納米流體作為一種新型高效的換熱介質(zhì)，不僅可以強化傳熱，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，對納米顆粒進行表面改性和在納米流體中添加表面活性劑是增強流體穩(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，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)與實驗數(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粘度模型對實驗數(shù)據(jù)進行擬合，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，其粘度較低。