變化程度不太大。

并且從圖3中發(fā)現(xiàn)與未添加C8H18O相比，添加后的溶液沸騰溫度存在隨著添加劑濃度的增加，沸騰溫度逐漸升高的現(xiàn)象。分析這個(gè)現(xiàn)象主要有兩個(gè)成因：

圖6含C8H 18O的納米LiBr-H 2O沸騰溫度

（1）隨著表面活性劑C8H18O含量的增加，且由于表面活性劑在溶液表面的富集作用，導(dǎo)致試管中表面活性劑層的厚度增加，從而增大了LiBr——H2O表面的壓力。

（2）實(shí)驗(yàn)中將一定濃度的表面活性劑與納米Li——Br——H2O混合時(shí)是采用體積比1:1混合的，且由于表面活性劑在溶液表面的富集作用，導(dǎo)致混合時(shí)帶入LiBr——H2O中的水含量不同，從而引起LiBr——H2O濃度的改變，導(dǎo)致沸點(diǎn)升高。

3.2.2添加有C9H20O的納米流體的沸騰溫度

從圖7中可看出同添加C8H18O，添加C9H20O時(shí)溶液沸騰溫度有明顯降低，原因是溶液表面張力大幅度降低。但是從圖7中可發(fā)現(xiàn)在基液B中加入C9H20O時(shí)，當(dāng)C9H20O的濃度超過2%時(shí)沸騰溫度會(huì)呈直線上升，這是由于在這種情況下震蕩之后的納米流體中的納米顆粒會(huì)聚集在表層的C9H20O當(dāng)中，被C9H20O包覆，破壞了納米流體的性質(zhì)。

圖7含C9H 20O的納米LiBr-H 2O沸騰溫度

3.2.3添加有C10H22O的納米流體的沸騰溫度

圖8是含表面活性劑C10H22O的納米LiBr——H2O沸騰溫度，從圖中可發(fā)現(xiàn)沸騰溫度隨著添加劑濃度的增加有先降低后增加的趨勢(shì)。

圖8含C10H 22O的納米LiBr-H 2O沸騰溫度

分析影響沸騰溫度的主要因素，這里主要考慮表面張力、重力和LiBr濃度的影響。如同對(duì)C8H18O的分析，可知隨添加劑濃度的增大，LiBr濃度增大，會(huì)使沸騰溫度升高，同時(shí)重力對(duì)添加劑的影響也將不利于沸騰溫度降低，而表面張力的影響則相反。并且由圖5可看出，當(dāng)添加劑濃度低時(shí)，表面張力表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，上述因素相互耦合，最終使得沸騰溫度在前半段逐漸降低。而當(dāng)添加劑濃度超過1.5%時(shí)，沸騰溫度不再降低，并且隨著濃度進(jìn)一步增大到2.5%以后，沸騰溫度有上升的趨勢(shì)，因?yàn)榇藭r(shí)表面張力已趨于平衡，但重力和濃度的影響仍在進(jìn)一步增強(qiáng)。

4結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)表面活性劑C8H18O、C9H20O和C10H22O都能降低納米LiBr——H2O的表面張力，使得溶液的沸騰溫度分別降低了20ˉ30℃（添加C8H18O）和30ˉ35℃（添加C9H20O或C10H22O）；此外隨著烷醇中烷基數(shù)增加，體系的疏水作用增加，分子更容易在表面吸附與鋪展，表面張力更低，使得沸騰溫度也進(jìn)一步降低；但是從添加C9H20O的情況可知，在含有分散劑的條件下當(dāng)C9H20O的濃度超過2%時(shí)會(huì)出現(xiàn)納米流體被包覆現(xiàn)象，破壞了納米流體的性質(zhì)從而使得流體沸騰溫度直線上升。