石墨烯導熱塗料用於改善冷凝器傳熱效率的先期研究_導熱 (#58*) *規劃中

2015-7-4

我知道自己做出來的石墨烯應用技術可以衍伸到很多領域，譬如導電油墨不僅用在天線及血糖試紙，用在耐腐蝕塗料及抗噪訊天線效果也是一等一。最近，我跟台灣的劉老師討論是導電材料還是導熱材料的用途比較廣泛，目前看來導電材料還是略勝一籌，結果今天就搜尋到一篇導熱塗料的用途，或許這就是我還孤陋寡聞的地方。

這篇談到導熱類應用技術用於導熱塗料。世界上大多數電廠發電裝置，無論是由煤炭、天然氣、或核裂變發電，都是透過驅動渦輪產生蒸汽發電。蒸汽冷凝成水，再次循環使用。但冷凝器收集蒸汽效率非常低，提高收集效率有利於全面提高發電廠的發電效率。現在，麻省理工學院（MIT）的一組研究人員想出一種新方法，將這項冷凝器表面塗上一層石墨烯，只有一個原子那麼厚，他們發現，這個方法使可以發電廠的凝結換熱係數提高四倍，以後可能達到更高。經實驗證明，與聚合物塗料不同，石墨烯塗層非常耐用。

根據電力科學研究院的資料，改善冷凝器傳熱，僅僅是在電力生產周期的一個步驟，但是能使電廠效率整體提高 2~3 %，這對全球碳排放足以造成重大改善，這種發電廠代表世界上絕大多數的發電狀況，而這項成果研究可以為電廠每年節省數百萬美元。在冷凝器控制方面，有兩種基本方法--這可能採取盤繞金屬管的形式，通常由銅製成，並與蒸汽流接觸。在某些情況下，蒸汽冷凝形成一層很薄的水覆蓋在表面；在其它情況下，由於重力作用，會形成水滴懸掛在表面。當蒸汽形成薄膜時，會阻礙傳熱，從而降低冷凝效率。因此，許多研究都致力於透過讓冷凝器管具有撥水性從而增強冷凝器管表面液滴的形成能力。

nn塗層常常使用聚合物塗料，但是這些往往會急劇降低發電廠的溫度和濕度。當塗料慢慢變少直至全無，這一過程本身就會阻礙傳熱。Nano Lett., 2015, 15 (5), pp 2902–2909 DOI:n10.1021/nl504628s最近有篇文獻就是利用石墨烯具有疏水性。所以他和他的同事們決定在典型的電廠環境下（100 ℃的純水蒸汽環境中）測試石墨烯的疏水能力以及它的耐久性。他們發現，與形成冷凝水的表面（未塗層金屬）相比，石墨烯的單原子厚的塗層的確能使熱傳導率提高四倍。進一步的計算表明，優化溫度差異可以使效率提高 5到 7倍。研究還表明，在這種情況下整整兩周後，石墨烯的性能沒有退化跡象。透過對比，Preston表示，利用常規疏水塗料的類似測試表明，塗料在三個小時內就開始退化，12個小時內完全失效。導熱塗料我們除了在重型機具設備外部做塗布散熱外，也規劃做成導熱膜及加熱線用在汽車工業，現在總算幫又找到一處應用領域了。
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