《RSC Advances》：Experimental study on the thermal conductivity of graphene–carbon nanotube–silver nanoparticle ternary hybrid nanofluids
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为解决高导热纳米流体的开发需求，研究人员开展了石墨烯(Gr)-碳纳米管(CNT)-银纳米粒子(AgNP)三元杂化纳米流体(THFs)的制备及导热性能研究。系统考察了纳米粒子浓度(0–0.05 vol%)和温度(30–55 °C)对水和乙二醇(EG)基纳米流体导热性能的影响。结果表明，该三元杂化纳米流体在0.05 vol%和55 °C时，导热性能分别提升了38%（水基）和52%（EG基），并建立了预测精度高（偏差<5%）的导热模型，为高性能热管理系统的开发提供了新材料和理论依据。
在电子设备功率密度持续攀升和能源效率要求日益严格的今天，高效的热管理技术已成为制约诸多高新技术发展的瓶颈。传统的散热工质，如水、乙二醇等，由于其本征导热系数较低，已难以满足现代高热流密度设备的散热需求。自上世纪90年代“纳米流体”概念提出以来，通过在基液中分散高导热纳米粒子来制备新型强化传热介质，一直是热能工程与材料科学交叉领域的研究热点。然而，单一种类的纳米材料往往存在易团聚、与基液界面热阻大等问题，限制了其导热性能的进一步提升。近年来，研究者们将目光投向由两种或多种纳米材料构成的杂化纳米流体，期望通过不同纳米材料间的协同效应，突破单一纳米流体性能提升的“天花板”。特别是结合了碳材料（如石墨烯(Gr)、碳纳米管(CNT)）优异的本征导热性和金属纳米粒子（如银(Ag)、铜(Cu)）独特声子输运特性的三元杂化纳米流体(THFs)，展现出巨大的应用潜力，但其导热性能的规律与增强机制仍需深入系统的研究。
为探究高性能三元杂化纳米流体的制备与导热特性，越南科学技术研究院材料科学研究所的Pham Van Trinh等人，在《RSC Advances》上发表了其最新研究成果。他们成功制备了Gr-CNT-AgNP三元杂化纳米流体，并系统研究了纳米粒子浓度和操作温度对其导热性能的影响，进而建立了精准的预测模型。
研究人员主要运用了材料合成与表征、以及热物性测量等关键技术方法。具体包括：通过化学功能化（羧基化）和化学还原法（使用NaBH4）制备Gr-CNT-AgNP杂化材料；利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对材料的形貌、结构、物相和官能团进行表征；最后，使用基于瞬态热线法(THW)原理的HTL-04系统测量纳米流体在不同浓度和温度下的热导率。
3.1. Gr-CNT-AgNP杂化材料的表征
通过FESEM和TEM观察证实，CNT（直径约20 nm）与Gr片相互交织，尺寸为2-16 nm的AgNP成功附着在CNT和Gr表面，其(111)晶面间距约为0.235 nm，与标准值一致。XRD图谱显示了Gr、CNT的特征峰以及Ag纳米晶的衍射峰，AgNP的晶粒尺寸经Scherrer公式计算约为7 nm。FTIR光谱分析表明，羧基官能团与Ag+离子之间存在相互作用，证实了AgNP在碳材料表面的成功锚定与生长。这些表征结果共同验证了目标杂化材料的成功制备，其独特的结构有助于防止Gr片重新堆叠，增大有效表面积。
3.2. THFs的热导率
研究系统评估了纳米流体热导率随Gr-CNT-AgNP浓度（0.001-0.05 vol%）和温度（30-55 °C）的变化规律。对于水基THFs，在0.05 vol%浓度和55 °C时，热导率相较于去离子水提升了37.6%。对于EG基THFs，在相同条件下，热导率提升更为显著，达到52%。定量分析表明，纳米粒子浓度对热导率提升的贡献大于温度，但温度升高引起的布朗运动加剧也能带来约10%的额外增强。CNT可作为热桥连接导热网络，Gr片形成互联结构，而AgNP的存在进一步防止了Gr堆叠，扩大了传热界面，这些因素共同导致了热导率的显著提升。
此外，研究还建立了一个预测THFs热导率的经验模型。该模型将热导率比（KTHF/Kbf）表示为纳米粒子浓度（φ）和一个与温度（X）相关的系数（α）的线性函数（KTHF/Kbf= 1 + αφ）。其中，α是温度的四次多项式函数（α = AX4+ BX3+ CX2+ DX + E）。通过拟合实验数据，得到了针对水和EG基THFs的模型参数，该模型与实验数据吻合良好，预测偏差低于5%，验证了其准确性和适用性。
本研究通过实验证实，Gr-CNT-AgNP三元杂化纳米流体能显著提升水和乙二醇的导热性能，最大增强幅度分别达到38%和52%。浓度是比温度更主要的影响因素，但温度通过加剧布朗运动也贡献了可观的增强效果。研究所建立的基于浓度和温度的四次多项式经验模型，能够高精度地预测THFs的热导率。这些发现表明，Gr-CNT-AgNP三元杂化纳米流体在高性能热管理系统（如电子冷却、换热设备、太阳能集热器）中具有巨大的应用前景。尽管研究在中等温度范围内取得了可靠结果，但未来仍需考察其在更苛刻温度条件和实际流动工况下的长期稳定性与传热性能，以推动其实际应用。
